Samariums rolle og andre elementer i sintret NdFeB

Sintret neodym jernbor er, som navnet antyder, et legeringsmateriale bestående af Nd2Fe14B, en forbindelse bestående af tre grundstoffer: neodym Nd, jern Fe og bor B. Men sintret neodym jernbor er ikke en enkelt fase. .1Fe4B4-fase) og Nd-rig fase (også kendt som sjælden jordrig fase), hvoraf Nd2Fe14B-fase er hovedfasen eller grundlæggende betegnelse.

De fleste sjældne jordarter (RE) danner RE 2Fe14B-forbindelser, som er de grundlæggende faser af sintrede sjældne jordarter-jern-bor-serie-permanente magnetmaterialer, der tegner sig for 96% -98% af sintrede sjældne jordarter-jern-bor-permanente magneter. Alle RE2Fe14B-forbindelser har den samme krystalstruktur, men deres magnetiske egenskaber er meget forskellige. Det vil sige at tilføje andre sjældne jordarter til sintret neodym jernbor i stedet for neodym kan ændre nogle af magnetens egenskaber.

Rollen af ​​tungt sjældent jordartsmetal Dy i stedet for Nd

Forbedre magnetens tvangskraft markant

Anisotropifeltet HA for Dy 2Fe14B-forbindelsen er ca. 2.14 gange højere end for Nd2Fe14B, så udskiftning af Nd med en lille mængde Dy kan forbedre magnetens tvangskraft Hcj betydeligt. Teoretisk for hver 1% (atomfraktion) af Dy til at erstatte Nd, kan magnetens tvangskraft Hcj øges med 11.4 kA / m, men stigningen af ​​tvangskraften Hcj i praktiske anvendelser er relateret til eksistensen af ​​andre komponenter.

  1. Reducer magnetens magnetiske polarisering Js og reducer derved remanensen Br og det maksimale magnetiske energiprodukt (BH) m

Teoretisk for hver 1% (atomfraktion) Dy i stedet for Nd, falder magnetens magnetiske polarisering Js med 90mT.

  1. Reducer temperaturkoefficienten for magnet remanens Br og det maksimale magnetiske energiprodukt (BH) m

Det skal bemærkes, at tilføjelsen af ​​tungt sjældent jordartselement Dy vil øge råmaterialeprisen for sintrede NdFeB permanente magneter betydeligt, så forholdet mellem pris og magnetpræstation skal overvejes grundigt.

Rollen af ​​tungt sjældent jordartsmetal Tb i stedet for Nd

Tilføjelse af Tb for at erstatte Nd i sintrede neodym-jernbor-magneter har den samme virkning som udskiftningen af ​​Nd med Dy, men det anisotropiske felt HA for Tb 2Fe14B er højere, så den permanente magnets coercivitet kan forbedres mere effektivt. Tb har dog mindre reserver i Dare end Dy og har en højere pris.

Rollen af ​​metal Gd og metal Ho som erstatning for Nd

Gd har de højeste reserver i tunge sjældne jordmetaller, og Gd kan også danne Gd2Fe14B-forbindelser. Den magnetiske polarisationsstyrke Js og det anisotropiske felt HA for forbindelserne er signifikant lavere, men Curie-temperaturen Tc er den højeste. På grund af de høje reserver og lave priser på Gd tilføjer nogle producenter Gd i form af samarium-jernlegering for delvis at erstatte Nd for at producere billig sintret Nd-Fe-B. Imidlertid er dens praktiske brug af Gd i stedet for Nd spild. Når først Gd viser sig at have vigtigere anvendelser i fremtiden, vil det blive fundet at være et uopretteligt tab. Brug af Ho i stedet for Nd har samme effekt og problem.

Rollen af ​​lette sjældne jordmetaller La, Ce, Pr som erstatning for Nd

Lys sjældne jordarter har rigelige reserver og er relativt billige. Udviklingen af ​​lette sjældne jordartsmetaller til fremstilling af sintrede neodym-jernbormaterialer er værd at opmuntre.

La, Fe, B metaller er relativt vanskelige at danne La2Fe14B, temperaturen er meget smal, men når den først er dannet under 860 ° C, er den stabil. Nd tegner sig for 65-75% af omkostningerne ved sintret neodym jernbor. På dette stadium er omkostningerne ved La ca. en tiendedel af Nd. Brug af La til at erstatte Nd kan reducere omkostningerne og fremme den omfattende udnyttelse af sjældne jordressourcer. Med stigningen i La-indhold falder den magnetiske polarisering Js, remanensen Br, tvangskraften Hcj og det maksimale magnetiske energiprodukt (BH) m. La er et ikke-magnetisk atom. På grund af magnetisk fortynding falder (BH) m. Fald meget hurtigere end Br.

Ce2Fe14B har dårlig stabilitet og er sværere at danne. Når Ce-indholdet stiger, falder forskellige magnetiske egenskaber. Samtidig reducerer tilsætningen af ​​Ce magnetens Curie-temperatur og temperaturstabilitet.

Pr2Fe14B-forbindelsen har flere grundlæggende betingelser, der kan bruges som et permanentmagnetmateriale, og gode magnetiske egenskaber kan opnås ved sintring ved ca. 1060 ° C. Brug af (PrNd) -Fe-metal som råmateriale kan producere sintrede NdFeB permanente magneter med god magnetiske egenskaber. Det skal bemærkes, at Pr er lettere at oxidere end Nd, og nogle materialer, der kræver høj stabilitet, bør passende kontrollere mængden af ​​Pr.

Andre metals rolle i erstatning af Fe

Det sintrede NdFeB permanente magnetiske materiale har lav koercivitet og Curie temperatur, dårlig temperaturstabilitet, lav driftstemperatur (ca. 80 ° C) og dårlig korrosionsbestandighed, hvilket begrænser dets anvendelse. Af denne grund er mennesker Effekterne af forskellige elementer på NdFeB permanente magnetmaterialer er blevet grundigt undersøgt.

  1. Effekt af delvis erstatning af Fe med kobolt på sintret NdFeB

Når Co-indholdet stiger, stiger legeringens Curie-temperatur lineært, og den reversible temperaturkoefficient α for den magnetiske induktion falder betydeligt. Når Co-indholdet er mindre end 5% (atomfraktion), falder (BH) m og Br næppe; når Co-indholdet er større end 30%, reduceres forskellige magnetiske præstationsparametre signifikant. Det tilsatte Co-indhold er mindre end 10%, hvilket er meget gavnligt. Det øger ikke kun legeringens Curie-temperatur, men opretholder også høje magnetiske egenskaber. Samtidig forbedres temperaturkoefficienten for magnetisk induktion også.

  1. Al erstatter delvist Fe

Forskers forskningsresultater viser, at tilsætning af en lille mængde aluminium Al kan forbedre koerciviteten af ​​det ternære Nd-Fe-B-materiale betydeligt. Forskningsresultaterne indikerer, at tilsætningen af ​​Al på baggrund af Nd-Fe-Co-B permanente magnetmaterialer kan kompensere for reduktionen af ​​tvangskraften forårsaget af tilsætningen af ​​Co. Derfor kan Nd-Fe-Co-Al- B-legering.

  1. Virkning af Cu, der delvis erstatter Fe-par

Undersøgelsen viste, at tilføjelse af en lille mængde kobber Cu til (Nd, Dy) -Fe-B og (Nd, Dy) - (Fe, Co) -B-systemer kan øge dens tvangskraft markant, mens Br næppe falder. , Som kan producere permanente magneter med høj Hcj og høj (BH) m.

  1. Effekt af andre elementer, der delvis erstatter Fe-par

Tilsætning af en lille mængde niobium Nb eller zirconium Zr for at erstatte noget jern på basis af ternær Nd-Fe-B-legering kan effektivt forbedre legeringen Hcj og kvadratur Hk, men Br reduceres meget lidt, og den magnetiske strøm af legeringen kan ikke reduceres. tab. De eksperimentelle resultater viser, at det højeste niobium-Nb-indhold i Nd-Fe-B-legeringen er 3% (atomfraktion). Tilsætning af overdreven Nb vil få legeringens tvangsevne til at falde hurtigt og gøre Nd2Fe14B ustabil.

Tilsætningen af ​​gallium og Ga kan øge legeringens tvangsevne betydeligt og reducere det irreversible magnetfelt hirr. I Nd-Fe-Co-B-legeringer, når indholdet af Co stiger, falder legeringens Hcj, men i tilfælde af tilføjelse af Ga Next optrådte fænomenet med øget tvangskraft. Det forventes, at Nd-Fe-B permanente magnetmaterialer med høj Curie-punkt og høj Hcj kan fremstilles i Ga-tilsatte legeringer

Forbindelse tilsætning af gallium Ga og niobium Nb kan forbedre legeringens temperaturstabilitet betydeligt