Magneti al neodimio più grandi
noti anche come magneti di terre rare al neodimio, sono utilizzati in varie applicazioni industriali, commerciali e di ricerca in cui sono richiesti forti campi magnetici. Questi magneti al neodimio di grandi dimensioni sono generalmente composti da neodimio, ferro e boro (Nd2Fe14B) e presentano proprietà magnetiche eccezionalmente forti.
Ecco alcune applicazioni comuni per i magneti al neodimio più grandi:
Turbine eoliche: i magneti al neodimio più grandi sono utilizzati nei generatori delle turbine eoliche per convertire l'energia meccanica in energia elettrica. Il loro elevato rapporto forza-peso li rende ideali per generare elettricità in modo efficiente.
Motori elettrici: I magneti al neodimio più grandi sono utilizzati nei motori elettrici per varie applicazioni, tra cui macchinari industriali, veicoli elettrici e sistemi aerospaziali. Forniscono coppia ed efficienza elevate in design compatti.
Macchine per la risonanza magnetica: i magneti al neodimio più grandi sono utilizzati nelle macchine per la risonanza magnetica (RM) per generare i forti campi magnetici necessari a produrre immagini dettagliate delle strutture interne del corpo per la diagnosi medica.
Separatori magnetici: In settori come l'industria mineraria, il riciclaggio e la lavorazione degli alimenti, i magneti al neodimio più grandi vengono utilizzati nei separatori magnetici per rimuovere i contaminanti ferrosi da materiali come minerali, plastica e cereali.
Sistemi di levitazione: i magneti al neodimio più grandi sono utilizzati nei sistemi di levitazione magnetica per applicazioni quali treni maglev, cuscinetti magnetici e display levitanti.
Ricerca e sviluppo: I magneti al neodimio di grandi dimensioni sono utilizzati nella ricerca scientifica per esperimenti in campi quali la fisica, la chimica e la scienza dei materiali. Consentono ai ricercatori di studiare i fenomeni magnetici e di sviluppare nuove tecnologie.
Quando si scelgono magneti al neodimio di grandi dimensioni, è necessario considerare fattori quali le dimensioni, la forma, il grado (forza magnetica), la resistenza alla temperatura e il costo, in base ai requisiti specifici dell'applicazione.
Sin dal suo avvento negli anni '80, i magneti al neodimio NdFeB di dimensioni maggiori sono stati ampiamente utilizzati in vari settori, come quello automobilistico, eolico, aerospaziale e militare, grazie alle loro eccellenti proprietà magnetiche. Negli ultimi anni, la domanda di generazione di energia eolica, di veicoli a nuova energia, ecc. è aumentata notevolmente. e ciò pone requisiti più elevati alla coercitività e alla stabilità della temperatura dei materiali per magneti permanenti NdFeB, che devono lavorare a temperature superiori a 200°C.
Poiché il campo di anisotropia magnetocristallina della fase Dy2Fe14B è molto più forte di quello della fase Nd2Fe14B2 e la temperatura di Curie è relativamente alta, la forza coercitiva e la stabilità termica del materiale possono essere notevolmente migliorate. Nei materiali NdFeB sinterizzati, il contenuto di disprosio è molto elevato, fino a oltre 10%. Esistono due modi principali per ridurre la quantità di disprosio nell'NdFeB: la miniaturizzazione delle particelle di cristallo e la diffusione dei confini dei grani.
Si prevede che il contenuto di disprosio possa essere ridotto di circa 1-2TP2T attraverso la miniaturizzazione delle particelle di cristallo e di circa 2-3% utilizzando il metodo di diffusione dei confini dei grani. In totale, può essere ridotto di circa 5%.
Il metodo tradizionale di aggiunta di elementi è quello di aggiungerli durante il processo di fusione, cioè il Dy viene fuso insieme a Nd, Fe, B e altri elementi. Nel magnete finale preparato, il Dy è distribuito sia nei bordi dei grani che nella fase principale all'interno dei grani. Tuttavia, alcuni studi hanno dimostrato che la Dy ai confini dei grani ha l'effetto più significativo sull'aumento della forza coercitiva.
I ricercatori giapponesi hanno proposto per primi il concetto di "diffusione ai confini dei grani". Hanno utilizzato un processo speciale per far sì che il Dy esista solo ai confini dei grani senza entrare nei grani attraverso la diffusione. In questo modo non solo hanno migliorato le prestazioni dei materiali NdFeB, ma hanno anche ridotto notevolmente il Dy.
La quantità totale di elementi riduce il costo dei materiali. Hanno depositato vapori di Dy sulla superficie delle particelle durante il processo di polverizzazione e gli atomi di Dy si sono diffusi lungo i confini dei grani durante il successivo processo di sinterizzazione. La Dy e il Fe situati ai confini dei grani sono accoppiati in modo antiferromagnetico e la coercitività del materiale aumenta da 800kA/m a 1800kA/m senza quasi nessuna riduzione del magnetismo residuo.
Il danneggiamento della superficie dei magneti al neodimio più grandi dopo la lavorazione porterà a un indebolimento delle proprietà magnetiche. Soprattutto per i campioni di piccole dimensioni, la forza coercitiva si riduce significativamente. La tecnologia di diffusione dei confini dei grani può essere utilizzata per riparare e aumentare le proprietà magnetiche della superficie del magnete. Attualmente, la tecnologia di diffusione dei confini dei grani ha ricevuto un'ampia attenzione e i suoi processi di preparazione includono principalmente la diffusione per evaporazione, lo sputtering magnetronico, il rivestimento superficiale, ecc.
Diffusione dell'evaporazione
Il processo di evaporazione di Dy/Tb sulla superficie dei magneti NdFeB è stato sviluppato per la prima volta dalla Japan Aifake Co., Ltd., che colloca gli elementi di terre rare pesanti o i loro composti e il campione originale da trattare in un vaporizzatore e utilizza un riscaldamento ad alta temperatura per far evaporare gli elementi di terre rare pesanti ad alta temperatura, che si depositano sulla superficie del magnete originale sotto l'induzione di gas rari estranei e si diffondono nel magnete lungo i confini del grano.
Utilizzando il metodo della diffusione per evaporazione, la sorgente di evaporazione Dy può essere sublimata sotto riscaldamento ad alta temperatura e l'NdFeB
La deposizione superficiale del boro e il processo di diffusione nel magnete vengono eseguiti contemporaneamente. Il vantaggio dell'uso del metodo di diffusione per evaporazione è quello di far diffondere meglio gli elementi pesanti delle terre rare, ridurre l'uso di elementi pesanti delle terre rare e ridurre i costi, riuscendo così a preparare magneti ad alta coercitività e a basso costo. Magneti NdFeB con contenuto di terre rare.
Sputtering a magnetrone
A differenza del metodo di diffusione per evaporazione descritto in precedenza, il magnetron sputtering separa il processo di deposizione della Dy dal processo di diffusione. Deposita la Dy sulla superficie dei magneti al neodimio originali più grandi mediante sputtering fisico e poi esegue la diffusione ad alta temperatura. Lo sputtering magnetronico presenta i vantaggi di una preparazione uniforme dello strato di film e di un evidente miglioramento della coercitività.
I test di ricerca hanno dimostrato che dopo che i magneti N35 sinterizzati e temprati sono stati sottoposti a sputtering e infiltrazione di Dy, la forza coercitiva è notevolmente aumentata, con il magnetismo residuo ridotto solo di 0,009T e 0,03T, rispettivamente di 708,44kA/m e 665,46 kA/m, gli aumenti sono stati rispettivamente di 73,5% e 64,8%, e la frazione di massa media dell'elemento Dy nel magnete dopo il trattamento di infiltrazione di Dy non è aumentata di oltre 0,4%.
Dopo il trattamento di infiltrazione di Dy, i magneti al neodimio più grandi si arricchiscono di Dy nella fase ricca di Nd in una forma a banda continua, rendendo la fase ricca di Nd più continua e liscia. Il miglioramento della morfologia della struttura della fase ricca di Nd è una delle ragioni dell'aumento della forza coercitiva. Lo strato epitassiale (Nd, Dy)2Fe14B formato presenta un ampio campo di anisotropia magnetocristallina. L'indurimento dello strato epitassiale del grano può sopprimere meglio la nucleazione del dominio inverso, che è anche la ragione principale dell'aumento della forza coercitiva.
Metodo di rivestimento superficiale
Il metodo di rivestimento superficiale si riferisce al rivestimento di composti di terre rare direttamente sulla superficie del campione originale di magneti al neodimio più grandi, per poi eseguire un trattamento termico ad alta temperatura e la diffusione in un'atmosfera di gas rari dopo l'essiccazione. L'utilizzo di questo metodo può migliorare significativamente la forza coercitiva del magnete. Il vantaggio è che il processo è semplice e conveniente, ma lo svantaggio è che può facilmente portare a un rivestimento non uniforme e a una diffusione insufficiente.
Il magnetismo dei magneti permanenti deriva principalmente dalla loro struttura cristallina facilmente magnetizzabile. Può ottenere un magnetismo estremamente elevato sotto l'azione di un forte campo magnetico esterno e il suo magnetismo non scompare dopo la scomparsa del campo magnetico esterno. Pertanto, la "magnetizzazione" è NdFeB. Un passo fondamentale per i materiali a magnete permanente per ottenere il magnetismo.
Magneti isotropi e anisotropi
I materiali magnetici si dividono in due categorie: magneti isotropi e magneti anisotropi.
I magneti isotropi hanno le stesse proprietà magnetiche in qualsiasi direzione e possono essere attratti l'uno dall'altro a piacimento.
I magneti al neodimio anisotropi più grandi hanno proprietà magnetiche diverse in direzioni diverse. La direzione in cui si ottengono le migliori proprietà magnetiche è detta direzione di orientamento del magnete.
Se il materiale magnetico ha un processo di orientamento durante il processo di produzione, si tratta di magneti al neodimio anisotropi più grandi. L'NdFeB sinterizzato viene generalmente modellato e pressato utilizzando l'orientamento del campo magnetico. Pertanto, è necessario determinare la direzione di orientamento, cioè la futura direzione di magnetizzazione, prima della produzione. L'orientamento del campo magnetico in polvere è una delle tecnologie chiave per la produzione di NdFeB ad alte prestazioni.
Direzione di magnetizzazione
Applicare un campo magnetico ai magneti permanenti al neodimio più grandi lungo la direzione di orientamento del campo magnetico e aumentare gradualmente l'intensità del campo magnetico fino a raggiungere la saturazione tecnica. Questo processo è chiamato magnetizzazione. I magneti NdFeB sinterizzati hanno generalmente diverse forme, come il quadrato, il cilindro, l'anello, la piastrella, ecc. In seguito, parleremo delle loro direzioni di magnetizzazione comuni.
Metodo di magnetizzazione:
Il magnetizzatore è uno strumento per magnetizzare materiali magnetici o magneti per dispositivi magnetici. Applica un campo magnetico ai prodotti magnetici permanenti al neodimio più grandi che devono essere magnetizzati. Se il campo magnetico magnetizzato non riesce a raggiungere il campo magnetico di saturazione tecnica, la rimanenza Bj e la forza coercitiva Hcj del magnete permanente non raggiungeranno i valori previsti. Come determinare l'energia del magnetizzatore? Innanzitutto, determinare le dimensioni dello strumento di magnetizzazione in base alle dimensioni del magnete e alla direzione di magnetizzazione.
Calcolare quindi le dimensioni del campo magnetico al centro dell'utensile. La dimensione del campo magnetico dell'utensile deve essere pari a 3-5 volte la forza coercitiva del magnete. Infine, calcolare la corrente di magnetizzazione. In base alla corrente e alla tensione del magnetizzatore, si determina infine la capacità del condensatore di accumulo di energia del magnetizzatore e l'energia del magnetizzatore.
Il principio di base della magnetizzazione consiste nel collocare l'oggetto magnetico da magnetizzare nel campo magnetico formato da una bobina attraversata da corrente continua. Esistono due metodi principali: Magnetizzazione in corrente continua e magnetizzazione a impulsi.
