Kestomagneetin käyttökelpoisuus voidaan arvioida remanenssin stabiilisuuden perusteellaBr, luontainen pakkovoimaHcjja enimmäisenergiatuotteita(BH)maxulkoisissa olosuhteissa. Magneetti korkeammallaBrvoi tarjota vahvemman magneettikentän voimakkuuden, sitten korkeammanHcjvoi palvella paljon parempaa häiriöntorjuntakykyä. Arvo(BH)maxedustaa kestomagneetin kykyä tuottaa magnetostaattista energiaa. Se näkyy alla olevasta kuvasta, korkea(BH)maxmagneetti voi tuottaa saman magneettikentän voimakkuuden pienemmällä kulutuksella, jolloin kestomagneetin kehityshistoria on pohjimmiltaan prosessi, jolla pyritään parantamaan suorituskykyä.
Useimmat harvinaisten maametallien alkuaineista voivat muodostaa RE2Fe14B-yhdiste Fe:n ja B:n sekä Nd:n kanssa2Fe14B-yhdisteellä on korkein kyllästymismagnetointi ja toiminnallinen magnetokiteinen anisotropiakenttä näiden RE:n joukossa2Fe14B-yhdisteet. Lisäksi neodyymivarastomäärä maankuoressa on suhteellisen runsas, mikä voi ylläpitää toimitusketjun vakautta ja kustannusetua.
Monet mikrorakennehavainnot osoittavat, että sintratuissa neodyymimagneeteissa on kuusi vaihetta, sitten Nd2Fe14B-pääfaasi ja Nd-rikas vaihe ovat tunnetuimpia niiden vaikutuksesta magneettiseen suorituskykyyn. Nd2Fe14B-pääfaasi on sintratun magneetin ainoa kova magneettifaasi ja sen tilavuusosuus määrääBrja(BH)maxNd-Fe-B-seoksesta. Nd-rikas faasi on avainasemassa sintrattujen neodyymimagneettien magneettisessa kovettamisessa. Sen koostumus, rakenne, jakautuminen ja morfologia ovat erittäin herkkiä prosessiolosuhteille. Nd-rikas faasi on edullisesti kerrosrakenteen muodossa ja jatkuvasti jakautuneena raeraja-alueille.
Sintrattujen neodyymimagneettien koersitiivisuuden parantaminen
Tuulivoimageneraattori, uusi energiaajoneuvo, energiaa säästävät kodinkoneet ja uusin älykäs mobiilipääte ovat kaikki vaativat sintrattuja neodyymimagneetteja, jotka eivät ole vain korkeita(BH)max, mutta on myös parempiHcj. Se on aina tärkeä asia parantaaHcjpitäen silti korkeallaBrja(BH)max.
Sintrattujen neodyymimagneettien sisäiseen koersitiivisuuteen vaikuttavat pääasiassa mikrorakenne ja koostumus. Mikrorakenteen optimointi keskittyy rakeiden jalostukseen ja Nd-rikkaan faasin jakautumisen parantamiseen. Koostumus voidaan optimoida lisäämällä muita elementtejä pääfaasirakeen magnetokiteisen anisotropiakentän parantamiseksi. Sintrattujen neodyymimagneettien koersitiivisuuden ja pääfaasirakeen magnetokiteisen anisotropiakentän välillä on positiivinen suhde. Toisin sanoen mitä suurempi pääfaasirakeen magnetokiteinen anisotropiakenttä on, sitä korkeampi on sintrattujen neodyymimagneettien koersitiivisuus. HAof Dy2Fe14B ja Tb2Fe14B ovat huomattavasti korkeammat kuin Nd2Fe14B, sitten lisäämällä pieniä määriä Dy- tai Tb-elementtiä Nd-atomin korvaamiseksi pääfaasihilassa muodostuu (Nd, Dy)2Fe14B tai (Nd, Tb)2Fe14B korkeammalla HAjoka voi tehokkaasti parantaa sisäistä pakottamista. Usein käytettyjä lisäysmenetelmiä ovat perinteinen seostusprosessi, raerajan modifiointiprosessi ja raerajadiffuusioprosessi.
Lejeerausprosessi
Lejeerausprosessilla tarkoitetaan tietyn osan HREE Dy:tä tai Tb:tä lisäämistä sintrattujen neodyymimagneettien raaka-aineeseen, jolloin kaikki alkuaineet osoittavat koostumuksen homogenisoitumista sulatusprosessin kautta. Sintrattujen neodyymimagneettien koersitiivisuusmekanismi osoittaa, että käänteinen magneettinen domeeni pyrkii ytimen muodostumaan päävaiheen raja-alueilla, ja HREE:n tasainen jakautuminen johtaa resurssien tuhlaukseen ja kustannusten nousuun. Ennen kaikkea Fe- ja Dy-atomien välinen antiferromagneettinen kytkentä saa aikaan vakavan magneettisen laimennusvaikutuksen ja heikentää huomattavastiBrja(BH)max.
Viljarajojen muokkausprosessi
HREE:n käyttöasteen parantamiseksi ja magneettisen laimennusvaikutuksen välttämiseksi ehdotetaan raeraajan modifiointiprosessia. Ensinnäkin raerajojen muutosprosessin valmistus Nd2Fe14B-pääseos ja HREE-rikas lisäseos, vastaavasti, sitten puristus ja sintraus kahden seoksen sekoittamisen jälkeen tietyn suhteen mukaan. Dy ja Tb diffundoituvat pääfaasirakeisiin raerajalta sintrausprosessin aikana, jolloin muodostuu (Nd, Dy)2Fe14B tai (Nd, Tb)2Fe14B magneettiset kovettumiskerrokset pääfaasin raja-alueilla ja siten vähentävät käänteisen magneettialueen nukleaatiota. Jopa raerajojen muokkausprosessi on edistänyt käyttösuhdetta tai HREE:tä, HREE on edelleen väistämättä olemassa pääfaasin rakeiden sisällä ja aiheuttaa magneettisen laimennusvaikutuksen. Raerajan muutosprosessilla on valaiseva merkitys myöhemmälle raerajan diffuusioprosessille.
Raerajojen diffuusioprosessi
Raerajadiffuusioprosessi alkaa tuomalla HREE-kerros magneetin pinnalle ja kokemalla sitten tyhjiölämpökäsittelyn Nd-rikkaan faasin sulamispisteen yläpuolella. Siksi HREE-elementti diffundoituu magneettiin raerajaa pitkin ja muodostaa (Nd, Dy, Tb)2Fe14B-ydin-kuorirakenne pääfaasin rakeiden ympärillä. Tällöin pääfaasin anisotropiakenttä vahvistuu, sillä välin raerajavaihe muuttuu jatkuvammaksi ja suorammaksi, mikä heikentää pääfaasien välistä magneettista vaihtokytkentää. Raerajan diffuusioprosessin merkittävin piirre on magneetin lisääminenHcjpitäen samalla korkeallaBr. Toisin kuin seostusprosessissa, HREE-elementtien ei tarvitse siirtyä päävaiheeseen, mikä vähentää merkittävästi HREE:n määrää ja omakustannushintaa perinteisissä korkeakoersitiivisissa sintratuissa neodyymimagneeteissa. Grain border pystyy myös valmistamaan uusia laatuja, joita ei aiemmin voitu kuvitella seostusprosessilla, kuten N54SH ja N52UH.
Raerajan diffuusiokäsittely toteutetaan koneistuksen jälkeen. HREE-kerros voidaan saada ruiskuttamalla, fysikaalisella höyrypinnoituksella (PVD), elektroforeesilla ja lämpöhaihduttamalla.
Rajarajojen diffuusioprosessin rajoitukset
Raerajan diffuusioprosessia rajoittaa pääasiassa magneetin paksuus, ja sisäisen koersitiivin vahvistumisaste pienenee paksuuden kasvaessa. Diffuusiolämpötilan nostaminen tai diffuusioajan pidentäminen voi lisätä hajaantuneen HREE:n syvyyttä ja pitoisuutta ja edistää sitten HREE:n ydin-kuorirakenteen tilavuusosuutta. Liiallinen diffuusiolämpötila ja aika johtavat kuitenkin pääfaasin raekasvuun, sillä välin myös faasirakenne ja Nd-rikkaan faasin jakautuminen muuttuvat.
