晶界扩散过程简介

永磁体的实用性可以通过剩磁的稳定性来判断 Br内在矫顽力 Hcj以及最大能量产品 (BH)max 在外部条件下。 磁铁高 Br 可以提供更强的磁场强度,然后更高 Hcj 可以提供更好的抗干扰能力。 的价值 (BH)max 代表永磁体提供静磁能量的能力。 从下图可以看出,高 (BH)max 磁体可以以更少的消耗提供相同的磁场强度,因此永磁体的发展历史本质上是追求更高性能的过程。

晶界扩散过程1

大多数稀土元素可以形成稀土2Fe14B化合物与Fe,B和Nd2Fe14在这些RE中,B化合物具有最高的饱和磁化强度和功能性磁晶各向异性场2Fe14B化合物。 除此之外,地壳中钕的储量相对丰富,可以保持供应链的稳定性和成本优势。

晶界扩散过程2

许多微观结构的观察表明,存在六个相。 烧结钕铁硼磁体,然后是Nd2Fe14B主相和富Nd相由于对磁性能的影响而广为人知。 钕2Fe14B主相是烧结磁体中唯一的硬磁相,其体积分数决定了 Br 以及 (BH)max Nd-Fe-B合金。 富钕相在铁磁硬化中起关键作用 烧结钕铁硼磁体。 其组成,结构,分布和形态对工艺条件高度敏感。 富Nd相优选为层状结构形式并且连续分布在晶界区域中。

晶界扩散过程3

烧结钕磁铁的矫顽力增强

风力发电机,新能源汽车,节能家用电器和最新的移动智能终端都需要烧结钕磁铁,不仅具有 (BH)max,也要有上乘 Hcj。 提升始终是一个主要问题 Hcj 同时仍然保持高 Br 以及 (BH)max.

的固有矫顽力 烧结钕铁硼磁体 主要受微观结构和组成的影响。 显微组织的优化侧重于晶粒细化和改善富Nd相的分布。 可以通过添加其他元素来改善主相晶粒的磁晶各向异性场来优化成分。 钕磁铁烧结体的矫顽力与主相晶粒的磁晶各向异性场之间存在正相关关系。 也就是说,主相晶粒的磁晶各向异性场越高,则钕烧结磁体的矫顽力越高。 HA Dy的2Fe14B和Tb2Fe14B比Nd高得多2Fe14B,然后在主相晶格中添加少量的Dy或Tb元素替代Nd原子将形成(Nd,Dy)2Fe14B或(Nd,Tb)2Fe14H较高的BA 可以有效提高固有矫顽力。 常用的添加方法包括传统的合金化工艺,晶界改性工艺和晶界扩散工艺。

合金化工艺

合金化工艺是指将一定比例的HREE Dy或Tb添加到原料中 烧结钕铁硼磁体,则所有元素在熔化过程中均显示出成分均质化。 烧结钕磁铁的矫顽力机制表明,反向磁畴趋于在主相边界区域成核,而HREE的均匀分布将导致资源浪费和成本增加。 最重要的是,Fe原子与Dy原子之间的反铁磁耦合将产生严重的磁稀释效应并显着恶化 Br 以及 (BH)max.

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晶界修饰过程

为了提高HREE的利用率,避免磁稀释效应,提出了晶界改性工艺。 一,晶界改性工艺制造Nd2Fe14B主合金和富含HREE的辅助合金,然后按一定比例混合两种合金后进行压制和烧结。 Dy和Tb在烧结过程中会从晶界扩散到主相晶粒,从而形成(Nd,Dy)2Fe14B或(Nd,Tb)2Fe14B磁硬化层位于主相的边界区域,因此减少了反向磁畴的形核。 即使晶界改性工艺提高了利用率或HREE,HREE仍不可避免地存在于主相晶粒内部,并产生磁稀释作用。 晶界改性过程对后续的晶界扩散过程具有启发意义。

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晶界扩散过程

晶界扩散过程始于在磁体表面引入HREE层,然后在富Nd相熔点以上进行真空热处理。 因此,HREE元素沿晶界扩散到磁体中并形成(Nd,Dy,Tb)2Fe14B核-壳结构围绕着主相晶粒。 从而增强了主相的各向异性场,同时晶界相变得更加连续和平直,削弱了主相之间的磁交换耦合。 晶界扩散过程的最显着特征是允许增加磁体 Hcj 同时保持高 Br。 与合金化工艺不同,HREE元素无需进入主相,从而大大降低了传统高矫顽力烧结钕磁铁中HREE的数量和成本价格。 晶界也能够制造以前通过合金化工艺无法想象的一些新等级,例如 N54SH 和N52UH。

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加工后将进行晶界扩散处理。 可以通过喷涂获得HREE层, 物理气相沉积(PVD),电泳和热蒸发。

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晶界扩散过程的局限性

晶界扩散过程主要受磁体厚度的限制,固有矫顽力的增强程度随厚度的增加而降低。 提高扩散温度或延长扩散时间可以增加扩散的HREE的深度和浓度,然后提高HREE核-壳结构的体积分数。 但是,过高的扩散温度和时间会导致主相的晶粒长大,与此同时,富Nd相的相结构和分布也会发生变化。

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1评论

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