소결 된 NdFeB에서 사마륨 및 기타 원소의 역할

소결 네오디뮴 철 붕소는 이름에서 알 수 있듯이 네오디뮴 Nd, 철 Fe 및 붕소 B의 세 가지 원소로 구성된 화합물 인 Nd2Fe14B로 구성된 합금 재료입니다. 그러나 소결 된 네오디뮴 철 붕소는 단상이 아닙니다. .1Fe4B4 상) 및 Nd가 풍부한 상 (희토류가 풍부한 상이라고도 함),이 중 Nd2Fe14B 상이 주요 상 또는 기본 용어입니다.

대부분의 희토류 원소 (RE)는 소결 된 희토류 철-붕소 시리즈 영구 자석 재료의 기본 단계 인 RE 2Fe14B 화합물을 형성하며, 이는 소결 된 희토류 철-붕소 시리즈 영구 자석의 96 % -98 %를 차지합니다. 모든 RE2Fe14B 화합물은 동일한 결정 구조를 갖지만 자기 특성은 매우 다릅니다. 즉, 네오디뮴 대신 소결 된 네오디뮴 철 붕소에 다른 희토류 원소를 추가하면 자석의 일부 특성이 변경 될 수 있습니다.

Nd 대신 중 희토류 금속 Dy의 역할

자석의 보자력을 대폭 향상

Dy 2Fe14B 화합물의 이방성 필드 HA는 Nd2.14Fe2B보다 약 14 배 높으므로 Nd를 소량의 Dy로 대체하면 자석의 보자력 Hcj를 크게 향상시킬 수 있습니다. 이론적으로 Dy의 1 % (원자 분율)마다 Nd를 대체 할 때마다 자석의 보자력 Hcj는 11.4kA / m 씩 증가 할 수 있지만 실제 응용에서 보자력 Hcj의 증가는 다른 존재와 관련이 있습니다. 구성 요소.

  1. 자석의 자기 분극 Js를 감소시켜 잔류성 Br과 최대 자기 에너지 곱 (BH) m을 줄입니다.

이론적으로 Nd 대신 Dy의 1 % (원자 분율)마다 자석의 자기 분극 Js가 90mT 씩 감소합니다.

  1. 자석 잔류 온도 계수 Br 및 최대 자기 에너지 곱 (BH) m 감소

무거운 희토류 원소 Dy를 추가하면 소결 된 NdFeB 영구 자석의 원료 비용이 크게 증가하므로 비용과 자석 성능 간의 관계를 포괄적으로 고려해야합니다.

Nd 대신 중 희토류 금속 Tb의 역할

소결 네오디뮴 철 붕소 자석에서 Nd를 대체하기 위해 Tb를 추가하면 Nd를 Dy로 대체하는 것과 동일한 효과가 있지만 Tb 2Fe14B의 이방성 필드 HA가 더 높아 영구 자석의 보자력을보다 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 그러나 Tb는 Dy보다 Dare의 예비금이 적고 가격이 높습니다.

Nd를 대체하는 금속 Gd와 금속 Ho의 역할

Gd는 중 희토류 금속에서 가장 많이 보유하고 있으며 Gd는 Gd2Fe14B 화합물을 형성 할 수도 있습니다. 화합물의 자기 분극 강도 Js 및 이방성 필드 HA는 상당히 낮지 만 퀴리 온도 Tc가 가장 높습니다. Gd의 높은 매장량과 저렴한 가격으로 인해 일부 제조업체는 Gd를 사마륨-철 합금 형태로 추가하여 Nd를 부분적으로 대체하여 저렴한 소결 Nd-Fe-B를 생산합니다. 그러나 Nd 대신 Gd를 실제로 사용하는 것은 낭비입니다. 하나님이 미래에 더 중요한 용도로 사용된다는 것이 밝혀지면 돌이킬 수없는 손실이 될 것입니다. Nd 대신 Ho를 사용하면 동일한 효과와 문제가 있습니다.

Nd를 대체하는 경 희토류 금속 La, Ce, Pr의 역할

가벼운 희토류 원소는 풍부한 매장량을 가지고 있으며 상대적으로 저렴합니다. 소결 된 네오디뮴 철 붕소 재료 제조를위한 경질 희토류 금속의 개발은 장려 할 가치가 있습니다.

La, Fe, B 금속은 La2Fe14B를 형성하기가 비교적 어렵고 온도는 매우 좁지 만 일단 860 ° C 이하에서 형성되면 안정적입니다. Nd는 소결 된 네오디뮴 철 붕소 비용의 65 % -75 %를 차지합니다. 이 단계에서 La의 비용은 Nd의 약 XNUMX 분의 XNUMX입니다. La를 사용하여 Nd를 대체하면 비용을 절감하고 희토류 자원의 포괄적 인 활용을 촉진 할 수 있습니다. La 함량이 증가하면 자기 분극 Js, 잔류 Br, 보자력 Hcj 및 최대 자기 에너지 곱 (BH) m이 감소합니다. La는 비자 성 원자입니다. 자기 희석으로 인해 (BH) m이 감소합니다. Br보다 훨씬 빠르게 감소합니다.

Ce2Fe14B는 안정성이 낮고 형성하기가 더 어렵습니다. Ce 함량이 증가함에 따라 다양한 자기 특성이 감소합니다. 동시에 Ce를 추가하면 자석의 퀴리 온도와 온도 안정성이 감소합니다.

Pr2Fe14B 화합물은 영구 자석 재료로 사용할 수있는 몇 가지 기본 조건을 가지고 있으며, 약 1060 ° C에서 소결하여 좋은 자기 특성을 얻을 수 있습니다. (PrNd) -Fe 금속을 원료로 사용하면 좋은 소결 NdFeB 영구 자석을 생산할 수 있습니다. 자기 특성. Pr은 Nd보다 산화하기 쉬우 며 높은 안정성이 필요한 일부 물질은 Pr의 양을 적절하게 조절해야합니다.

Fe를 대체하는 다른 금속의 역할

소결 된 NdFeB 영구 자성 재료는 낮은 보자력 및 퀴리 온도, 열악한 온도 안정성, 낮은 작동 온도 (약 80 ° C) 및 열악한 내식성을 가지고있어 적용을 제한합니다. 이러한 이유로 사람들은 NdFeB 영구 자석 재료에 대한 다양한 요소의 효과가 광범위하게 연구되었습니다.

  1. 소결 된 NdFeB에 대한 Fe의 코발트로 부분 대체 효과

Co 함량이 증가함에 따라 합금의 퀴리 온도는 선형 적으로 증가하고 자기 유도의 가역 온도 계수 α는 크게 감소합니다. Co 함량이 5 % (원자 분율) 미만이면 (BH) m 및 Br이 거의 감소하지 않습니다. Co 함량이 30 %를 초과하면 다양한 자기 성능 매개 변수가 크게 감소합니다. 첨가 된 Co 함량은 10 % 미만으로 매우 유익합니다. 합금의 퀴리 온도를 높일뿐만 아니라 높은 자기 특성도 유지합니다. 동시에 자기 유도 온도 계수도 향상됩니다.

  1. Al이 Fe를 부분적으로 대체

학자들의 연구 결과는 소량의 알루미늄 Al을 추가하면 삼원 Nd-Fe-B 재료의 보자력을 크게 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 연구 결과는 Nd-Fe-Co-B 영구 자석 재료를 기반으로 Al 첨가가 Co 첨가로 인한 보자력 감소를 보상 할 수 있음을 보여줍니다. 따라서 Nd-Fe-Co-Al- B 합금.

  1. Fe 쌍을 부분적으로 대체하는 Cu의 효과

이 연구는 (Nd, Dy) -Fe-B 및 (Nd, Dy)-(Fe, Co) -B 시스템에 소량의 구리 Cu를 추가하면 보자력을 크게 증가시킬 수있는 반면 Br은 거의 감소하지 않는 것으로 나타났습니다. , 높은 Hcj 및 높은 (BH) m 영구 자석을 생산할 수 있습니다.

  1. Fe 쌍을 부분적으로 대체하는 다른 원소의 효과

삼원 Nd-Fe-B 합금을 기반으로 일부 철을 대체하기 위해 소량의 니오브 Nb 또는 지르코늄 Zr을 추가하면 합금의 Hcj 및 직각도 Hk를 효과적으로 향상시킬 수 있지만 Br은 매우 적게 감소하고 자속은 합금을 줄일 수 없습니다. 손실. 실험 결과는 Nd-Fe-B 합금에서 가장 높은 니오븀 Nb 함량이 3 % (원자 분율)임을 보여줍니다. 과도한 Nb를 추가하면 합금의 보자력이 급격히 감소하고 Nd2Fe14B가 불안정 해집니다.

갈륨과 Ga의 첨가는 합금의 보자력을 크게 증가시키고 비가역 자기장 hirr를 감소시킬 수 있습니다. Nd-Fe-Co-B 합금은 Co 함량이 증가할수록 합금의 Hcj는 감소하지만 Ga Next를 첨가하면 보자력이 증가하는 현상이 나타났다. 퀴리 포인트가 높고 Hcj가 높은 Nd-Fe-B 영구 자석 재료가 Ga 첨가 합금으로 제조 될 수있을 것으로 예상됩니다.

갈륨 Ga와 니오븀 Nb의 화합물 첨가는 합금의 온도 안정성을 크게 향상시킬 수 있습니다.