Kratak uvod u proces difuzije na granici zrna

Praktičnost trajnog magneta može se ocijeniti stabilnošću remanencijeBr, intrinzična koercitivnostHcj, i maksimalnih energetskih proizvoda(BH)maxpod spoljnim uslovima. Magnet sa višimBrmože ponuditi jaču jačinu magnetnog polja, zatim većuHcjmože poslužiti mnogo boljoj sposobnosti protiv smetnji. Vrijednost(BH)maxpredstavlja sposobnost permanentnog magneta da obezbedi magnetostatičku energiju. Može se vidjeti sa donje slike, visoko(BH)maxmagnet može isporučiti istu jačinu magnetnog polja uz manju potrošnju, tada je istorija razvoja trajnog magneta u suštini proces težnje ka višim performansama.

Većina rijetkih zemnih elemenata može formirati RE₂Fe₁₄B spoj sa Fe i B i Nd₂Fe₁₄B spoj ima najveću magnetizaciju zasićenja i polje funkcionalne magnetokristalne anizotropije među ovim RE₂Fe₁₄B jedinjenja. Osim toga, rezervni volumen neodimijuma u Zemljinoj kori je relativno obilan što može održati stabilnost lanca snabdijevanja i prednost u troškovima.

Mnoga zapažanja mikrostrukture pokazuju da postoji šest faza u sinterovanim neodimijumskim magnetima, zatim Nd₂Fe₁₄B glavna faza i faza bogata Nd su najpoznatije zbog njihovog uticaja na magnetne performanse. Nd₂Fe₁₄B glavna faza je jedina tvrda magnetna faza u sinterovanom magnetu i njen volumenski udio određujeBri(BH)maxod legure Nd-Fe-B. Faza bogata Nd igra ključnu ulogu u magnetskom očvršćavanju sinteriranih neodimijskih magneta. Njegov sastav, struktura, distribucija i morfologija su veoma osjetljivi na uslove procesa. Faza bogata Nd je poželjno u obliku slojevite strukture i kontinuirano raspoređena u graničnim područjima zrna.

Povećanje koercitivnosti sinterovanih neodimijumskih magneta

Generator na vjetar, novo energetsko vozilo, kućanski aparati koji štede energiju i najnoviji mobilni inteligentni terminal zahtijevaju sinterirani neodimski magneti ne samo da imaju visoku(BH)max, ali i superiorniHcj. To je uvijek veliki problem za poboljšanjeHcjdok se i dalje održava na visokom nivouBri(BH)max.

Na intrinzičnu koercitivnost sinteriranih neodimijskih magneta uglavnom utiču mikrostruktura i sastav. Optimizacija mikrostrukture fokusira se na pročišćavanje zrna i poboljšava distribuciju faze bogate Nd. Sastav se može optimizirati dodavanjem drugih elemenata radi poboljšanja magnetokristalnog polja anizotropije zrna glavne faze. Postoji pozitivna veza između koercitivnosti sinterovanih neodimijumskih magneta i magnetokristalnog polja anizotropije zrna glavne faze. Odnosno, što je veće magnetnokristalno polje anizotropije zrna glavne faze, to je veća koercitivnost sinterovanih neodimijumskih magneta. H_Aod Dy₂Fe₁₄B i Tb₂Fe₁₄B su znatno veći od Nd₂Fe₁₄B, tada će se dodavanjem malih količina Dy ili Tb elementa za zamjenu Nd atoma u glavnoj fazi formirati (Nd, Dy)₂Fe₁₄B ili (Nd, Tb)₂Fe₁₄B sa višim H_Ašto može efikasno poboljšati intrinzičnu koercitivnost. Često korištene metode dodavanja uključuju tradicionalni proces legiranja, proces modifikacije granica zrna i proces difuzije na granici zrna.

Proces legiranja

Proces legiranja se odnosi na dodavanje određene proporcije HREE Dy ili Tb u sirovinu sinteriranih neodimijskih magneta, nakon čega svi elementi pokazuju homogenizaciju sastava kroz proces topljenja. Mehanizam koercitivnosti sinterovanih neodimijumskih magneta ukazuje na to da obrnuti magnetni domen ima tendenciju nukleacije na graničnim područjima glavne faze, a ujednačena distribucija HREE će rezultirati gubitkom resursa i povećanjem troškova. Iznad svega, antiferomagnetno spajanje između Fe atoma i Dy atoma će stvoriti ozbiljan efekat magnetnog razrjeđivanja i značajno pogoršatiBri(BH)max.

Proces modifikacije granice zrna

Kako bi se poboljšao omjer iskorištenja HREE i izbjegao efekat magnetskog razrjeđivanja, predlaže se proces modifikacije granice zrna. Prvo, proces modifikacije granice zrna proizvodnje Nd₂Fe₁₄B glavna legura i pomoćna legura bogata HREE, zatim prešanje i sinterovanje nakon miješanja dvije legure prema određenoj proporciji. Dy i Tb će difundirati u zrno glavne faze sa granice zrna tokom procesa sinterovanja, formirajući tako (Nd, Dy)₂Fe₁₄B ili (Nd, Tb)₂Fe₁₄B slojevi magnetnog otvrdnjavanja na graničnim područjima glavne faze i time smanjuju nukleaciju obrnute magnetske domene. Čak je i proces modifikacije granice zrna promovirao omjer iskorištenja ili HREE, HREE još uvijek neizbježno postoji u unutrašnjosti zrna glavne faze i dovodi do efekta magnetskog razrjeđivanja. Proces modifikacije granice zrna ima prosvjetiteljski značaj za kasniji proces difuzije granice zrna.

Proces difuzije na granici zrna

Proces difuzije na granici zrna počinje uvođenjem HREE sloja na površinu magneta, a zatim se podvrgava vakuumskoj termičkoj obradi iznad tačke topljenja faze bogate Nd. Stoga, HREE element difundira u magnet duž granica zrna i formira (Nd, Dy, Tb)₂Fe₁₄B struktura jezgro-ljuska oko zrna glavne faze. Tada će se pojačati polje anizotropije glavne faze, au međuvremenu, faza granice zrna će postati kontinuiranija i ravnija što će oslabiti vezu magnetske izmjene između glavnih faza. Najznačajnija karakteristika procesa difuzije na granici zrna je omogućavanje povećanja magnetaHcjuz istovremeno održavanje visokeBr. Za razliku od procesa legiranja, HREE elementi ne moraju da uđu u glavnu fazu, što stvara značajno smanjenje količine HREE i cijene koštanja kod konvencionalnih visokokoercitivnih sinteriranih neodimijskih magneta. Grain boundary također može proizvesti neke nove vrste koje su ranije bile nezamislive postupkom legiranja, kao što su N54SH i N52UH.

Difuzioni tretman na granici zrna će biti implementiran nakon procesa obrade. HREE sloj se može dobiti prskanjem, fizičkim taloženjem pare (PVD), elektroforezom i termičkim isparavanjem.

Ograničenja procesa difuzije na granici zrna

Proces difuzije na granici zrna uglavnom je ograničen debljinom magneta, a stepen pojačanja intrinzične koercitivnosti opada kako se debljina povećava. Podizanje temperature difuzije ili produženje vremena difuzije može povećati dubinu i koncentraciju difuznog HREE, a zatim povećati volumenski udio strukture HREE jezgro-ljuska. Međutim, prekomjerna temperatura i vrijeme difuzije će rezultirati rastom zrna glavne faze, au međuvremenu će se promijeniti i fazna struktura i raspodjela faze bogate Nd.