Vai trò của samarium và các nguyên tố khác trong NdFeB thiêu kết

Boron sắt neodymi thiêu kết, như tên gọi của nó, là vật liệu hợp kim bao gồm Nd2Fe14B, một hợp chất bao gồm ba nguyên tố: neodymium Nd, sắt Fe và bo B. Nhưng boron sắt neodymi nung kết không phải là một pha. Pha .1Fe4B4) và pha giàu Nd (còn được gọi là pha giàu đất hiếm), trong đó pha Nd2Fe14B là pha chính hoặc số hạng cơ bản.

Hầu hết các nguyên tố đất hiếm (RE) tạo thành hợp chất RE 2Fe14B, là pha cơ bản của vật liệu nam châm vĩnh cửu sắt-boron đất hiếm thiêu kết, chiếm 96% -98% nam châm vĩnh cửu sắt-boron đất hiếm thiêu kết. Tất cả các hợp chất RE2Fe14B có cấu trúc tinh thể giống nhau, nhưng tính chất từ ​​của chúng rất khác nhau. Điều đó có nghĩa là, việc thêm các nguyên tố đất hiếm khác vào boron sắt neodymium thiêu kết thay vì neodymium có thể thay đổi một số đặc tính của nam châm.

Vai trò của kim loại đất hiếm nặng Dy thay vì Nd

Cải thiện đáng kể lực cưỡng chế của nam châm

Trường dị hướng HA của hợp chất Dy 2Fe14B cao hơn khoảng 2.14 lần so với Nd2Fe14B, vì vậy việc thay thế Nd bằng một lượng nhỏ Dy có thể cải thiện đáng kể lực cưỡng bức Hcj của nam châm. Về mặt lý thuyết, cứ 1% (phần nguyên tử) Dy thay thế Nd, lực cưỡng chế Hcj của nam châm có thể tăng thêm 11.4kA / m, nhưng sự gia tăng của lực cưỡng chế Hcj trong các ứng dụng thực tế có liên quan đến sự tồn tại của các các thành phần.

  1. Giảm phân cực từ tính J của nam châm, do đó làm giảm lượng dư Br và tích năng lượng từ trường cực đại (BH) m

Về mặt lý thuyết, cứ 1% (phần nguyên tử) Dy thay vì Nd thì độ phân cực từ J của nam châm giảm đi 90mT.

  1. Giảm hệ số nhiệt độ của từ dư nam châm Br và tích năng lượng từ trường cực đại (BH) m

Cần lưu ý rằng việc bổ sung nguyên tố đất hiếm nặng Dy sẽ làm tăng đáng kể chi phí nguyên liệu thô của nam châm vĩnh cửu NdFeB thiêu kết, vì vậy mối quan hệ giữa chi phí và hiệu suất của nam châm cần được xem xét một cách toàn diện.

Vai trò của kim loại đất hiếm nặng Tb thay vì Nd

Thêm Tb để thay thế Nd trong nam châm sắt boron neodymium nung kết có tác dụng tương tự như việc thay thế Nd bằng Dy, nhưng trường dị hướng HA của Tb 2Fe14B cao hơn, do đó lực kháng từ của nam châm vĩnh cửu có thể được cải thiện hiệu quả hơn. Tuy nhiên, Tb có lượng dự trữ trong Dare ít hơn Dy và có giá cao hơn.

Vai trò của kim loại Gd và kim loại Ho trong việc thay thế Nd

Gd có trữ lượng cao nhất trong các kim loại đất hiếm nặng, và Gd cũng có thể tạo thành hợp chất Gd2Fe14B. Độ bền phân cực từ J và trường dị hướng HA của các hợp chất thấp hơn đáng kể, nhưng nhiệt độ Curie Tc là cao nhất. Do trữ lượng cao và giá thành thấp của Gd, một số nhà sản xuất bổ sung Gd ở dạng hợp kim samarium-sắt để thay thế một phần Nd để sản xuất Nd-Fe-B thiêu kết chi phí thấp. Tuy nhiên, việc sử dụng Gd thay vì Nd trong thực tế là một sự lãng phí. Một khi Gd được phát hiện là có nhiều công dụng quan trọng hơn trong tương lai, nó sẽ là một tổn thất không thể bù đắp được. Sử dụng Ho thay cho Nd có tác dụng và vấn đề tương tự.

Vai trò của các kim loại đất hiếm nhẹ La, Ce, Pr trong việc thay thế Nd

Các nguyên tố đất hiếm nhẹ có trữ lượng dồi dào và tương đối rẻ. Sự phát triển của kim loại đất hiếm nhẹ để sản xuất vật liệu sắt boron neodymi nung kết là điều đáng được khuyến khích.

Các kim loại La, Fe, B tương đối khó tạo thành La2Fe14B, nhiệt độ rất hẹp nhưng một khi tạo thành dưới 860 ° C thì ổn định. Nd chiếm 65% -75% giá thành của boron sắt neodymi nung kết. Ở giai đoạn này, chi phí của La bằng khoảng một phần mười của Nd. Sử dụng La thay thế Nd có thể giảm chi phí và thúc đẩy việc sử dụng toàn diện tài nguyên đất hiếm. Khi hàm lượng La tăng, độ phân cực từ Js, lượng dư Br, lực cưỡng bức Hcj và tích năng lượng từ trường cực đại (BH) m sẽ giảm. La là một nguyên tử không từ tính. Do từ tính loãng nên (BH) m giảm. Giảm nhanh hơn nhiều so với Br.

Ce2Fe14B có độ ổn định kém và khó hình thành hơn. Khi hàm lượng Ce tăng lên, các đặc tính từ tính khác nhau giảm xuống. Đồng thời, việc bổ sung Ce sẽ làm giảm nhiệt độ Curie và độ ổn định nhiệt độ của nam châm.

Hợp chất Pr2Fe14B có một số điều kiện cơ bản có thể được sử dụng làm vật liệu nam châm vĩnh cửu và các đặc tính từ tính tốt có thể thu được bằng cách thiêu kết ở khoảng 1060 ° C. Sử dụng kim loại (PrNd) -Fe làm nguyên liệu có thể tạo ra nam châm vĩnh cửu NdFeB thiêu kết với tốt tính hấp dẫn. Cần lưu ý rằng Pr dễ bị oxy hóa hơn Nd, và một số vật liệu yêu cầu độ ổn định cao nên kiểm soát lượng Pr một cách thích hợp.

Vai trò của các kim loại khác trong việc thay thế Fe

Vật liệu từ tính vĩnh cửu NdFeB thiêu kết có lực kháng từ và nhiệt độ Curie thấp, tính ổn định nhiệt độ kém, nhiệt độ hoạt động thấp (khoảng 80 ° C) và khả năng chống ăn mòn kém, điều này hạn chế ứng dụng của nó. Vì lý do này, người ta đã nghiên cứu rộng rãi ảnh hưởng của các nguyên tố khác nhau lên vật liệu nam châm vĩnh cửu NdFeB.

  1. Ảnh hưởng của sự thay thế một phần Fe bằng coban trên NdFeB thiêu kết

Khi hàm lượng Co tăng, nhiệt độ Curie của hợp kim tăng một cách tuyến tính, và hệ số nhiệt độ thuận nghịch α của cảm ứng từ giảm đáng kể. Khi hàm lượng Co nhỏ hơn 5% (phần tử nguyên tử) thì (BH) m và Br hầu như không giảm; khi hàm lượng Co lớn hơn 30%, các thông số hiệu suất từ ​​khác nhau bị giảm đáng kể. Hàm lượng Co bổ sung nhỏ hơn 10% rất có lợi. Nó không chỉ làm tăng nhiệt độ Curie của hợp kim, mà còn duy trì các tính chất từ ​​tính cao. Đồng thời, hệ số nhiệt độ của cảm ứng từ cũng được cải thiện.

  1. Al thay thế một phần Fe

Kết quả nghiên cứu của các học giả cho thấy rằng việc thêm một lượng nhỏ nhôm Al có thể cải thiện đáng kể lực kháng từ của vật liệu Nd-Fe-B bậc ba. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng trên cơ sở vật liệu nam châm vĩnh cửu Nd-Fe-Co-B, việc bổ sung Al có thể bù đắp cho việc giảm lực cưỡng bức do việc thêm Co., Do đó, Nd-Fe-Co-Al- B hợp kim.

  1. Cu tác dụng thay thế một phần cặp Fe

Nghiên cứu cho thấy rằng thêm một lượng nhỏ đồng Cu vào hệ (Nd, Dy) -Fe-B và (Nd, Dy) - (Fe, Co) -B có thể làm tăng đáng kể lực cưỡng bức của nó, trong khi Br hầu như không giảm. , Có thể tạo ra nam châm vĩnh cửu Hcj cao và cao (BH) m.

  1. Tác dụng của các nguyên tố khác thay thế một phần cặp Fe

Thêm một lượng nhỏ niobi Nb hoặc zirconi Zr để thay thế một số sắt trên cơ sở hợp kim Nd-Fe-B bậc ba có thể cải thiện hiệu quả Hcj và độ vuông góc Hk của hợp kim, nhưng Br bị giảm rất ít, và từ thông của hợp kim không thể bị khử. thua. Kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng niobi Nb cao nhất trong hợp kim Nd-Fe-B là 3% (phần tử nguyên tử). Thêm Nb quá nhiều sẽ làm cho lực kháng từ của hợp kim giảm nhanh và làm cho Nd2Fe14B không bền.

Việc bổ sung gali và Ga có thể làm tăng đáng kể lực kháng từ của hợp kim và giảm hirr từ trường không thuận nghịch. Trong hợp kim Nd-Fe-Co-B, khi hàm lượng Co tăng lên thì Hcj của hợp kim giảm, nhưng trong trường hợp thêm Ga Tiếp theo thì hiện tượng lực cưỡng bức tăng lên. Người ta mong đợi rằng vật liệu nam châm vĩnh cửu Nd-Fe-B với điểm Curie cao và Hcj cao có thể được điều chế trong các hợp kim bổ sung Ga

Việc bổ sung hợp chất của Gali Ga và niobi Nb có thể cải thiện đáng kể độ ổn định nhiệt độ của hợp kim