El papel del samario y otros elementos en NdFeB sinterizado

El boro de hierro de neodimio sinterizado, como su nombre indica, es un material de aleación que consta de Nd2Fe14B, un compuesto que consta de tres elementos: Nd de neodimio, hierro Fe y boro B. Pero el boro de hierro de neodimio sinterizado no es una sola fase. .1Fe4B4 fase) y fase rica en Nd (también conocida como fase rica en tierras raras), de las cuales la fase Nd2Fe14B es la fase principal o término básico.

La mayoría de los elementos de tierras raras (RE) forman compuestos RE 2Fe14B, que son las fases básicas de los materiales de imanes permanentes sinterizados de la serie hierro-boro de tierras raras, que representan el 96% -98% de los imanes permanentes sinterizados de la serie hierro-boro de tierras raras. Todos los compuestos RE2Fe14B tienen la misma estructura cristalina, pero sus propiedades magnéticas son muy diferentes. Es decir, agregar otros elementos de tierras raras al neodimio hierro boro sinterizado en lugar de neodimio puede cambiar algunas propiedades del imán.

El papel del metal pesado de tierras raras Dy en lugar de Nd

Mejora significativamente la fuerza coercitiva del imán.

El campo de anisotropía HA del compuesto Dy 2Fe14B es aproximadamente 2.14 veces mayor que el de Nd2Fe14B, por lo que reemplazar Nd con una pequeña cantidad de Dy puede mejorar significativamente la fuerza coercitiva Hcj del imán. Teóricamente, por cada 1% (fracción atómica) de Dy que reemplace a Nd, la fuerza coercitiva Hcj del imán puede incrementarse en 11.4kA / m, pero el aumento de la fuerza coercitiva Hcj en aplicaciones prácticas está relacionado con la existencia de otras componentes.

  1. Disminuir la polarización magnética Js del imán, reduciendo así la remanencia Br y el producto máximo de energía magnética (BH) m

En teoría, por cada 1% (fracción atómica) de Dy en lugar de Nd, la polarización magnética Js del imán disminuye en 90 mT.

  1. Reducir el coeficiente de temperatura de la remanencia del imán Br y el producto de energía magnética máxima (BH) m

Cabe señalar que la adición del elemento pesado de tierras raras Dy aumentará significativamente el costo de la materia prima de los imanes permanentes de NdFeB sinterizado, por lo que la relación entre el costo y el rendimiento del imán debe considerarse de manera integral.

El papel del metal pesado de tierras raras Tb en lugar de Nd

Agregar Tb para reemplazar Nd en imanes de boro de hierro de neodimio sinterizado tiene el mismo efecto que el reemplazo de Nd por Dy, pero el campo anisotrópico HA de Tb 2Fe14B es mayor, por lo que la coercitividad del imán permanente se puede mejorar de manera más efectiva. Sin embargo, Tb tiene menos reservas en Dare que Dy y tiene un precio más alto.

El papel del metal Gd y el metal Ho en la sustitución de Nd

Gd tiene las mayores reservas de metales pesados ​​de tierras raras, y Gd también puede formar compuestos Gd2Fe14B. La fuerza de polarización magnética Js y el campo anisotrópico HA de los compuestos son significativamente menores, pero la temperatura de Curie Tc es la más alta. Debido a las altas reservas y al bajo precio del Gd, algunos fabricantes agregan Gd en forma de aleación de hierro y samario para reemplazar parcialmente el Nd para producir Nd-Fe-B sinterizado de bajo costo. Sin embargo, su uso práctico de Gd en lugar de Nd es un desperdicio. Una vez que se descubra que Gd tendrá usos más importantes en el futuro, se considerará una pérdida irreparable. Usar Ho en lugar de Nd tiene el mismo efecto y problema.

El papel de los metales ligeros de tierras raras La, Ce, Pr en la sustitución de Nd

Los elementos ligeros de tierras raras tienen abundantes reservas y son relativamente económicos. Vale la pena alentar el desarrollo de metales ligeros de tierras raras para la fabricación de materiales sinterizados de neodimio, hierro y boro.

Los metales La, Fe, B son relativamente difíciles de formar La2Fe14B, la temperatura es muy estrecha, pero una vez formada por debajo de 860 ° C es estable. Nd representa el 65% -75% del costo del boro de hierro de neodimio sinterizado. En esta etapa, el costo de La es aproximadamente una décima parte del de Nd. El uso de La para reemplazar Nd puede reducir costos y promover la utilización integral de los recursos de tierras raras. Con el aumento del contenido de La, la polarización magnética Js, la remanencia Br, la fuerza coercitiva Hcj y el producto máximo de energía magnética (BH) m disminuirán. La es un átomo no magnético. Debido a la dilución magnética, la (BH) m disminuye. Disminuye mucho más rápido que Br.

Ce2Fe14B tiene poca estabilidad y es más difícil de formar. A medida que aumenta el contenido de Ce, disminuyen varias propiedades magnéticas. Al mismo tiempo, la adición de Ce reducirá la temperatura de Curie y la estabilidad de temperatura del imán.

El compuesto Pr2Fe14B tiene varias condiciones básicas que se pueden usar como material de imán permanente, y se pueden obtener buenas propiedades magnéticas sinterizando a aproximadamente 1060 ° C.El uso de metal (PrNd) -Fe como materia prima puede producir imanes permanentes de NdFeB sinterizado con buena propiedades magnéticas. Cabe señalar que el Pr es más fácil de oxidar que el Nd, y algunos materiales que requieren una alta estabilidad deberían controlar adecuadamente la cantidad de Pr.

El papel de otros metales en la sustitución del Fe

El material magnético permanente NdFeB sinterizado tiene baja coercitividad y temperatura de Curie, escasa estabilidad térmica, baja temperatura de funcionamiento (aproximadamente 80 ° C) y escasa resistencia a la corrosión, lo que limita su aplicación. Por esta razón, se han estudiado exhaustivamente los efectos de varios elementos en los materiales de imanes permanentes de NdFeB.

  1. Efecto de la sustitución parcial de Fe por cobalto sobre NdFeB sinterizado

A medida que aumenta el contenido de Co, la temperatura de Curie de la aleación aumenta linealmente y el coeficiente de temperatura reversible α de la inducción magnética disminuye significativamente. Cuando el contenido de Co es inferior al 5% (fracción atómica), (BH) my Br apenas disminuyen; cuando el contenido de Co es superior al 30%, se reducen significativamente varios parámetros de rendimiento magnético. El contenido de Co añadido es inferior al 10%, lo que es muy beneficioso. No solo aumenta la temperatura de Curie de la aleación, sino que también mantiene altas propiedades magnéticas. Al mismo tiempo, también se mejora el coeficiente de temperatura de inducción magnética.

  1. Al reemplaza parcialmente a Fe

Los resultados de la investigación de los académicos muestran que agregar una pequeña cantidad de aluminio Al puede mejorar significativamente la coercitividad del material ternario Nd-Fe-B. Los resultados de la investigación indican que, sobre la base de los materiales de imán permanente Nd-Fe-Co-B, la adición de Al puede compensar la reducción de la fuerza coercitiva causada por la adición de Co. Por lo tanto, Nd-Fe-Co-Al- Aleación B.

  1. Efecto del Cu reemplazando parcialmente a los pares de Fe

El estudio encontró que agregar una pequeña cantidad de cobre Cu a los sistemas (Nd, Dy) -Fe-B y (Nd, Dy) - (Fe, Co) -B puede aumentar significativamente su fuerza coercitiva, mientras que Br apenas disminuye. , Que puede producir imanes permanentes de alto Hcj y alto (BH) m.

  1. Efecto de otros elementos que reemplazan parcialmente los pares de Fe

Agregar una pequeña cantidad de niobio Nb o circonio Zr para reemplazar algo de hierro sobre la base de la aleación ternaria Nd-Fe-B puede mejorar efectivamente el Hcj y la cuadratura Hk de la aleación, pero el Br se reduce muy poco y el flujo magnético de la aleación no se puede reducir. pérdida. Los resultados experimentales muestran que el contenido más alto de Nb niobio en la aleación Nd-Fe-B es del 3% (fracción atómica). Agregar Nb excesivo hará que la coercitividad de la aleación disminuya rápidamente y hará que el Nd2Fe14B sea inestable.

La adición de galio y Ga puede aumentar significativamente la coercitividad de la aleación y reducir el campo magnético irreversible hirr. En las aleaciones de Nd-Fe-Co-B, a medida que aumenta el contenido de Co, el Hcj de la aleación disminuye, pero en el caso de agregar Ga Next, apareció el fenómeno de aumento de la fuerza coercitiva. Se espera que los materiales de imán permanente Nd-Fe-B con alto punto de Curie y alto Hcj puedan prepararse en aleaciones con Ga agregado

La adición de compuestos de galio Ga y niobio Nb puede mejorar significativamente la estabilidad de temperatura de la aleación.