دور السماريوم والعناصر الأخرى في ندفيب المتكلس

بورون الحديد النيوديميوم الملبد ، كما يوحي اسمه ، عبارة عن مادة سبيكة تتكون من Nd2Fe14B ، وهو مركب يتكون من ثلاثة عناصر: النيوديميوم Nd والحديد Fe والبورون B. لكن البورون الحديد النيوديميوم المتكلس ليس مرحلة واحدة. .1Fe4B4) والمرحلة الغنية بـ Nd (تُعرف أيضًا باسم المرحلة الغنية بالأرض النادرة) ، والتي تعد مرحلة Nd2Fe14B منها المرحلة الرئيسية أو المصطلح الأساسي.

تشكل معظم العناصر الأرضية النادرة (RE) مركبات RE 2Fe14B ، وهي المراحل الأساسية لمواد المغناطيس الدائم من سلسلة الحديد والبورون الأرضية النادرة الملبدة ، والتي تمثل 96٪ -98٪ من المغناطيس الدائم لسلسلة الحديد والبورون الأرضية النادرة الملبدة. جميع مركبات RE2Fe14B لها نفس التركيب البلوري ، لكن خصائصها المغناطيسية مختلفة تمامًا. وهذا يعني أن إضافة عناصر أرضية نادرة أخرى إلى بورون الحديد النيوديميوم المتكلس بدلاً من النيوديميوم يمكن أن يغير بعض خصائص المغناطيس.

دور المعادن الأرضية النادرة الثقيلة Dy بدلاً من Nd

تحسن بشكل كبير من القوة القسرية للمغناطيس

مجال التباين HA لمركب Dy 2Fe14B أعلى بنحو 2.14 مرة من Nd2Fe14B ، لذا فإن استبدال Nd بكمية صغيرة من Dy يمكن أن يحسن بشكل كبير القوة القسرية Hcj للمغناطيس. نظريًا ، لكل 1٪ (جزء ذري) من Dy لتحل محل Nd ، يمكن زيادة القوة القسرية Hcj للمغناطيس بمقدار 11.4kA / m ، لكن زيادة القوة القسرية Hcj في التطبيقات العملية مرتبطة بوجود أخرى المكونات.

  1. تقليل الاستقطاب المغناطيسي Js للمغناطيس ، وبالتالي تقليل البقايا Br ومنتج الطاقة المغناطيسية القصوى (BH) م

نظريًا ، لكل 1٪ (جزء ذري) من Dy بدلاً من Nd ، يتناقص الاستقطاب المغناطيسي Js للمغناطيس بمقدار 90mT.

  1. تقليل معامل درجة حرارة المغناطيس المتبقي Br ومنتج الطاقة المغناطيسية القصوى (BH) م

وتجدر الإشارة إلى أن إضافة عنصر أرضي نادر ثقيل Dy سيزيد بشكل كبير من تكلفة المواد الخام للمغناطيس الدائم NdFeB المتكلس ، لذلك يجب النظر في العلاقة بين التكلفة وأداء المغناطيس بشكل شامل.

دور المعادن الأرضية النادرة الثقيلة Tb بدلاً من Nd

إضافة Tb لاستبدال Nd في مغناطيس بورون الحديد النيوديميوم المتكلس له نفس تأثير استبدال Nd بواسطة Dy ، لكن المجال متباين الخواص HA لـ Tb 2Fe14B أعلى ، لذلك يمكن تحسين قوة المغناطيس الدائم بشكل أكثر فعالية. ومع ذلك ، يحتوي Tb على احتياطيات أقل في Dare من Dy وله سعر أعلى.

دور المعدن Gd والمعدن Ho في استبدال Nd

يحتوي Gd على أعلى احتياطيات من المعادن الأرضية النادرة الثقيلة ، ويمكن أن يشكل Gd أيضًا مركبات Gd2Fe14B. قوة الاستقطاب المغناطيسي Js والمجال متباين الخواص HA للمركبات أقل بكثير ، لكن درجة حرارة Curie Tc هي الأعلى. بسبب الاحتياطيات العالية والسعر المنخفض لـ Gd ، يضيف بعض المصنّعين Gd على شكل سبيكة حديد السماريوم لاستبدال Nd جزئيًا لإنتاج Nd-Fe-B متكلس منخفض التكلفة. ومع ذلك ، فإن استخدامه العملي لـ Gd بدلاً من Nd يعد مضيعة. بمجرد اكتشاف أن Gd له استخدامات أكثر أهمية في المستقبل ، سيُكتشف أنه خسارة لا يمكن تعويضها. استخدام Ho بدلاً من Nd له نفس التأثير والمشكلة.

دور المعادن الأرضية النادرة الخفيفة La، Ce، Pr في استبدال Nd

تحتوي العناصر الأرضية النادرة الخفيفة على احتياطيات وفيرة وغير مكلفة نسبيًا. إن تطوير المعادن الأرضية النادرة الخفيفة لتصنيع مواد البورون الحديد النيوديميوم المتكلس أمر يستحق التشجيع.

من الصعب نسبيًا تشكيل معادن La ، Fe ، B ، ودرجة الحرارة ضيقة جدًا ، ولكن بمجرد تشكيلها تحت 2 درجة مئوية تكون مستقرة. Nd تمثل 14٪ -860٪ من تكلفة البورون الحديد النيوديميوم المتكلس. في هذه المرحلة ، تبلغ تكلفة La حوالي عُشر تكلفة Nd. يمكن أن يؤدي استخدام La لاستبدال Nd إلى تقليل التكاليف وتعزيز الاستخدام الشامل لموارد الأرض النادرة. مع زيادة محتوى La ، سينخفض ​​الاستقطاب المغناطيسي Js و remanence Br والقوة القسرية Hcj ومنتج الطاقة المغناطيسية القصوى (BH) m. لا ذرة غير مغناطيسية. بسبب التخفيف المغناطيسي ، يتناقص (BH) م. إنقاص أسرع بكثير من Br.

Ce2Fe14B لديه استقرار ضعيف ويصعب تشكيله. مع زيادة محتوى Ce ، تنخفض الخصائص المغناطيسية المختلفة. في الوقت نفسه ، ستؤدي إضافة Ce إلى تقليل درجة حرارة Curie واستقرار درجة حرارة المغناطيس.

يحتوي مركب Pr2Fe14B على العديد من الشروط الأساسية التي يمكن استخدامها كمواد مغناطيسية دائمة ، ويمكن الحصول على خصائص مغناطيسية جيدة عن طريق التلبيد عند حوالي 1060 درجة مئوية باستخدام (PrNd) -Fe معدن كمادة خام يمكن أن ينتج مغناطيس دائم NdFeB متكلس مع جيد. الخواص المغناطيسية. وتجدر الإشارة إلى أن Pr هو أسهل للتأكسد من Nd ، وبعض المواد التي تتطلب ثباتًا عاليًا يجب أن تتحكم بشكل مناسب في كمية Pr.

دور المعادن الأخرى في استبدال الحديد

تتميز المادة المغناطيسية الدائمة NdFeB الملبدة بإكراه منخفض ودرجة حرارة Curie ، واستقرار ضعيف في درجة الحرارة ، ودرجة حرارة تشغيل منخفضة (حوالي 80 درجة مئوية) ، ومقاومة ضعيفة للتآكل ، مما يحد من تطبيقها. لهذا السبب ، تمت دراسة تأثيرات العناصر المختلفة على مواد NdFeB المغناطيس الدائم على نطاق واسع.

  1. تأثير الاستبدال الجزئي للحديد بالكوبالت على NdFeB المتكلس

مع زيادة محتوى Co ، تزداد درجة حرارة Curie للسبائك خطيًا ، وينخفض ​​معامل درجة الحرارة القابل للانعكاس α للحث المغناطيسي بشكل كبير. عندما يكون محتوى Co أقل من 5٪ (جزء ذري) ، (BH) m و Br بالكاد ينخفض ​​؛ عندما يكون محتوى Co أكبر من 30٪ ، يتم تقليل معلمات الأداء المغناطيسي المختلفة بشكل كبير. محتوى Co المضاف أقل من 10٪ ، وهو أمر مفيد للغاية. إنه لا يزيد فقط من درجة حرارة Curie للسبائك ، ولكنه يحافظ أيضًا على الخصائص المغناطيسية العالية. في الوقت نفسه ، تم أيضًا تحسين معامل درجة الحرارة للحث المغناطيسي.

  1. يستبدل Al جزئيًا Fe

تظهر نتائج أبحاث العلماء أن إضافة كمية صغيرة من الألومنيوم Al يمكن أن يحسن بشكل كبير من إكراه مادة Nd-Fe-B الثلاثية. تشير نتائج البحث إلى أنه على أساس مواد المغناطيس الدائم Nd-Fe-Co-B ، فإن إضافة Al يمكن أن تعوض عن تقليل القوة القسرية الناتجة عن إضافة Co. لذلك ، Nd-Fe-Co-Al- سبيكة ب.

  1. تأثير استبدال النحاس جزئياً بأزواج الحديد

وجدت الدراسة أن إضافة كمية صغيرة من النحاس Cu إلى أنظمة (Nd، Dy) -Fe-B و (Nd، Dy) - (Fe، Co) -B يمكن أن تزيد بشكل كبير من قوتها القسرية ، في حين أن Br بالكاد ينخفض. ، والتي يمكن أن تنتج مغناطيس دائم عالي Hcj وعالي (BH) م.

  1. تأثير العناصر الأخرى التي تحل محل أزواج الحديد جزئيًا

يمكن أن تؤدي إضافة كمية صغيرة من النيوبيوم Nb أو الزركونيوم Zr لاستبدال بعض الحديد على أساس سبيكة Nd-Fe-B الثلاثية إلى تحسين Hcj والتربيع Hk للسبائك بشكل فعال ، ولكن يتم تقليل Br قليلاً جدًا ، والتدفق المغناطيسي لـ لا يمكن اختزال السبيكة. خسارة. أظهرت النتائج التجريبية أن أعلى محتوى من النيوبيوم Nb في سبيكة Nd-Fe-B هو 3٪ (الجزء الذري). ستؤدي إضافة Nb الزائدة إلى انخفاض قسر السبيكة بسرعة وجعل Nd2Fe14B غير مستقر.

يمكن أن تؤدي إضافة الغاليوم والجا إلى زيادة إكراه السبيكة بشكل كبير وتقليل مجال المجال المغناطيسي غير القابل للعكس. في سبائك Nd-Fe-Co-B ، مع زيادة محتوى Co ، يتناقص Hcj ​​في السبائك ، ولكن في حالة إضافة Ga Next ، ظهرت ظاهرة زيادة القوة القسرية. من المتوقع أن يتم تحضير مواد المغناطيس الدائم Nd-Fe-B ذات نقطة Curie العالية و Hcj العالية في سبائك Ga المضافة

يمكن أن تؤدي الإضافة المركبة لغاليوم Ga و niobium Nb إلى تحسين استقرار درجة حرارة السبيكة بشكل كبير