Samariumin ja muiden elementtien rooli sintratussa NdFeB: ssä

Sintrattu neodyymirautaboori, kuten nimestään käy ilmi, on seosmateriaali, joka koostuu Nd2Fe14B: stä, yhdiste, joka koostuu kolmesta elementistä: neodyymi Nd, rauta Fe ja boori B. Mutta sintrattu neodyymirautaboori ei ole yksi vaihe. .1Fe4B4-vaihe) ja Nd-rikas faasi (tunnetaan myös nimellä harvinaisten maametallien rikas faasi), joista Nd2Fe14B-vaihe on päävaihe tai perussana

Suurin osa harvinaisten maametallien (RE) muodostaa RE 2Fe14B -yhdisteitä, jotka ovat sintrattujen harvinaisten maametallien rauta-boorisarjan kestomagneettimateriaalien perusvaiheet, joiden osuus sintrattujen harvinaisten maametallien rauta-boorisarjan kestomagneeteista on 96-98%. Kaikilla RE2Fe14B-yhdisteillä on sama kiderakenne, mutta niiden magneettiset ominaisuudet ovat hyvin erilaiset. Toisin sanoen muiden harvinaisten maametallien lisääminen sintrattuun neodyymirautabooriin neodyymin sijaan voi muuttaa magneetin joitain ominaisuuksia.

Raskas harvinaisten maametallien Dy rooli Nd: n sijasta

Paranna merkittävästi magneetin pakottavaa voimaa

Dy 2Fe14B -yhdisteen anisotropiakenttä HA on noin 2.14 kertaa suurempi kuin Nd2Fe14B: n, joten Nd: n korvaaminen pienellä määrällä Dy: tä voi merkittävästi parantaa magneetin pakkovoimaa Hcj. Teoriassa jokaista 1%: n (atomifraktio) Dy: stä, joka korvaa Nd: n, magneetin pakko- voimaa Hcj voidaan lisätä 11.4 kA / m, mutta käytännön sovelluksissa pakko- voiman Hcj lisäys liittyy muiden komponentit.

  1. Vähennä magneetin magneettista polarisaatiota Js vähentäen siten remanenssia Br ja suurinta magneettista energiatuotetta (BH) m

Teoriassa jokaista 1% (atomifraktiota) Dy: tä Nd: n sijasta magneetin magneettinen polarisaatio Js vähenee 90 mT.

  1. Pienennä magneetin remanenssin Br ja suurimman magneettisen energiatuotteen (BH) lämpötilakerrointa

On huomattava, että raskas harvinaisten maametallien Dy lisääminen lisää merkittävästi sintrattujen NdFeB-kestomagneettien raaka-ainekustannuksia, joten kustannusten ja magneettisuorituskyvyn suhdetta on tarkasteltava kattavasti.

Raskas harvinaisten maametallien Tb rooli Nd: n sijasta

Tb: n lisäämisellä Nd: n korvaamiseksi sintrattuissa neodyymirautaboorimagneeteissa on sama vaikutus kuin Nd: n korvaamisella Dy: llä, mutta Tb 2Fe14B: n anisotrooppinen kenttä HA on suurempi, joten kestomagneetin koerektiivisuutta voidaan parantaa tehokkaammin. Tb: llä on kuitenkin vähemmän varauksia Dare: ssa kuin Dy: llä, ja sillä on korkeampi hinta.

Metallin Gd ja metallin Ho rooli Nd: n korvaamisessa

Gd: llä on korkeimmat raskaiden harvinaisten maametallien varannot, ja Gd voi myös muodostaa Gd2Fe14B-yhdisteitä. Yhdisteiden magneettinen polarisaatiovahvuus Js ja anisotrooppinen kenttä HA ovat huomattavasti pienempiä, mutta Curie-lämpötila Tc on korkein. Gd: n korkeiden varantojen ja alhaisen hinnan vuoksi jotkut valmistajat lisäävät Gd: n samarium-rautaseoksena korvaamaan Nd: n osittain halvalla sintratun Nd-Fe-B: n tuottamiseksi. Gd: n käytännön käyttö Nd: n sijasta on kuitenkin tuhlausta. Kun Gd: llä todetaan olevan tärkeämpi käyttö tulevaisuudessa, sen todetaan olevan korjaamaton menetys. Ho: n käyttämisellä Nd: n sijasta on sama vaikutus ja ongelma.

Kevyiden harvinaisten maametallien La, Ce, Pr rooli Nd: n korvaamisessa

Kevyillä harvinaisten maametallien alkuaineilla on runsaasti varantoja ja ne ovat suhteellisen halpoja. Kevyiden harvinaisten maametallien kehittäminen sintrattujen neodyymirautaboorimateriaalien valmistamiseksi on kannustamisen arvoista.

La-, Fe- ja B-metalleja on suhteellisen vaikea muodostaa La2Fe14B: tä, lämpötila on hyvin kapea, mutta kun se on muodostunut alle 860 ° C, se on vakaa. Nd: n osuus sintratun neodyymirautaboorin kustannuksista on 65-75%. Tässä vaiheessa La: n hinta on noin kymmenesosa Nd: stä. La: n käyttäminen Nd: n korvaamiseen voi vähentää kustannuksia ja edistää harvinaisten maametallien luonnonvarojen kattavaa käyttöä. La-pitoisuuden lisääntyessä magneettinen polarisaatio Js, remanenssi Br, pakkovoima Hcj ja suurin magneettisen energian tuote (BH) m vähenevät. La on ei-magneettinen atomi. Magneettisen laimennuksen ansiosta (BH) m pienenee. Vähennys paljon nopeammin kuin Br.

Ce2Fe14B: n stabiilisuus on heikko ja sitä on vaikeampaa muodostaa. Ce-pitoisuuden kasvaessa erilaiset magneettiset ominaisuudet vähenevät. Samanaikaisesti Ce: n lisääminen vähentää magneetin Curie-lämpötilaa ja lämpötilastabiilisuutta.

Pr2Fe14B-yhdisteellä on useita perusedellytyksiä, joita voidaan käyttää kestomagneettimateriaalina, ja hyvät magneettiset ominaisuudet voidaan saavuttaa sintraamalla noin 1060 ° C: ssa. (PrNd) -Fe -metallia raaka-aineena voidaan tuottaa sintrattuja NdFeB-kestomagneetteja, joilla on hyvä magneettiset ominaisuudet. On huomattava, että Pr on helpompi hapettaa kuin Nd, ja joidenkin korkeaa stabiilisuutta vaativien materiaalien tulisi hallita asianmukaisesti Pr: n määrää.

Muiden metallien rooli Fe: n korvaamisessa

Sintratulla NdFeB-kestomagneettimateriaalilla on matala koersiivisuus ja Curie-lämpötila, huono lämpötilastabiilisuus, alhainen käyttölämpötila (noin 80 ° C) ja heikko korroosionkestävyys, mikä rajoittaa sen käyttöä. Tästä syystä ihmiset Eri elementtien vaikutuksia NdFeB-kestomagneettimateriaaleihin on tutkittu laajasti.

  1. Fe: n osittaisen korvaamisen koboltilla vaikutus sintrattuun NdFeB: hen

Kun Co-pitoisuus kasvaa, seoksen Curie-lämpötila nousee lineaarisesti ja magneettisen induktion palautuva lämpötilakerroin a pienenee merkittävästi. Kun Co-pitoisuus on alle 5% (atomifraktio), (BH) m ja Br tuskin vähenevät; kun Co-pitoisuus on yli 30%, erilaiset magneettisen suorituskyvyn parametrit vähenevät merkittävästi. Lisätty Co-pitoisuus on alle 10%, mikä on erittäin hyödyllistä. Se paitsi nostaa seoksen Curie-lämpötilaa, myös säilyttää korkeat magneettiset ominaisuudet. Samalla parannetaan myös magneettisen induktion lämpötilakerrointa.

  1. Al korvaa osittain Fe: n

Tutkijoiden tutkimustulokset osoittavat, että pienen määrän alumiini-Al: n lisääminen voi merkittävästi parantaa kolmikomponenttisen Nd-Fe-B-materiaalin koeritiivisuutta. Tutkimustulokset osoittavat, että Nd-Fe-Co-B-kestomagneettimateriaalien perusteella Al: n lisäys voi kompensoida Co: n lisäämisen aiheuttaman pakko- voiman vähenemisen. Siksi Nd-Fe-Co-Al- B-seos.

  1. Cu: n osittain korvaavien Fe-parien vaikutus

Tutkimuksessa havaittiin, että pienen määrän kuparin Cu: n lisääminen (Nd, Dy) -Fe-B- ja (Nd, Dy) - (Fe, Co) -B -järjestelmiin voi lisätä merkittävästi sen pakkovoimaa, kun taas Br tuskin pienenee. , Joka voi tuottaa korkean Hcj: n ja korkean (BH) m kestomagneetteja.

  1. Muiden Fe-pareja osittain korvaavien elementtien vaikutus

Pienen määrän niobium Nb: n tai zirkonium Zr: n lisääminen raudan korvaamiseksi kolmikantaisen Nd-Fe-B-seoksen perusteella voi tehokkaasti parantaa metalliseoksen Hcj: tä ja neliömetriä Hk, mutta Br vähenee hyvin vähän ja seosta ei voida vähentää. tappio. Koetulokset osoittavat, että korkein niobium-Nb-pitoisuus Nd-Fe-B-seoksessa on 3% (atomifraktio). Liiallisen Nb: n lisääminen saa metalliseoksen koeritiivisuuden laskemaan nopeasti ja tekee Nd2Fe14B: stä epävakaan.

Galliumin ja Ga: n lisääminen voi merkittävästi lisätä metalliseoksen koeritiivisuutta ja vähentää peruuttamattoman magneettikentän hirr. Nd-Fe-Co-B-seoksissa, kun Co-pitoisuus kasvaa, lejeeringin Hcj pienenee, mutta Ga Nextin lisäämisen tapauksessa ilmestyi lisääntynyt pakkovoima. On odotettavissa, että Nd-Fe-B-kestomagneettimateriaaleja, joilla on korkea Curie-piste ja korkea Hcj, voidaan valmistaa Ga-lisätyissä seoksissa.

Gallium Ga: n ja niobium Nb: n yhdistetty lisäys voi merkittävästi parantaa metalliseoksen lämpötilastabiilisuutta