粒界拡散プロセスの簡単な紹介

永久磁石の実用性は残留磁束密度の安定性によって判断できる。Br、固有の保磁力HCJ、最大エネルギー製品(BH)最大外部条件下では、より高いBrより強い磁場強度を提供できるため、より高いHCJより優れた耐干渉能力を発揮することができます。(BH)最大永久磁石が静磁気エネルギーを供給する能力を表します。下の図からわかるように、高い(BH)最大磁石はより少ない消費で同じ磁場強度を供給できるため、永久磁石の開発の歴史は本質的により高い性能を追求するプロセスでした。

希土類元素のほとんどはREを形成できる₂鉄₁₄FeとB、Ndを含むB化合物₂鉄₁₄B化合物はこれらのREの中で最も高い飽和磁化と機能的磁気結晶異方性磁場を有する。₂鉄₁₄B化合物。さらに、地殻内のネオジムの埋蔵量は比較的豊富であり、サプライチェーンの安定性とコスト優位性を維持することができます。

多くの微細構造観察から、焼結ネオジム磁石には6つの相が存在することが示されており、Nd₂鉄₁₄B主相とNdリッチ相は、磁気性能に影響を及ぼすことから最もよく知られています。Nd₂鉄₁₄B主相は焼結磁石中の唯一の硬磁性相であり、その体積分率によってBrそして(BH)最大Nd-Fe-B 合金の Nd リッチ相は、焼結ネオジム磁石の磁気硬化において重要な役割を果たします。その組成、構造、分布、形態は、プロセス条件に非常に敏感です。Nd リッチ相は、好ましくは層状構造をしており、粒界領域に連続的に分布しています。

焼結ネオジム磁石の保磁力向上

風力発電機、新エネルギー車、省エネ家電、最新のモバイルインテリジェント端末はすべて、焼結ネオジム磁石を必要とします。(BH)最大、優れたHCJ常に強化することが大きな課題ですHCJ高い水準を維持しながらBrそして(BH)最大.

焼結ネオジム磁石の固有保磁力は、主に微細構造と組成によって左右されます。微細構造の最適化は、結晶粒の微細化に重点を置き、Nd に富む相の分布を改善します。組成は、他の元素を追加して主相粒子の磁気結晶異方性磁場を改善することで最適化できます。焼結ネオジム磁石の保磁力と主相粒子の磁気結晶異方性磁場の間には正の関係があります。つまり、主相粒子の磁気結晶異方性磁場が高いほど、焼結ネオジム磁石の保磁力は高くなります。H_ADyの₂鉄₁₄BとTb₂鉄₁₄BはNdよりもかなり高い₂鉄₁₄Bの場合、少量のDyまたはTb元素を加えて主相格子のNd原子を置換すると、（Nd、Dy）が形成される。₂鉄₁₄B または (Nd, Tb)₂鉄₁₄Hが高いB_Aこれにより、固有保磁力が効果的に向上します。頻繁に使用される添加方法には、従来の合金化プロセス、粒界修正プロセス、粒界拡散プロセスなどがあります。

合金化プロセス

合金化プロセスとは、焼結ネオジム磁石の原料に一定の割合のHREE DyまたはTbを添加し、その後、溶融プロセスを通じてすべての元素の組成が均質化することを指します。焼結ネオジム磁石の保磁力メカニズムは、反転磁区が主相の境界領域で核生成する傾向があり、HREEの均一な分布は資源の浪費とコストの増加につながることを示しています。特に、Fe原子とDy原子間の反強磁性結合は深刻な磁気希釈効果を生み出し、品質を大幅に低下させます。Brそして(BH)最大.

粒界改質プロセス

HREEの利用率を向上させ、磁気希釈効果を回避するために、粒界改質プロセスが提案されている。まず、粒界改質プロセスはNd₂鉄₁₄B主合金とHREEに富む補助合金をそれぞれ混合し、一定の割合で混合した後、加圧焼結する。焼結過程でDyとTbが粒界から主相粒子に拡散し、（Nd、Dy）を形成する。₂鉄₁₄B または (Nd, Tb)₂鉄₁₄B は主相の境界領域に磁気硬化層を形成し、反転磁区の核生成を減少させます。粒界改質プロセスによって HREE の利用率が促進されたとしても、HREE は依然として主相粒子の内部に不可避的に存在し、磁気希釈効果を引き起こします。粒界改質プロセスは、その後の粒界拡散プロセスに重要な意味を持ちます。

粒界拡散プロセス

粒界拡散プロセスは、磁石の表面にHREE層を導入することから始まり、次にNdリッチ相の融点を超える真空熱処理を受ける。したがって、HREE元素は粒界に沿って磁石に拡散し、（Nd、Dy、Tb）を形成する。₂鉄₁₄Bコアシェル構造は主相の粒子の周囲に形成される。すると主相の異方性磁場が強化され、同時に粒界相はより連続的かつ直線的になり、主相間の磁気交換結合が弱まる。粒界拡散プロセスの最も重要な特徴は、磁気の増加を可能にすることである。HCJ同時に高いBr合金化プロセスとは異なり、HREE 元素は主相に入る必要がないため、従来の高保磁力焼結ネオジム磁石の HREE の量とコストが大幅に削減されます。粒界では、N54SH や N52UH など、合金化プロセスではこれまで想像もできなかったいくつかの新しいグレードを製造することもできます。

粒界拡散処理は機械加工工程の後に実施されます。HREE 層は、スプレー、物理蒸着 (PVD)、電気泳動、熱蒸発によって得られます。

粒界拡散プロセスの限界

粒界拡散プロセスは主に磁石の厚さによって制約され、厚さが増すにつれて固有保磁力の向上度合いは低下します。拡散温度を上げるか拡散時間を長くすると、拡散した HREE の深さと濃度が高まり、HREE コアシェル構造の体積分率が促進されます。ただし、拡散温度と拡散時間が長すぎると、主相の粒成長が起こり、同時に Nd に富む相の相構造と分布も変化します。