De rol van samarium en andere elementen in gesinterde NdFeB

Gesinterd neodymium-ijzerborium is, zoals de naam al doet vermoeden, een legeringsmateriaal dat bestaat uit Nd2Fe14B, een verbinding die bestaat uit drie elementen: neodymium Nd, ijzer Fe en borium B. Maar gesinterd neodymium-ijzerborium is geen enkele fase. .1Fe4B4-fase) en Nd-rijke fase (ook bekend als zeldzame-aarde-rijke fase), waarvan Nd2Fe14B-fase de hoofdfase of basisterm is.

De meeste zeldzame-aarde-elementen (RE) vormen RE 2Fe14B-verbindingen, die de basisfasen zijn van gesinterde permanente magneetmaterialen uit de zeldzame-aarde-ijzer-boorserie, die 96% -98% uitmaken van de gesinterde permanente magneten uit de zeldzame-aarde-ijzer-boor-serie. Alle RE2Fe14B-verbindingen hebben dezelfde kristalstructuur, maar hun magnetische eigenschappen zijn heel verschillend. Dat wil zeggen dat het toevoegen van andere zeldzame aardelementen aan gesinterd neodymium-ijzerborium in plaats van neodymium sommige eigenschappen van de magneet kan veranderen.

De rol van zwaar zeldzaam aardmetaal Dy in plaats van Nd

Verbeter de dwingende kracht van de magneet aanzienlijk

Het anisotropieveld HA van de Dy 2Fe14B-verbinding is ongeveer 2.14 keer hoger dan dat van Nd2Fe14B, dus het vervangen van Nd door een kleine hoeveelheid Dy kan de coërcitiekracht Hcj van de magneet aanzienlijk verbeteren. Theoretisch kan voor elke 1% (atomaire fractie) van Dy die Nd vervangt, de coërcitiekracht Hcj van de magneet worden verhoogd met 11.4 kA / m, maar de toename van de coërcitiekracht Hcj in praktische toepassingen houdt verband met het bestaan ​​van andere componenten.

  1. Verlaag de magnetische polarisatie Js van de magneet, waardoor de remanentie Br en het maximale magnetische energieproduct (BH) m wordt verminderd

Theoretisch neemt voor elke 1% (atoomfractie) Dy in plaats van Nd de magnetische polarisatie Js van de magneet af met 90mT.

  1. Verlaag de temperatuurcoëfficiënt van magneetremanentie Br en het maximale magnetische energieproduct (BH) m

Opgemerkt moet worden dat de toevoeging van zwaar zeldzaam aarde-element Dy de grondstofkosten van gesinterde NdFeB permanente magneten aanzienlijk zal verhogen, dus de relatie tussen kosten en magneetprestaties moet uitgebreid worden overwogen.

De rol van zwaar zeldzaam aardmetaal Tb in plaats van Nd

Het toevoegen van Tb ter vervanging van Nd in gesinterde neodymium-ijzerboriummagneten heeft hetzelfde effect als de vervanging van Nd door Dy, maar het anisotrope veld HA van Tb 2Fe14B is hoger, dus de coërciviteit van de permanente magneet kan effectiever worden verbeterd. Tb heeft echter minder reserves in Dare dan Dy en heeft een hogere prijs.

De rol van metal Gd en metal Ho bij het vervangen van Nd

Gd heeft de hoogste reserves aan zware zeldzame aardmetalen en Gd kan ook Gd2Fe14B-verbindingen vormen. De magnetische polarisatiesterkte Js en het anisotrope veld HA van de verbindingen zijn significant lager, maar de Curietemperatuur Tc is het hoogst. Vanwege de hoge reserves en lage prijs van Gd, voegen sommige fabrikanten Gd toe in de vorm van samarium-ijzerlegering om Nd gedeeltelijk te vervangen om goedkoop gesinterd Nd-Fe-B te produceren. Het praktische gebruik van Gd in plaats van Nd is echter een verspilling. Als eenmaal blijkt dat Gd in de toekomst belangrijkere toepassingen heeft, zal het een onherstelbaar verlies blijken te zijn. Het gebruik van Ho in plaats van Nd heeft hetzelfde effect en probleem.

De rol van lichte zeldzame aardmetalen La, Ce, Pr bij het vervangen van Nd

Lichte zeldzame aardmetalen hebben een overvloed aan reserves en zijn relatief goedkoop. De ontwikkeling van lichte zeldzame aardmetalen voor de vervaardiging van gesinterde neodymium-ijzerboriummaterialen is bemoedigend.

La-, Fe-, B-metalen zijn relatief moeilijk om La2Fe14B te vormen, de temperatuur is erg smal, maar eenmaal gevormd onder 860 ° C is het stabiel. Nd is goed voor 65% -75% van de kosten van gesinterd neodymiumijzerborium. In dit stadium bedragen de kosten van La ongeveer een tiende van die van Nd. Het gebruik van La ter vervanging van Nd kan de kosten verlagen en het uitgebreide gebruik van zeldzame aardmetalen bevorderen. Met de toename van het La-gehalte zullen de magnetische polarisatie Js, de remanentie Br, de coërcitiekracht Hcj en het maximale magnetische energieproduct (BH) m afnemen. La is een niet-magnetisch atoom. Door magnetische verdunning neemt de (BH) m af. Verlaag veel sneller dan Br.

Ce2Fe14B heeft een slechte stabiliteit en is moeilijker te vormen. Naarmate het Ce-gehalte toeneemt, nemen verschillende magnetische eigenschappen af. Tegelijkertijd zal de toevoeging van Ce de Curietemperatuur en temperatuurstabiliteit van de magneet verminderen.

De Pr2Fe14B-verbinding heeft verschillende basisvoorwaarden die kunnen worden gebruikt als een permanent magneetmateriaal en goede magnetische eigenschappen kunnen worden verkregen door te sinteren bij ongeveer 1060 ° C.Gebruik van (PrNd) -Fe-metaal als grondstof kan gesinterde NdFeB-permanente magneten produceren met goede magnetische eigenschappen. Opgemerkt moet worden dat Pr gemakkelijker te oxideren is dan Nd, en dat sommige materialen die een hoge stabiliteit vereisen, de hoeveelheid Pr op de juiste wijze moeten regelen.

De rol van andere metalen bij het vervangen van Fe

Het gesinterde permanente magnetische materiaal van NdFeB heeft een lage coërciviteit en Curietemperatuur, een slechte temperatuurstabiliteit, een lage bedrijfstemperatuur (ongeveer 80 ° C) en een slechte corrosiebestendigheid, wat de toepassing ervan beperkt. Om deze reden zijn mensen De effecten van verschillende elementen op NdFeB-materialen voor permanente magneten uitgebreid bestudeerd.

  1. Effect van gedeeltelijke vervanging van Fe door kobalt op gesinterd NdFeB

Naarmate het Co-gehalte toeneemt, neemt de Curietemperatuur van de legering lineair toe en neemt de omkeerbare temperatuurcoëfficiënt α van de magnetische inductie aanzienlijk af. Wanneer het Co-gehalte minder is dan 5% (atoomfractie), nemen (BH) m en Br nauwelijks af; wanneer het Co-gehalte groter is dan 30%, worden verschillende magnetische prestatieparameters aanzienlijk verminderd. Het toegevoegde Co-gehalte is minder dan 10%, wat zeer gunstig is. Het verhoogt niet alleen de Curietemperatuur van de legering, maar behoudt ook de hoge magnetische eigenschappen. Tegelijkertijd wordt ook de temperatuurcoëfficiënt van magnetische inductie verbeterd.

  1. Al vervangt Fe gedeeltelijk

Onderzoeksresultaten van wetenschappers tonen aan dat het toevoegen van een kleine hoeveelheid aluminium Al de coërciviteit van het ternaire Nd-Fe-B-materiaal aanzienlijk kan verbeteren. De onderzoeksresultaten geven aan dat op basis van Nd-Fe-Co-B permanente magneetmaterialen, de toevoeging van Al de vermindering van de coërcitiekracht veroorzaakt door de toevoeging van Co. kan compenseren. Daarom wordt Nd-Fe-Co-Al- B-legering.

  1. Effect van Cu die Fe-paren gedeeltelijk vervangt

Uit de studie bleek dat het toevoegen van een kleine hoeveelheid koper Cu aan de (Nd, Dy) -Fe-B- en (Nd, Dy) - (Fe, Co) -B-systemen de coërcitiekracht aanzienlijk kan verhogen, terwijl Br nauwelijks afneemt. , Die permanente magneten met hoge Hcj en hoge (BH) m kunnen produceren.

  1. Effect van andere elementen die Fe-paren gedeeltelijk vervangen

Het toevoegen van een kleine hoeveelheid niobium Nb of zirkonium Zr om wat ijzer te vervangen op basis van de ternaire Nd-Fe-B-legering kan de Hcj en vierkantigheid Hk van de legering effectief verbeteren, maar de Br wordt heel weinig verminderd en de magnetische flux van de legering kan niet worden verkleind. verlies. De experimentele resultaten laten zien dat het hoogste niobium-Nb-gehalte in de Nd-Fe-B-legering 3% is (atoomfractie). Door overmatig Nb toe te voegen, zal de coërciviteit van de legering snel afnemen en Nd2Fe14B onstabiel maken.

De toevoeging van gallium en Ga kan de coërciviteit van de legering aanzienlijk verhogen en het onomkeerbare magnetische veld hirr verminderen. In Nd-Fe-Co-B-legeringen, naarmate het gehalte aan Co toeneemt, neemt de Hcj van de legering af, maar in het geval van het toevoegen van Ga Next, trad het fenomeen van verhoogde coërcitiekracht op. Verwacht wordt dat Nd-Fe-B-permanente-magneetmaterialen met een hoog Curie-punt en een hoge Hcj kunnen worden bereid in Ga-toegevoegde legeringen

De samengestelde toevoeging van gallium Ga en niobium Nb kan de temperatuurstabiliteit van de legering aanzienlijk verbeteren