En kort introduksjon til korngrensediffusjonsprosess

Gjennomførbarheten til permanentmagneten kan bedømmes ut fra remanensstabilitetBr, indre tvangskraftHcj, og maksimale energiprodukter(BH)maksunder ytre tilstand. Magnet med høyereBrkan tilby sterkere magnetfeltstyrke, deretter høyereHcjkan tjene mye bedre anti-interferens evne. Verdien av(BH)maksrepresenterer permanentmagnetens evne til å gi magnetostatisk energi. Det kan sees fra figuren under, høy(BH)maksmagnet kan levere samme magnetiske feltstyrke med mindre forbruk, så utviklingshistorien til permanentmagneten er i hovedsak en prosess for å forfølge høyere ytelse.

De fleste sjeldne jordartselementer kan danne RE₂Fe₁₄B-forbindelse med Fe og B, og Nd₂Fe₁₄B-forbindelse har den høyeste metningsmagnetiseringen og det funksjonelle magnetokrystallinske anisotropifeltet blant disse RE₂Fe₁₄B-forbindelser. Utover det er reservevolumet av neodym i jordskorpen relativt rikelig, noe som kan opprettholde forsyningskjedens stabilitet og kostnadsfordeler.

Mange mikrostrukturobservasjoner indikerer at det er seks faser i de sintrede neodymmagnetene, deretter Nd₂Fe₁₄B hovedfase og Nd-rik fase er den mest kjente på grunn av deres effekter på den magnetiske ytelsen. Nd₂Fe₁₄B-hovedfasen er den eneste harde magnetiske fasen i den sintrede magneten og volumfraksjonen bestemmerBrog(BH)maksav Nd-Fe-B-legering. Nd-rik fase spiller en nøkkelrolle i magnetisk herding av sintrede neodymmagneter. Dens sammensetning, struktur, distribusjon og morfologi er svært følsomme for prosessforholdene. Nd-rik fase er fortrinnsvis i form av lagdelt struktur og kontinuerlig fordelt i korngrenseområder.

Tvangsforbedring av sintrede neodymmagneter

Vindkraftgenerator, nytt energikjøretøy, energisparende husholdningsapparater og den nyeste mobile intelligente terminalen krever alle sintrede neodymmagneter har ikke bare høye(BH)maks, men har også overlegenHcj. Det er alltid et stort problem å forbedreHcjsamtidig som den holder seg høyBrog(BH)maks.

Den iboende koercitiviteten til sintrede neodymmagneter er hovedsakelig påvirket av mikrostruktur og sammensetning. Optimalisering av mikrostruktur fokus på kornforfining og forbedre distribusjonen av Nd-rik fase. Sammensetningen kan optimaliseres ved å legge til andre elementer for å forbedre magnetokrystallinsk anisotropifelt til hovedfasekornet. Det eksisterer et positivt forhold mellom koersiviteten til sintrede neodymmagneter og det magnetokrystallinske anisotropifeltet til hovedfasekornet. Det vil si at jo høyere det magnetokrystallinske anisotropifeltet til hovedfasekornet er, desto høyere er koerciviteten til sintrede neodymmagneter. H_Aav Dy₂Fe₁₄B og Tb₂Fe₁₄B er betydelig høyere enn Nd₂Fe₁₄B, så vil det dannes små mengder Dy- eller Tb-element for å erstatte Nd-atomet i hovedfasegitteret (Nd, Dy)₂Fe₁₄B eller (Nd, Tb)₂Fe₁₄B med høyere H_Asom effektivt kan forbedre den indre tvangsevnen. De ofte brukte tilsetningsmetodene inkluderer tradisjonell legeringsprosess, korngrensemodifikasjonsprosess og korngrensediffusjonsprosess.

Legeringsprosess

Legeringsprosessen refererer til å legge til en viss andel HREE Dy eller Tb til råmaterialet til sintrede neodymmagneter, så viser alle elementer homogenisering av sammensetningen gjennom smelteprosessen. Koercivitetsmekanismen til sintrede neodymmagneter indikerer at omvendt magnetisk domene har en tendens til å danne kjerne i grenseområdene til hovedfasen, og jevn fordeling av HREE vil resultere i sløsing med ressurser og øke kostnadene. Fremfor alt vil antiferromagnetisk kobling mellom Fe-atomer og Dy-atomer generere alvorlig magnetisk fortynningseffekt og forringes betydeligBrog(BH)maks.

Korngrensemodifikasjonsprosess

For å forbedre utnyttelsesforholdet til HREE og unngå magnetisk fortynningseffekt, foreslås korngrensemodifikasjonsprosess. Først, korngrense modifikasjonsprosessen produksjon Nd₂Fe₁₄henholdsvis B-hovedlegering og HREE-rik hjelpelegering, deretter pressing og sintring etter blanding av to legeringer i henhold til den bestemte andelen. Dy og Tb vil diffundere til hovedfasekorn fra korngrense under sintringsprosessen, og dannes dermed (Nd, Dy)₂Fe₁₄B eller (Nd, Tb)₂Fe₁₄B magnetiske herdelag ved grenseområdene til hovedfasen og reduserer dermed kjernedannelse av omvendt magnetisk domene. Selv korngrensemodifikasjonsprosessen har fremmet utnyttelsesgraden eller HREE, HREE eksisterer fortsatt uunngåelig i det indre av hovedfasekornet og gir opphav til magnetisk fortynningseffekt. Korngrensemodifikasjonsprosess har en opplysende betydning for påfølgende korngrensediffusjonsprosess.

Korngrensediffusjonsprosess

Korngrensediffusjonsprosessen starter med å introdusere HREE-lag til magnetens overflate, og deretter oppleve vakuumvarmebehandling over smeltepunktet til Nd-rik fase. Derfor diffunderer HREE element inn i magneten langs korngrensene og formen (Nd, Dy, Tb)₂Fe₁₄B kjerne-skall struktur rundt korn av hovedfasen. Da vil anisotropifeltet til hovedfasen forsterkes, i mellomtiden blir korngrensefasen mer kontinuerlig og rett som vil svekke magnetisk utvekslingskobling mellom hovedfasene. Den viktigste egenskapen til korngrensediffusjonsprosessen er å tillate magnetøkningHcjsamtidig som den holder høyBr. I motsetning til legeringsprosessen, trenger ikke HREE-elementer å gå inn i hovedfasen, og skaper dermed en stor reduksjon i mengden HREE og kostpris i konvensjonelle sintrede neodymmagneter med høy koersivitet. Korngrense er også i stand til å produsere noen nye kvaliteter som tidligere var utenkelige via legeringsprosessen, for eksempel N54SH og N52UH.

Korngrensediffusjonsbehandling vil bli implementert etter maskineringsprosessen. HREE-laget kan oppnås ved sprøyting, fysisk dampavsetning (PVD), elektroforese og termisk fordampning.

Begrensninger av korngrensediffusjonsprosess

Korngrensediffusjonsprosessen er hovedsakelig begrenset av tykkelsen på magneten, og forsterkningsgraden av indre koercivitet avtar når tykkelsen øker. Å øke diffusjonstemperaturen eller forlenge diffusjonstiden kan øke dybden og konsentrasjonen av diffust HREE, og deretter fremme volumfraksjonen av HREE kjerne-skallstruktur. Imidlertid vil for høy diffusjonstemperatur og tid resultere i kornvekst av hovedfasen, i mellomtiden vil også fasestruktur og fordeling av Nd-rik fase endres.