Краткое введение в процесс зернограничной диффузии

О пригодности постоянного магнита можно судить по стабильности остаточной намагниченности.Бр, внутренняя коэрцитивностьHcj, и максимальные энергетические продукты(ЧХ)макспри внешнем состоянии. Магнит с более высокимБрможет обеспечить более сильную напряженность магнитного поля, чем вышеHcjможет служить гораздо лучшей способностью против помех. Значение(ЧХ)макспредставляет собой способность постоянного магнита обеспечивать магнитостатическую энергию. Это видно из рисунка ниже, высокая(ЧХ)максМагнит может обеспечивать ту же напряженность магнитного поля при меньшем потреблении, поэтому история развития постоянного магнита по сути является процессом достижения более высоких характеристик.

Большинство редкоземельных элементов могут образовывать РЗЭ₂Фе₁₄Соединение B с Fe и B, а также Nd₂Фе₁₄Соединение B имеет самую высокую намагниченность насыщения и функциональное поле магнитокристаллической анизотропии среди этих РЗЭ.₂Фе₁₄Соединения B. Кроме того, запасы неодима в земной коре относительно велики, что может поддерживать стабильность цепочки поставок и ценовое преимущество.

Многочисленные наблюдения микроструктуры указывают на то, что в спеченных неодимовых магнитах присутствуют шесть фаз, затем Nd₂Фе₁₄Основная фаза B и фаза, богатая неодимом, наиболее известны из-за их влияния на магнитные характеристики. Nd₂Фе₁₄Основная фаза B является единственной магнитно-твердой фазой в спеченном магните, и ее объемная доля определяетБри(ЧХ)макссплава Nd-Fe-B. Фаза, богатая Nd, играет ключевую роль в магнитном упрочнении спеченных неодимовых магнитов. Ее состав, структура, распределение и морфология очень чувствительны к условиям процесса. Фаза, богатая Nd, предпочтительно имеет форму слоистой структуры и непрерывно распределена в областях границ зерен.

Повышение коэрцитивной силы спеченных неодимовых магнитов

Ветрогенератор, новый энергетический транспорт, энергосберегающие бытовые приборы и новейший мобильный интеллектуальный терминал — все это требует спеченных неодимовых магнитов, которые не только обладают высокой прочностью, но и(ЧХ)макс, но также имеют превосходныеHcj. Это всегда является серьезной проблемой для улучшенияHcjсохраняя при этом высокий уровеньБри(ЧХ)макс.

Собственная коэрцитивная сила спеченных неодимовых магнитов в основном зависит от микроструктуры и состава. Оптимизация микроструктуры фокусируется на измельчении зерна и улучшении распределения фазы, богатой неодимом. Состав может быть оптимизирован путем добавления других элементов для улучшения поля магнитокристаллической анизотропии зерна основной фазы. Существует положительная связь между коэрцитивной силой спеченных неодимовых магнитов и полем магнитокристаллической анизотропии зерна основной фазы. То есть, чем выше поле магнитокристаллической анизотропии зерна основной фазы, тем выше коэрцитивная сила спеченных неодимовых магнитов. H_Aиз Ди₂Фе₁₄Б и Тб₂Фе₁₄B значительно выше, чем Nd₂Фе₁₄B, затем добавление небольших количеств элемента Dy или Tb для замены атома Nd в решетке основной фазы приведет к образованию (Nd, Dy)₂Фе₁₄B или (Nd, Tb)₂Фе₁₄B с более высоким H_Aкоторые могут эффективно улучшить собственную коэрцитивность. Часто используемые методы добавления включают традиционный процесс легирования, процесс модификации границ зерен и процесс диффузии границ зерен.

Процесс легирования

Процесс легирования относится к добавлению определенной доли HREE Dy или Tb к сырью спеченных неодимовых магнитов, затем все элементы показывают гомогенизацию состава через процесс плавления. Механизм коэрцитивности спеченных неодимовых магнитов указывает на то, что обратный магнитный домен имеет тенденцию зарождаться в пограничных областях основной фазы, а равномерное распределение HREE приведет к пустой трате ресурсов и повышению стоимости. Прежде всего, антиферромагнитная связь между атомами Fe и атомами Dy вызовет серьезный эффект магнитного разбавления и существенно ухудшитБри(ЧХ)макс.

Процесс модификации границ зерен

Для улучшения коэффициента использования HREE и избежания эффекта магнитного разбавления предлагается процесс модификации границ зерен. Во-первых, процесс модификации границ зерен производит Nd₂Фе₁₄Основной сплав B и вспомогательный сплав с высоким содержанием HREE соответственно, затем прессование и спекание после смешивания двух сплавов в определенной пропорции. Dy и Tb будут диффундировать в зерно основной фазы от границы зерна во время процесса спекания, таким образом образуя (Nd, Dy)₂Фе₁₄B или (Nd, Tb)₂Фе₁₄B-магнитные слои упрочнения в приграничных областях основной фазы и, следовательно, уменьшают зародышеобразование обратного магнитного домена. Даже процесс модификации границ зерен способствовал коэффициенту использования или HREE, HREE все еще неизбежно присутствуют внутри зерна основной фазы и вызывают эффект магнитного разбавления. Процесс модификации границ зерен имеет просветляющее значение для последующего процесса диффузии границ зерен.

Процесс диффузии по границам зерен

Процесс диффузии по границам зерен начинается с введения слоя HREE на поверхность магнита, затем подвергается вакуумной термической обработке выше точки плавления фазы, богатой Nd. Таким образом, элемент HREE диффундирует в магнит вдоль границ зерен и образует (Nd, Dy, Tb)₂Фе₁₄B структура ядро-оболочка вокруг зерна основной фазы. Тогда поле анизотропии основной фазы будет усилено, в то же время, фаза границы зерна станет более непрерывным и прямым, что ослабит магнитную обменную связь между основными фазами. Наиболее существенной особенностью процесса диффузии границы зерна является то, что магнит увеличиваетсяHcjодновременно поддерживая высокийБр. В отличие от процесса легирования, элементы HREE не должны входить в основную фазу, таким образом, создавая значительное снижение количества HREE и себестоимости в обычных высококоэрцитивных спеченных неодимовых магнитах. Граница зерна также способна производить некоторые новые марки, которые ранее были немыслимы с помощью процесса легирования, такие как N54SH и N52UH.

После процесса обработки будет реализована обработка диффузией границ зерен. Слой HREE может быть получен распылением, физическим осаждением из паровой фазы (PVD), электрофорезом и термическим испарением.

Ограничения процесса зернограничной диффузии

Процесс диффузии по границам зерен в основном ограничивается толщиной магнита, а степень усиления собственной коэрцитивной силы уменьшается с увеличением толщины. Повышение температуры диффузии или увеличение времени диффузии может увеличить глубину и концентрацию диффузных HREE, а затем повысить объемную долю структуры ядра-оболочки HREE. Однако чрезмерная температура и время диффузии приведут к росту зерен основной фазы, в то же время фазовая структура и распределение фазы, богатой Nd, также изменятся.