Une brève introduction au processus de diffusion des joints de grains

La praticabilité de l'aimant permanent peut être jugée par la stabilité de la rémanenceBr, coercivité intrinsèqueHcj, et des produits à énergie maximale(BH)maxdans des conditions extérieures. Aimant avec une plus grandeBrpeut offrir une force de champ magnétique plus forte, puis plus élevéeHcjpeut offrir une bien meilleure capacité anti-interférence. La valeur de(BH)maxreprésente la capacité de l'aimant permanent à fournir de l'énergie magnétostatique. On peut le voir sur la figure ci-dessous,(BH)maxL'aimant peut fournir la même intensité de champ magnétique avec une consommation moindre, alors l'histoire du développement de l'aimant permanent est essentiellement un processus de recherche de performances supérieures.

La plupart des éléments des terres rares peuvent former des terres rares.₂Fe₁₄Composé B avec Fe et B, et Nd₂Fe₁₄Le composé B a la magnétisation de saturation la plus élevée et le champ d'anisotropie magnétocristalline fonctionnelle parmi ces RE₂Fe₁₄Composés B. Au-delà de cela, le volume de réserve de néodyme dans la croûte terrestre est relativement abondant, ce qui peut maintenir la stabilité de la chaîne d'approvisionnement et l'avantage de coût.

De nombreuses observations de microstructure indiquent qu'il existe six phases dans les aimants en néodyme frittés, puis Nd₂Fe₁₄La phase principale B et la phase riche en Nd sont les plus connues en raison de leurs effets sur les performances magnétiques.₂Fe₁₄La phase principale B est la seule phase magnétique dure dans l'aimant fritté et sa fraction volumique détermineBret(BH)maxd'alliage Nd-Fe-B. La phase riche en Nd joue un rôle clé dans le durcissement magnétique des aimants en néodyme frittés. Sa composition, sa structure, sa distribution et sa morphologie sont très sensibles aux conditions du procédé. La phase riche en Nd se présente de préférence sous forme de structure en couches et distribuée en continu dans les zones de joint de grains.

Amélioration de la coercivité des aimants en néodyme frittés

Générateur d'énergie éolienne, nouveau véhicule énergétique, appareils électroménagers à économie d'énergie et dernier terminal intelligent mobile nécessitent tous des aimants en néodyme frittés qui ont non seulement une haute(BH)max, mais ont également une qualité supérieureHcj. C'est toujours un enjeu majeur d'améliorerHcjtout en maintenant un niveau élevéBret(BH)max.

La coercivité intrinsèque des aimants en néodyme frittés est principalement influencée par la microstructure et la composition. L'optimisation de la microstructure se concentre sur le raffinement des grains et améliore la distribution de la phase riche en Nd. La composition peut être optimisée en ajoutant d'autres éléments pour améliorer le champ d'anisotropie magnétocristalline du grain de la phase principale. Il existe une relation positive entre la coercivité des aimants en néodyme frittés et le champ d'anisotropie magnétocristalline du grain de la phase principale. C'est-à-dire que plus le champ d'anisotropie magnétocristalline du grain de la phase principale est élevé, plus la coercivité des aimants en néodyme frittés est élevée._Ade Dy₂Fe₁₄B et Tb₂Fe₁₄B sont considérablement plus élevés que Nd₂Fe₁₄B, puis en ajoutant de petites quantités d'élément Dy ou Tb pour remplacer l'atome Nd dans le réseau de phase principale, cela formera (Nd, Dy)₂Fe₁₄B ou (Nd, Tb)₂Fe₁₄B avec H plus élevé_Aqui peut améliorer efficacement la coercivité intrinsèque. Les méthodes d'ajout fréquemment utilisées comprennent le processus d'alliage traditionnel, le processus de modification des joints de grains et le processus de diffusion des joints de grains.

Procédé d'alliage

Le processus d'alliage consiste à ajouter une certaine proportion de HREE Dy ou Tb à la matière première des aimants en néodyme frittés, puis tous les éléments montrent une homogénéisation de la composition grâce au processus de fusion. Le mécanisme de coercivité des aimants en néodyme frittés indique que le domaine magnétique inversé a tendance à se nucléer dans les zones limites de la phase principale, et une distribution uniforme de HREE entraînera un gaspillage de ressources et une augmentation des coûts. Surtout, le couplage antiferromagnétique entre les atomes de Fe et les atomes de Dy générera un effet de dilution magnétique sérieux et se détériorera considérablementBret(BH)max.

Processus de modification des joints de grains

Afin d'améliorer le taux d'utilisation du HREE et d'éviter l'effet de dilution magnétique, un procédé de modification des joints de grains est proposé. Tout d'abord, le procédé de modification des joints de grains fabrique du Nd₂Fe₁₄Alliage principal B et alliage auxiliaire riche en HREE respectivement, puis pressage et frittage après mélange des deux alliages selon une certaine proportion. Dy et Tb se diffuseront vers le grain de la phase principale à partir de la limite du grain pendant le processus de frittage, formant ainsi (Nd, Dy)₂Fe₁₄B ou (Nd, Tb)₂Fe₁₄B couches de durcissement magnétiques aux limites de la phase principale et donc réduire la nucléation du domaine magnétique inversé. Même si le processus de modification des limites de grains a favorisé le taux d'utilisation ou HREE, HREE existe toujours inévitablement à l'intérieur du grain de la phase principale et donne lieu à un effet de dilution magnétique. Le processus de modification des limites de grains a une signification éclairante pour le processus de diffusion des limites de grains ultérieur.

Processus de diffusion des joints de grains

Le processus de diffusion aux joints de grains commence par l'introduction d'une couche HREE à la surface de l'aimant, puis par un traitement thermique sous vide au-dessus du point de fusion de la phase riche en Nd. Par conséquent, l'élément HREE diffuse dans l'aimant le long des joints de grains et forme (Nd, Dy, Tb)₂Fe₁₄Structure noyau-coquille B autour du grain de la phase principale. Ensuite, le champ d'anisotropie de la phase principale sera renforcé, tandis que la phase limite du grain deviendra plus continue et droite, ce qui affaiblira le couplage d'échange magnétique entre les phases principales. La caractéristique la plus importante du processus de diffusion aux joints de grains est de permettre à l'aimant d'augmenterHcjtout en maintenant simultanément un niveau élevéBrContrairement au procédé d'alliage, les éléments HREE n'ont pas besoin d'entrer dans la phase principale, ce qui réduit considérablement la quantité de HREE et le prix de revient des aimants en néodyme frittés à haute coercivité conventionnels. Le joint de grain permet également de fabriquer de nouvelles qualités qui étaient auparavant inimaginables via le procédé d'alliage, telles que N54SH et N52UH.

Un traitement de diffusion aux joints de grains sera mis en œuvre après le processus d'usinage. La couche HREE peut être obtenue par pulvérisation, dépôt physique en phase vapeur (PVD), électrophorèse et évaporation thermique.

Limites du processus de diffusion aux joints de grains

Le processus de diffusion des joints de grains est principalement limité par l'épaisseur de l'aimant, et le degré d'amélioration de la coercivité intrinsèque diminue à mesure que l'épaisseur augmente. L'augmentation de la température de diffusion ou la prolongation du temps de diffusion peut augmenter la profondeur et la concentration de HREE diffusé, puis favoriser la fraction volumique de la structure cœur-coque de HREE. Cependant, une température et un temps de diffusion excessifs entraîneront une croissance des grains de la phase principale, tandis que la structure de phase et la distribution de la phase riche en Nd changeront également.