焼結NdFeBにおけるサマリウムおよびその他の元素の役割

焼結ネオジム鉄ホウ素は、その名前が示すように、ネオジムNd、鉄Fe、およびホウ素Bの2つの元素からなる化合物であるNd14Fe1Bからなる合金材料です。しかし、焼結ネオジム鉄ホウ素は単相ではありません。 .4Fe4B2相)およびNdリッチ相(希土類リッチ相とも呼ばれます)。このうち、Nd14FeXNUMXB相が主相または基本用語です。

ほとんどの希土類元素(RE)はRE 2Fe14B化合物を形成します。これは、焼結希土類鉄-ホウ素シリーズ永久磁石材料の基本相であり、焼結希土類鉄-ホウ素シリーズ永久磁石の96%〜98%を占めます。 すべてのRE2Fe14B化合物は同じ結晶構造を持っていますが、それらの磁気特性は大きく異なります。 つまり、ネオジムの代わりに焼結ネオジム鉄ホウ素に他の希土類元素を追加すると、磁石のいくつかの特性が変化する可能性があります。

カスタマイズされた磁石と従来の磁石

Ndの代わりに重希土類金属Dyの役割

磁石の強制力を大幅に向上

Dy 2Fe14B化合物の異方性磁場HAはNd2.14Fe2Bの約14倍であるため、Ndを少量のDyに置き換えると、磁石の強制力Hcjを大幅に向上させることができます。 理論的には、Ndを置き換えるDyの1%(原子分率)ごとに、磁石の強制力Hcjを11.4kA / m増加させることができますが、実際のアプリケーションでの強制力Hcjの増加は、他の存在に関連しています。コンポーネント。

  1. 磁石の磁気分極Jsを減少させ、それによって残留磁気Brと最大磁気エネルギー積(BH)mを減少させます。

理論的には、NdではなくDyの1%(原子分率)ごとに、磁石の磁化分極Jsは90mT減少します。

  1. 磁石の残留磁気係数Brと最大磁気エネルギー積(BH)mを下げる

なお、重希土類元素Dyを添加すると、焼結NdFeB永久磁石の原料コストが大幅に上昇するため、コストと磁石性能の関係を総合的に検討する必要があります。

Ndの代わりに重希土類金属Tbの役割

焼結ネオジム鉄ホウ素磁石でNdを置換するためにTbを添加すると、NdをDyで置換するのと同じ効果がありますが、Tb 2Fe14Bの異方性磁場HAが高いため、永久磁石の保磁力をより効果的に向上させることができます。 ただし、TbはDyよりもDareの埋蔵量が少なく、価格が高くなっています。

Ndの置換における金属Gdと金属Hoの役割

Gdは重希土類金属の中で最も高い埋蔵量を持っており、GdはGd2Fe14B化合物を形成することもできます。 化合物の磁化分極強度Jsと異方性磁場HAは大幅に低くなりますが、キュリー温度Tcが最も高くなります。 Gdの埋蔵量が多く、価格が低いため、一部のメーカーはGdをサマリウム-鉄合金の形で追加してNdを部分的に置き換え、低コストの焼結Nd-Fe-Bを製造しています。 ただし、Ndの代わりにGdを実際に使用するのは無駄です。 Gdが将来より重要な用途を持つことが判明すると、それは取り返しのつかない損失であることがわかります。 Ndの代わりにHoを使用しても、同じ効果と問題があります。

Ndの置換における軽希土類金属La、Ce、Prの役割

軽希土類元素は豊富な埋蔵量があり、比較的安価です。 焼結ネオジム鉄ホウ素材料を製造するための軽希土類金属の開発は、奨励する価値があります。

La、Fe、B金属はLa2Fe14Bを形成するのが比較的難しく、温度は非常に狭いですが、860°C未満で形成されると安定します。 Ndは、焼結ネオジム鉄ホウ素のコストの65%〜75%を占めます。 この段階では、LaのコストはNdの約XNUMX分のXNUMXです。 Laを使用してNdを置き換えると、コストを削減し、希土類資源の包括的な利用を促進できます。 La含有量の増加に伴い、磁気分極Js、残留磁気Br、強制力Hcj、および最大磁気エネルギー積(BH)mは減少します。 Laは非磁性原子です。 磁気希釈により、(BH)mは減少します。 Brよりもはるかに速く減少します。

Ce2Fe14Bは安定性が低く、成形がより困難です。 Ce含有量が増加すると、さまざまな磁気特性が低下します。 同時に、Ceを添加すると、磁石のキュリー温度と温度安定性が低下します。

Pr2Fe14B化合物には、永久磁石材料として使用できるいくつかの基本条件があり、約1060°Cで焼結することで良好な磁気特性を得ることができます。原料として(PrNd)-Fe金属を使用すると、良好な焼結NdFeB永久磁石を製造できます。磁気特性。 PrはNdよりも酸化しやすく、高い安定性が要求される材料の中には、Prの量を適切に制御する必要があることに注意してください。

Feの置換における他の金属の役割

焼結NdFeB永久磁性材料は、保磁力とキュリー温度が低く、温度安定性が低く、動作温度が低く(約80°C)、耐食性が低いため、用途が制限されます。 このため、人々NdFeB永久磁石材料に対するさまざまな元素の影響が広く研究されてきました。

  1. 焼結NdFeBに及ぼすコバルトによるFeの部分置換の影響

Co含有量が増加すると、合金のキュリー温度は直線的に上昇し、磁気誘導の可逆温度係数αは大幅に低下します。 Co含有量が5%(原子分率)未満の場合、(BH)mとBrはほとんど減少しません。 Co含有量が30%を超えると、さまざまな磁気性能パラメータが大幅に低下します。 追加されたCo含有量は10%未満であり、これは非常に有益です。 合金のキュリー温度を上げるだけでなく、高い磁気特性を維持します。 同時に、磁気誘導の温度係数も改善されます。

  1. Alは部分的にFeを置き換えます

学者の研究結果は、少量のアルミニウムAlを添加すると、三元Nd-Fe-B材料の保磁力を大幅に改善できることを示しています。 研究結果は、Nd-Fe-Co-B永久磁石材料に基づいて、Alの添加がCoの添加によって引き起こされる強制力の減少を補うことができることを示しています。したがって、Nd-Fe-Co-Al- B合金。

  1. Feペアを部分的に置き換えるCuの効果

この研究では、(Nd、Dy)-Fe-Bおよび(Nd、Dy)-(Fe、Co)-Bシステムに少量の銅Cuを添加すると、その強制力が大幅に増加する可能性がありますが、Brはほとんど減少しません。 、高Hcjおよび高(BH)m永久磁石を生成できます。

  1. Feペアを部分的に置き換える他の元素の影響

三元Nd-Fe-B合金に基づいて一部の鉄を置き換えるために少量のニオビウムNbまたはジルコニウムZrを追加すると、合金のHcjと直角度Hkを効果的に改善できますが、Brはほとんど減少せず、合金を還元することはできません。 損失。 実験結果は、Nd-Fe-B合金の最高のニオブNb含有量が3%(原子分率)であることを示しています。 過剰なNbを添加すると、合金の保磁力が急速に低下し、Nd2Fe14Bが不安定になります。

ガリウムとGaを添加すると、合金の保磁力が大幅に向上し、不可逆的な磁場の発生を抑えることができます。 Nd-Fe-Co-B合金では、Coの含有量が増えると合金のHcjが低下しますが、Ga Nextを添加した場合、強制力が増加する現象が現れました。 キュリー点が高く、Hcjが高いNd-Fe-B永久磁石材料は、Ga添加合金で製造できると予想されます。

ガリウムGaとニオブNbの化合物添加により、合金の温度安定性を大幅に向上させることができます。