مقدمه ای کوتاه بر فرآیند انتشار مرز دانه

عملی بودن آهنربای دائمی را می توان با ثبات ماندگاری قضاوت کردبرادر، اجبار ذاتیHCJو حداکثر محصولات انرژی(BH) حداکثرتحت شرایط خارجی آهنربا با بالاتربرادرمی تواند قدرت میدان مغناطیسی قوی تر و سپس بالاتر را ارائه دهدHCJمی تواند توانایی ضد تداخل بسیار بهتری داشته باشد. ارزش(BH) حداکثرنشان دهنده توانایی آهنربای دائمی برای تامین انرژی مغناطیسی است. از شکل زیر بالا دیده می شود(BH) حداکثرآهنربا می تواند همان قدرت میدان مغناطیسی را با مصرف کمتر تامین کند، سپس تاریخچه توسعه آهنربای دائمی اساساً فرآیندی برای پیگیری عملکرد بالاتر است.

بیشتر عناصر خاکی کمیاب می توانند RE را تشکیل دهند₂آهن₁₄ترکیب B با Fe و B و Nd₂آهن₁₄ترکیب B دارای بالاترین مغناطش اشباع و میدان ناهمسانگردی مغناطیسی کریستالی عملکردی در بین این RE است.₂آهن₁₄ترکیبات B فراتر از آن، حجم ذخیره نئودیمیم در پوسته زمین نسبتاً فراوان است که می تواند ثبات زنجیره تامین و مزیت هزینه را حفظ کند.

بسیاری از مشاهدات ریزساختار نشان می دهد که شش فاز در آهنرباهای نئودیمیم متخلخل وجود دارد، سپس Nd₂آهن₁₄فاز اصلی B و فاز غنی از Nd به دلیل تأثیرات آنها بر عملکرد مغناطیسی شناخته شده ترین هستند. Nd₂آهن₁₄فاز اصلی B تنها فاز مغناطیسی سخت در آهنربای متخلخل است و کسر حجمی آن را تعیین می کندبرادرو(BH) حداکثراز آلیاژ Nd-Fe-B. فاز غنی از Nd نقش کلیدی در سخت شدن مغناطیسی آهنرباهای نئودیمیم متخلخل دارد. ترکیب، ساختار، توزیع و مورفولوژی آن به شرایط فرآیند بسیار حساس است. فاز غنی از Nd ترجیحاً به شکل ساختار لایه ای و پیوسته در مناطق مرزی دانه توزیع می شود.

افزایش اجباری آهنرباهای نئودیمیوم متخلخل

مولد برق بادی، وسیله نقلیه انرژی جدید، لوازم خانگی کم مصرف، و آخرین ترمینال هوشمند سیار، همگی به آهنرباهای نئودیمیوم متخلخل نیاز دارند نه تنها دارای مقادیر بالایی هستند.(BH) حداکثر، بلکه برتری دارندHCJ. همیشه یک موضوع مهم برای تقویت استHCJدر حالی که همچنان بالا نگه داشته شده استبرادرو(BH) حداکثر.

اجبار ذاتی آهنرباهای نئودیمیم متخلخل عمدتاً تحت تأثیر ریزساختار و ترکیب است. بهینه سازی ریزساختار بر روی پالایش دانه و بهبود توزیع فاز غنی از Nd تمرکز می کند. ترکیب را می توان از طریق افزودن عناصر دیگر برای بهبود میدان ناهمسانگردی مغناطیسی کریستالی دانه فاز اصلی بهینه کرد. رابطه مثبتی بین اجباری آهنرباهای نئودیمیوم متخلخل و میدان ناهمسانگردی مغناطیسی بلوری دانه فاز اصلی وجود دارد. به این معنا که هر چه میدان ناهمسانگردی مغناطیسی بلوری دانه فاز اصلی بیشتر باشد، اجباری آهنرباهای نئودیمیوم متخلخل بالاتر است. اچ_Aاز دی₂آهن₁₄B و Tb₂آهن₁₄B به طور قابل توجهی بالاتر از Nd هستند₂آهن₁₄B، سپس با افزودن مقادیر کمی عنصر Dy یا Tb برای جایگزینی اتم Nd در شبکه فاز اصلی تشکیل می شود (Nd، Dy)₂آهن₁₄B یا (Nd، Tb)₂آهن₁₄B با H بالاتر_Aکه می تواند به طور موثر اجبار درونی را بهبود بخشد. روش‌های افزودن پرکاربرد شامل فرآیند آلیاژسازی سنتی، فرآیند اصلاح مرز دانه و فرآیند انتشار مرز دانه است.

فرآیند آلیاژسازی

فرآیند آلیاژسازی به اضافه کردن نسبت معینی از HREE Dy یا Tb به مواد خام آهنرباهای نئودیمیوم متخلخل اشاره دارد، سپس همه عناصر از طریق فرآیند ذوب ترکیب را همگن نشان می دهند. مکانیسم اجباری آهنرباهای نئودیمیوم متخلخل نشان می دهد که دامنه مغناطیسی معکوس تمایل به هسته شدن در نواحی مرزی فاز اصلی دارد و توزیع یکنواخت HREE منجر به هدر رفتن منابع و افزایش هزینه می شود. مهمتر از همه، جفت شدن ضد فرومغناطیسی بین اتم های آهن و اتم های Dy، اثر رقت مغناطیسی جدی ایجاد می کند و به طور قابل توجهی بدتر می شود.برادرو(BH) حداکثر.

فرآیند اصلاح مرز دانه

به منظور بهبود نسبت استفاده از HREE و اجتناب از اثر رقت مغناطیسی، فرآیند اصلاح مرز دانه پیشنهاد شده است. اول، فرآیند اصلاح مرز دانه Nd₂آهن₁₄آلیاژ اصلی B و آلیاژ کمکی غنی از HREE به ترتیب، سپس فشار دادن و تف جوشی پس از مخلوط کردن دو آلیاژ با توجه به نسبت معین. Dy و Tb از مرز دانه در طول فرآیند تف جوشی به دانه فاز اصلی پخش می شوند، بنابراین (Nd، Dy) تشکیل می شوند.₂آهن₁₄B یا (Nd، Tb)₂آهن₁₄لایه های سخت شونده مغناطیسی B در نواحی مرزی فاز اصلی و در نتیجه باعث کاهش هسته زایی دامنه مغناطیسی معکوس می شود. حتی فرآیند اصلاح مرز دانه نسبت استفاده یا HREE را ارتقا داده است، HREE هنوز به ناچار در داخل دانه فاز اصلی وجود دارد و باعث ایجاد اثر رقت مغناطیسی می شود. فرآیند اصلاح مرز دانه اهمیت روشنگرانه ای برای فرآیند انتشار مرز دانه دارد.

فرآیند انتشار مرز دانه

فرآیند انتشار مرز دانه با وارد کردن لایه HREE به سطح آهنربا شروع می شود و سپس عملیات حرارتی خلاء را در بالای نقطه ذوب فاز غنی از Nd تجربه می کند. بنابراین، عنصر HREE در امتداد مرزهای دانه در آهنربا پخش می شود و شکل می گیرد (Nd، Dy، Tb)₂آهن₁₄ساختار B هسته-پوسته در اطراف دانه فاز اصلی. سپس میدان ناهمسانگردی فاز اصلی افزایش می‌یابد، در این بین فاز مرزی پیوسته‌تر و مستقیم‌تر می‌شود که جفت تبادل مغناطیسی بین فازهای اصلی را ضعیف می‌کند. مهمترین ویژگی فرآیند انتشار مرز دانه، افزایش آهنربا استHCJدر حالی که به طور همزمان بالا حفظ می شودبرادر. برخلاف فرآیند آلیاژسازی، عناصر HREE نیازی به ورود به فاز اصلی ندارند، بنابراین کاهش عمده ای در مقدار HREE و قیمت تمام شده در آهنرباهای نئودیمیم متخلخل با فشار بالا ایجاد می کنند. مرز دانه همچنین قادر به تولید برخی گریدهای جدید است که قبلاً از طریق فرآیند آلیاژسازی غیرقابل تصور بودند، مانند N54SH و N52UH.

عملیات انتشار مرز دانه پس از فرآیند ماشینکاری اجرا خواهد شد. لایه HREE را می توان با پاشش، رسوب فیزیکی بخار (PVD)، الکتروفورز و تبخیر حرارتی به دست آورد.

محدودیت های فرآیند انتشار مرز دانه

فرآیند انتشار مرز دانه عمدتاً توسط ضخامت آهنربا محدود می شود و با افزایش ضخامت، درجه افزایش اجبار ذاتی کاهش می یابد. افزایش دمای انتشار یا طولانی شدن زمان انتشار می تواند عمق و غلظت HREE منتشر شده را افزایش دهد، سپس کسر حجمی ساختار هسته-پوسته HREE را ارتقا دهد. با این حال، دما و زمان انتشار بیش از حد منجر به رشد دانه‌های فاز اصلی می‌شود، در این بین ساختار فاز و توزیع فاز غنی از Nd نیز تغییر می‌کند.