¿Qué es la técnica de difusión en el límite de grano?
La fuerza coercitiva del imán puede mejorarse dopando tierras raras pesadas como Dy o Tb en la aleación, pero debido a la gran cantidad de disprosio y terbio que entran en los granos de la fase principal, la remanencia se reducirá significativamente. Además, este proceso consume una gran cantidad de costosos recursos de tierras raras pesadas, lo que se traduce en un aumento sustancial del coste de fabricación del imán. En la industria se suele utilizar (BH)max (MGOe) +Hcj (kOe) para representar las propiedades magnéticas integrales de los imanes. Cómo aumentar aún más la fuerza coercitiva de los imanes bajo la premisa de mantener una alta remanencia, a fin de preparar imanes con altas propiedades magnéticas integrales se ha convertido en un punto caliente de la investigación y el desarrollo de la industria.
La tecnología de difusión en el límite de grano es un medio técnico desarrollado en los últimos años que puede mejorar eficazmente las propiedades magnéticas de los imanes de NdFeB sinterizados. Mediante la formación de una capa de película de tierras raras pesadas sobre la superficie del acero magnético, tras el tratamiento térmico al vacío, las tierras raras pesadas penetran en el interior del imán a lo largo del límite de grano y, al mismo tiempo, los átomos de tierras raras pesadas sustituyen a los átomos de Nd alrededor de los granos de la fase principal para formar una envoltura de alta coercitividad. La microestructura puede aumentar en gran medida la fuerza coercitiva del imán sobre la base de un valor de caída de remanencia extremadamente bajo. En general, para los imanes NdFeB sinterizados con un espesor inferior a 8 mm, la difusión Dy HcJ se utiliza para aumentar 4kOe~7kOe; la difusión Tb HcJ se utiliza para aumentar 8 kOe~11 kOe, y los dos tipos de difusión Br se reducen dentro de 0,3kGs.
En comparación con los imanes tradicionales sin difusión, las principales ventajas del proceso de difusión en el límite de grano son las siguientes:
1. Para los imanes de la misma marca, el uso de la difusión en el límite de grano puede reducir en gran medida el consumo de Dy y Tb, y el coste es menor;
2. Los imanes con altas propiedades magnéticas integrales que no pueden conseguirse mediante las técnicas tradicionales, como el 50EH y el 52UH, pueden prepararse adoptando el método de difusión en el límite de grano.
Sabemos que todo tiene muchos aspectos, y el proceso de difusión en el límite de grano no es una excepción, y también existen algunas deficiencias. Por ejemplo, debido a la existencia de gradientes de concentración, la profundidad de difusión es limitada, y el grosor de los imanes de difusión producidos en serie suele estar dentro de los 10 mm, lo que limita el rango de aplicación de este proceso.
La principal forma de proceso de la difusión en el límite de grano
Tras años de desarrollo, el proceso de difusión en el límite de grano ha desarrollado diversos métodos, como la pulverización catódica, la evaporación, el revestimiento y la electrodeposición. Las fuentes de difusión incluyen elementos y aleaciones de tierras raras pesadas, hidruros, fluoruros, óxidos, etc.
1-1 Pulverización catódica por magnetrón
Se trata de un método en el que se genera una descarga luminosa mediante tensión, se ioniza el gas argón y los iones de argón bombardean el blanco para pulverizar partículas de tierras raras pesadas como el disprosio y el terbio, que se depositan en la superficie del acero magnético para formar una película. Los productos adecuados para el método de pulverización catódica por magnetrón incluyen láminas cuadradas, tejas, discos, anillos, etc., y la fuente de difusión suele ser un blanco de metal puro de disprosio o terbio.
El pulverizado con magnetrón tiene las ventajas de una buena uniformidad de recubrimiento, una capa de película densa y un efecto estable de mejora de la coercitividad. Las desventajas son 1. El equipo es más caro, y el precio de un solo equipo continuo oscila entre 3,5-5 millones; 2. La tasa de utilización del blanco es baja, por lo que el coste relativo es relativamente alto.
1-2 Pulverización multiarco
Se trata de un revestimiento en el que la descarga de campo produce un sputtering local a alta temperatura. Tiene las características de alta eficacia de recubrimiento y tasa de utilización del blanco, buena fuerza de unión, etcétera. Pero las desventajas son: 1. Las partículas del revestimiento son grandes y la superficie del revestimiento es rugosa; 2. La uniformidad del revestimiento es media; 3. La estabilidad del revestimiento no es ideal; 4. La temperatura local aumenta.
2-1 Evaporación estática
La ventaja es que la temperatura de evaporación es alta, la sublimación de la fuente de evaporación, la deposición en la superficie del acero magnético y el proceso de difusión en el imán se llevan a cabo simultáneamente, por lo que el efecto de difusión de la tierra rara pesada es mejor. Dado que la calidad de la película de tierras raras pesadas tras la evaporación está relacionada con la temperatura de evaporación, el grado de vacío y la distancia de recubrimiento (la distancia entre el blanco de tierras raras pesadas y la lámina magnética), es necesario colocar la lámina de acero magnético en un utillaje específico para garantizar la distancia de recubrimiento, lo que da lugar a un proceso relativamente lento. El proceso es complejo, la eficacia de la producción es baja y la consistencia de la película es deficiente, por lo que la evaporación estática apenas se utiliza en la industria nacional de materiales magnéticos.
2-2 Evaporación rotativa
Se trata de una forma de mezclar continuamente el acero magnético pequeño y micro y el blanco de tierras raras pesadas mediante rotación, y el metal Dy/Tb volatilizado tras alta temperatura se deposita en la superficie del producto. Este proceso es adecuado para productos pequeños, especialmente productos electroacústicos con un peso único inferior a 1 g; el coste de los materiales de difusión es bajo, el aumento de peso es pequeño, y el HcJ se mejora significativamente; la consistencia del HcJ mejorado es alta. La desventaja es que el proceso de separación del producto y el metal de disprosio y terbio es relativamente intensivo en mano de obra; y este proceso se utiliza raramente en la industria, y el equipo normalmente necesita ser personalizado, lo que tiene ciertas barreras técnicas.
3-1 Pulverización automática
Coloque la lámina magnética de una sola capa en el disco de la pieza de trabajo y utilice una pistola neumática para pulverizar alternativamente y formar una película. Cuando la fuente de difusión es fluoruro u óxido, puede pulverizarse en la atmósfera. Si se trata de polvo de hidruro o aleación pesada de tierras raras, necesita protección de gas inerte. .
Las ventajas son: 1. Hay muchas fuentes de difusión adecuadas, incluidos hidruros, fluoruros, óxidos y aleaciones; 2. Se pueden difundir productos de diversas formas y tamaños, como baldosas, cuadrados, discos y anillos; 3. El grado de automatización de los equipos 4. La capacidad de difusión es baja. Baja inversión en equipos y alta tasa de utilización de tierras raras pesadas.
Principales desventajas: existen riesgos de patente cuando la fuente de difusión es el flúor, existen riesgos de seguridad cuando se utilizan hidruros y aleaciones, y escasa consistencia de las propiedades de los óxidos.
3-2 Serigrafía
Se trata de preparar polvo pesado de tierras raras en tinta. Al imprimir, vierta la tinta en un extremo de la placa de impresión de pantalla, aplicar una cierta presión sobre la parte de tinta en la placa de impresión de pantalla con un raspador, y al mismo tiempo se mueven hacia el otro extremo de la placa de impresión de pantalla a una velocidad constante, y la tinta Durante el movimiento, se exprime de la malla por el raspador a la hoja magnética para formar una película.
Debido al paquete de reactivos orgánicos de la tinta, impide que los hidruros o las aleaciones de tierras raras pesadas entren en contacto con el aire y evita la oxidación. Por lo tanto, los hidruros de tierras raras pesadas se pueden utilizar como fuente de difusión para recubrir en un entorno atmosférico, evitando eficazmente el riesgo de patentes de fluoruro. Al mismo tiempo, el proceso de serigrafía tiene las características de alta eficiencia de producción, alta tasa de utilización de tierras raras pesadas y buena consistencia de ganancia de peso, lo que resulta muy adecuado para la difusión en el límite de grano de los imanes cuadrados. En los últimos dos años, el proceso de serigrafía se ha promovido rápidamente en la industria y se ha convertido en uno de los procesos principales.
Las desventajas son: 1. La pantalla y el rascador no son adecuados para productos en forma de azulejo con superficies irregulares; 2. Los productos con diferentes tamaños y proporciones de aumento de peso suelen requerir tintas, planchas de serigrafía y accesorios correspondientes, que son adecuados para grandes lotes y pedidos estables. Para pedidos de lotes pequeños, el reemplazo frecuente de pantallas y accesorios resultará en una menor eficiencia, mayores costos y baja flexibilidad.
4. Electrodeposición
En la deposición electroforética, la fuente de difusión de tierras raras pesadas y el alcohol se configuran en una suspensión, y las partículas de la fuente de difusión de tierras raras pesadas se depositan en la superficie de la lámina de acero magnético a través de un campo eléctrico de corriente continua para formar una película de tierras raras pesadas. Las ventajas son la alta eficiencia de producción, el proceso sencillo y el bajo coste de producción. La desventaja es que el revestimiento tiene baja adherencia, uniformidad y poca consistencia de rendimiento durante la producción en masa. Por lo tanto, este proceso se utiliza muy poco.
Con el aumento gradual de la presión del mercado, la competencia de costes ya ha pasado de la comparación de procesos de difusión y no difusión a la comparación de diferentes procesos de difusión, e incluso a la comparación de la tasa de utilización de tierras raras pesadas y los costes de fabricación con el mismo método de difusión. Los distintos procesos de difusión tienen sus propias características. En la producción real, es necesario seleccionar un proceso de difusión adecuado en función de las características del producto, los requisitos de rendimiento y los costes de producción. Se cree que en el futuro se desarrollarán y utilizarán más procesos de difusión nuevos. Al mismo tiempo, el desarrollo de sustratos de fácil difusión, la utilización definitiva de fuentes de difusión de tierras raras pesadas, el avance de la profundidad de difusión y el desarrollo de fuentes de difusión de tierras no raras también atraerán la atención y los esfuerzos de la mayoría del personal de investigación científica y producción.
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