Stručný úvod do procesu difúze na hranicích zrn

Praktičnost permanentního magnetu lze posoudit podle stability remanenceBr, vnitřní nátlakHcja maximální energetické produkty(BH) maxza vnějších podmínek. Magnet s vyššíBrmůže nabídnout silnější magnetické pole, pak vyššíHcjmůže sloužit mnohem lépe proti rušení. Hodnota(BH) maxpředstavuje schopnost permanentního magnetu poskytovat magnetostatickou energii. Je to vidět z obrázku níže, vysoká(BH) maxmagnet může dodávat stejnou sílu magnetického pole s menší spotřebou, pak je historie vývoje permanentního magnetu v podstatě procesem sledování vyššího výkonu.

Většina prvků vzácných zemin může tvořit RE₂Fe₁₄B sloučenina s Fe a B a Nd₂Fe₁₄Sloučenina B má mezi těmito RE nejvyšší saturační magnetizaci a funkční pole magnetokrystalické anizotropie₂Fe₁₄B sloučeniny. Kromě toho je rezervní objem neodymu v zemské kůře relativně hojný, což může udržet stabilitu dodavatelského řetězce a cenovou výhodu.

Mnoho pozorování mikrostruktury ukazuje, že ve slinutých neodymových magnetech existuje šest fází, pak Nd₂Fe₁₄Hlavní fáze B a fáze bohatá na Nd jsou nejznámější díky svým účinkům na magnetický výkon. Nd₂Fe₁₄Hlavní fáze B je jedinou tvrdou magnetickou fází ve slinutém magnetu a určuje její objemový podílBra(BH) maxze slitiny Nd-Fe-B. Fáze bohatá na Nd hraje klíčovou roli při magnetickém kalení slinutých neodymových magnetů. Jeho složení, struktura, distribuce a morfologie jsou vysoce citlivé na podmínky procesu. Fáze bohatá na Nd je výhodně ve formě vrstvené struktury a kontinuálně distribuovaná v oblastech po hranicích zrn.

Zvýšení koercitivity slinutých neodymových magnetů

Generátor větrné energie, nové energetické vozidlo, energeticky úsporné domácí spotřebiče a nejnovější mobilní inteligentní terminál – to vše vyžaduje slinuté neodymové magnety nejen s vysokou(BH) max, ale také mají nadřazenéHcj. Vždy je to hlavní problém, který je třeba zlepšitHcjpři zachování vysokéBra(BH) max.

Vnitřní koercivita slinutých neodymových magnetů je ovlivněna především mikrostrukturou a složením. Optimalizace mikrostruktury se zaměřuje na zjemnění zrna a zlepšení distribuce fáze bohaté na Nd. Složení lze optimalizovat přidáním dalších prvků ke zlepšení pole magnetokrystalické anizotropie zrna hlavní fáze. Existuje pozitivní vztah mezi koercitivitou slinutých neodymových magnetů a polem magnetokrystalické anizotropie zrna hlavní fáze. To znamená, že čím vyšší je pole magnetokrystalické anizotropie zrna hlavní fáze, tím vyšší je koercivita slinutých neodymových magnetů. H_Az Dy₂Fe₁₄B a Tb₂Fe₁₄B jsou podstatně vyšší než Nd₂Fe₁₄B, poté se vytvoří přidání malého množství prvku Dy nebo Tb k nahrazení atomu Nd v mřížce hlavní fáze (Nd, Dy)₂Fe₁₄B nebo (Nd, Tb)₂Fe₁₄B s vyšším H_Akteré mohou účinně zlepšit vnitřní koercitivitu. Mezi často používané způsoby přidávání patří tradiční proces legování, proces modifikace hranic zrn a proces difúze hranic zrn.

Proces legování

Procesem legování se rozumí přidání určitého podílu HREE Dy nebo Tb k surovině slinutých neodymových magnetů, poté všechny prvky vykazují homogenizaci složení procesem tavení. Mechanismus koercitivity slinutých neodymových magnetů ukazuje, že reverzní magnetická doména má tendenci nukleovat v okrajových oblastech hlavní fáze a rovnoměrná distribuce HREE bude mít za následek plýtvání zdroji a zvýšení nákladů. Především antiferomagnetická vazba mezi atomy Fe a atomy Dy bude generovat vážný účinek magnetického zředění a podstatně se zhoršíBra(BH) max.

Proces modifikace hranic zrn

Aby se zlepšil poměr využití HREE a zabránilo se efektu magnetického ředění, je navržen proces modifikace hranic zrn. Za prvé, výroba procesu modifikace hranic zrn Nd₂Fe₁₄Hlavní slitina B a pomocná slitina bohatá na HREE, poté lisování a slinování po smíchání dvou slitin podle určitého poměru. Dy a Tb budou během procesu slinování difundovat do zrna hlavní fáze z hranice zrn, čímž se vytvoří (Nd, Dy)₂Fe₁₄B nebo (Nd, Tb)₂Fe₁₄B magneticky zpevňující vrstvy na hraničních oblastech hlavní fáze a tím snižují nukleaci reverzní magnetické domény. Dokonce i proces modifikace hranic zrn podpořil poměr využití neboli HREE, HREE stále nevyhnutelně existuje uvnitř zrna hlavní fáze a způsobuje efekt magnetického ředění. Proces modifikace hranic zrn má osvětový význam pro následný proces difúze hranic zrn.

Proces difúze na hranicích zrn

Proces difúze na hranicích zrn začíná nanesením vrstvy HREE na povrch magnetu a následným vakuovým tepelným zpracováním nad bodem tání fáze bohaté na Nd. Proto prvek HREE difunduje do magnetu podél hranic zrn a tvoří (Nd, Dy, Tb)₂Fe₁₄B struktura jádro-obal kolem zrna hlavní fáze. Potom se anizotropní pole hlavní fáze zesílí, mezitím se fáze na hranicích zrn stane spojitější a rovnější, což oslabí magnetickou výměnnou vazbu mezi hlavními fázemi. Nejvýznamnějším rysem procesu difúze hranic zrn je umožnění zvětšení magnetuHcjpři současném udržení vysokéBr. Na rozdíl od procesu legování nemusí prvky HREE vstupovat do hlavní fáze, čímž dochází k výraznému snížení množství HREE a nákladové ceny u konvenčních vysoce koercitivních slinutých neodymových magnetů. Hranice zrn je také schopna vyrábět některé nové jakosti, které byly dříve nepředstavitelné procesem legování, jako jsou N54SH a N52UH.

Po procesu obrábění bude provedeno difúzní ošetření hranic zrn. Vrstvu HREE lze získat nástřikem, fyzikálním napařováním (PVD), elektroforézou a tepelným odpařováním.

Omezení procesu difúze na hranicích zrn

Proces difúze po hranicích zrn je omezen hlavně tloušťkou magnetu a stupeň zesílení vnitřní koercitivity klesá s rostoucí tloušťkou. Zvýšení teploty difúze nebo prodloužení doby difúze může zvýšit hloubku a koncentraci rozptýleného HREE a pak podpořit objemový zlomek struktury jádra a obalu HREE. Nadměrná difúzní teplota a čas však povedou k růstu zrn hlavní fáze, mezitím se také změní fázová struktura a distribuce fáze bohaté na Nd.