บทบาทของซามาเรียมและองค์ประกอบอื่น ๆ ใน NdFeB เผา

โบรอนเหล็กนีโอดิเมียมเผาตามชื่อของมันเป็นวัสดุโลหะผสมที่ประกอบด้วย Nd2Fe14B ซึ่งเป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยองค์ประกอบ 1 อย่าง ได้แก่ นีโอดิเมียม Nd เหล็ก Fe และโบรอนบี แต่โบรอนเหล็กนีโอดิเมียมที่เผาไม่ได้เป็นเฟสเดียว เฟส. 4Fe4B2) และเฟส Nd-rich (หรือที่เรียกว่าเฟสที่หายากของโลก) ซึ่งเฟส Nd14FeXNUMXB เป็นเฟสหลักหรือระยะพื้นฐาน

ธาตุดินที่หายากที่สุด (RE) อยู่ในรูปของสารประกอบ RE 2Fe14B ซึ่งเป็นขั้นตอนพื้นฐานของวัสดุแม่เหล็กถาวรชุดเหล็ก - โบรอนที่หายากซึ่งเผาโดยคิดเป็น 96% -98% ของแม่เหล็กถาวรซีรีส์เหล็ก - โบรอนที่หายากเผา สารประกอบ RE2Fe14B ทั้งหมดมีโครงสร้างผลึกเหมือนกัน แต่คุณสมบัติทางแม่เหล็กแตกต่างกันมาก กล่าวคือการเพิ่มธาตุดินหายากอื่น ๆ ลงในโบรอนเหล็กนีโอดิเมียมแทนนีโอดิเมียมสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติบางอย่างของแม่เหล็กได้

บทบาทของโลหะหนักหายากดิน Dy แทน Nd

ปรับปรุงแรงบีบบังคับของแม่เหล็กอย่างมีนัยสำคัญ

สนาม anisotropy HA ของสารประกอบ Dy 2Fe14B นั้นสูงกว่า Nd2.14Fe2B ประมาณ 14 เท่าดังนั้นการแทนที่ Nd ด้วย Dy จำนวนเล็กน้อยจะช่วยเพิ่มแรงบีบบังคับ Hcj ของแม่เหล็กได้อย่างมีนัยสำคัญ ในทางทฤษฎีสำหรับทุก ๆ 1% (เศษอะตอม) ของ Dy เพื่อแทนที่ Nd แรงบีบบังคับ Hcj ของแม่เหล็กสามารถเพิ่มขึ้นได้ 11.4kA / m แต่การเพิ่มขึ้นของแรงบีบบังคับ Hcj ในการใช้งานจริงเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของสิ่งอื่น ส่วนประกอบ

  1. ลดโพลาไรซ์แม่เหล็ก Js ของแม่เหล็กซึ่งจะช่วยลดการรีมาเนนซ์ Br และผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุด (BH) m

ในทางทฤษฎีสำหรับทุก ๆ 1% (เศษอะตอม) ของ Dy แทนที่จะเป็น Nd โพลาไรซ์แม่เหล็ก Js ของแม่เหล็กจะลดลง 90mT

  1. ลดค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการเปลี่ยนแม่เหล็ก Br และผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุด (BH) ม

ควรสังเกตว่าการเพิ่ม Dy ธาตุดินหายากอย่างหนักจะช่วยเพิ่มต้นทุนวัตถุดิบของแม่เหล็กถาวร NdFeB เผาดังนั้นจึงต้องพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพของแม่เหล็กอย่างละเอียด

บทบาทของโลหะหนักดินหายาก Tb แทน Nd

การเพิ่ม Tb เพื่อแทนที่ Nd ในแม่เหล็กโบรอนเหล็กนีโอดิเมียมเผามีผลเช่นเดียวกับการแทนที่ Nd by Dy แต่สนามแอนไอโซทรอปิก HA ของ Tb 2Fe14B สูงกว่าดังนั้นการบีบบังคับของแม่เหล็กถาวรจึงสามารถปรับปรุงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น อย่างไรก็ตาม Tb มีเงินสำรองใน Dare น้อยกว่า Dy และมีราคาสูงกว่า

บทบาทของโลหะ Gd และโลหะโฮในการแทนที่ Nd

Gd มีปริมาณสำรองสูงสุดในโลหะหนักหายากและ Gd ยังสามารถสร้างสารประกอบ Gd2Fe14B ความแรงของโพลาไรเซชันแม่เหล็ก Js และสนามแอนไอโซทรอปิก HA ของสารประกอบนั้นต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ แต่อุณหภูมิ Curie Tc สูงที่สุด เนื่องจาก Gd มีปริมาณสำรองสูงและราคาต่ำผู้ผลิตบางรายจึงเพิ่ม Gd ในรูปของโลหะผสมเหล็ก samarium เพื่อแทนที่ Nd บางส่วนเพื่อผลิต Nd-Fe-B ที่เผาด้วยต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตามการใช้ Gd แทน Nd นั้นเป็นการสูญเปล่า เมื่อพบว่า Gd มีการใช้งานที่สำคัญกว่าในอนาคตจะพบว่าเป็นการสูญเสียที่แก้ไขไม่ได้ การใช้ Ho แทน Nd มีผลและปัญหาเช่นเดียวกัน

บทบาทของโลหะเบาหายากระดับโลก La, Ce, Pr ในการแทนที่ Nd

ธาตุดินหายากเบามีสำรองมากมายและมีราคาไม่แพงนัก การพัฒนาโลหะเบาหายากสำหรับการผลิตวัสดุโบรอนเหล็กนีโอไดเมียมเผาเป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การสนับสนุน

โลหะ La, Fe, B ค่อนข้างยากที่จะก่อตัวเป็น La2Fe14B อุณหภูมิแคบมาก แต่เมื่อก่อตัวต่ำกว่า 860 ° C จะคงที่ Nd คิดเป็น 65% -75% ของต้นทุนของโบรอนเหล็กนีโอดิเมียมเผา ในขั้นตอนนี้ค่าใช้จ่ายของ La อยู่ที่ประมาณหนึ่งในสิบของ Nd การใช้ La เพื่อแทนที่ Nd สามารถลดต้นทุนและส่งเสริมการใช้ทรัพยากรหายากอย่างครอบคลุม ด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหา La โพลาไรเซชันแม่เหล็ก Js การรีมาแนนซ์ Br แรงบีบบังคับ Hcj และผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุด (BH) m จะลดลง La เป็นอะตอมที่ไม่ใช่แม่เหล็ก เนื่องจากการเจือจางของแม่เหล็ก (BH) m จึงลดลง ลดลงเร็วกว่า Br.

Ce2Fe14B มีความเสถียรต่ำและก่อตัวได้ยากกว่า เมื่อปริมาณ Ce เพิ่มขึ้นคุณสมบัติแม่เหล็กต่างๆจะลดลง ในขณะเดียวกันการเติม Ce จะช่วยลดอุณหภูมิ Curie และความเสถียรของอุณหภูมิของแม่เหล็ก

สารประกอบ Pr2Fe14B มีเงื่อนไขพื้นฐานหลายประการที่สามารถใช้เป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรและสมบัติแม่เหล็กที่ดีสามารถรับได้โดยการเผาที่อุณหภูมิประมาณ 1060 ° C การใช้ (PrNd) - โลหะที่เป็นวัตถุดิบสามารถผลิตแม่เหล็กถาวร NdFeB เผาได้ดี คุณสมบัติแม่เหล็ก ควรสังเกตว่า Pr สามารถออกซิไดซ์ได้ง่ายกว่า Nd และวัสดุบางชนิดที่ต้องการความเสถียรสูงควรควบคุมปริมาณ Pr ให้เหมาะสม

บทบาทของโลหะอื่นในการแทนที่ Fe

วัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB ที่เผาจะมีการบีบบังคับและอุณหภูมิคูรีต่ำเสถียรภาพของอุณหภูมิต่ำอุณหภูมิในการทำงานต่ำ (ประมาณ 80 ° C) และความต้านทานการกัดกร่อนต่ำซึ่ง จำกัด การใช้งาน ด้วยเหตุนี้ผู้คนจึงมีการศึกษาผลกระทบขององค์ประกอบต่างๆบนวัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB อย่างกว้างขวาง

  1. ผลของการแทนที่ Fe ด้วยโคบอลต์บางส่วนต่อ NdFeB ที่เผา

เมื่อปริมาณ Co เพิ่มขึ้นอุณหภูมิ Curie ของโลหะผสมจะเพิ่มขึ้นในเชิงเส้นและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิแบบย้อนกลับαของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะลดลงอย่างมาก เมื่อเนื้อหา Co น้อยกว่า 5% (เศษส่วนของอะตอม) (BH) m และ Br แทบจะไม่ลดลง เมื่อปริมาณ Co มากกว่า 30% พารามิเตอร์ประสิทธิภาพแม่เหล็กต่างๆจะลดลงอย่างมาก เนื้อหา Co ที่เพิ่มเข้ามานั้นน้อยกว่า 10% ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมาก ไม่เพียงเพิ่มอุณหภูมิ Curie ของโลหะผสม แต่ยังรักษาคุณสมบัติแม่เหล็กสูง ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กด้วย

  1. Al บางส่วนแทนที่ Fe

ผลการวิจัยของนักวิชาการแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มอลูมิเนียม Al ในปริมาณเล็กน้อยสามารถปรับปรุงการบีบบังคับของวัสดุ Nd-Fe-B ที่มีอยู่ได้อย่างมีนัยสำคัญ ผลการวิจัยระบุว่าบนพื้นฐานของวัสดุแม่เหล็กถาวร Nd-Fe-Co-B การเติม Al สามารถชดเชยการลดลงของแรงบีบบังคับที่เกิดจากการเติม Co ดังนั้น Nd-Fe-Co-Al- โลหะผสม B

  1. ผลของ Cu แทนที่คู่ Fe บางส่วน

การศึกษาพบว่าการเพิ่มทองแดง Cu จำนวนเล็กน้อยลงในระบบ (Nd, Dy) -Fe-B และ (Nd, Dy) - (Fe, Co) -B สามารถเพิ่มแรงบีบบังคับได้อย่างมีนัยสำคัญในขณะที่ Br แทบจะไม่ลดลงเลย ซึ่งสามารถผลิตแม่เหล็กถาวร Hcj และสูง (BH) ม.

  1. ผลกระทบขององค์ประกอบอื่น ๆ บางส่วนแทนที่คู่ Fe

การเพิ่มไนโอเบียม Nb หรือเซอร์โคเนียมเซอร์โคเนียม Zr จำนวนเล็กน้อยเพื่อแทนที่เหล็กบางส่วนบนพื้นฐานของโลหะผสม Nd-Fe-B แบบ ternary สามารถปรับปรุง Hcj และความเหลี่ยมของโลหะผสมได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ Br จะลดลงน้อยมากและฟลักซ์แม่เหล็กของ โลหะผสมไม่สามารถลดลงได้ ขาดทุน. ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าปริมาณไนโอเบียม Nb สูงสุดในโลหะผสม Nd-Fe-B คือ 3% (เศษส่วนของอะตอม) การเพิ่ม Nb มากเกินไปจะทำให้ coercivity ของโลหะผสมลดลงอย่างรวดเร็วและทำให้ Nd2Fe14B ไม่เสถียร

การเติมแกลเลียมและ Ga สามารถเพิ่มการบีบบังคับของโลหะผสมและลดความคลาดเคลื่อนของสนามแม่เหล็กที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ในโลหะผสม Nd-Fe-Co-B เมื่อเนื้อหาของ Co เพิ่มขึ้น Hcj ของโลหะผสมจะลดลง แต่ในกรณีของการเพิ่ม Ga Next ปรากฏการณ์ของแรงบีบบังคับที่เพิ่มขึ้นก็ปรากฏขึ้น คาดว่าวัสดุแม่เหล็กถาวร Nd-Fe-B ที่มีจุด Curie สูงและ Hcj สูงอาจเตรียมในโลหะผสมที่เพิ่ม Ga

การเติมสารประกอบของแกลเลียม Ga และไนโอเบียม Nb สามารถปรับปรุงเสถียรภาพอุณหภูมิของโลหะผสมได้อย่างมีนัยสำคัญ