Che cos'è la tecnica di diffusione dei confini dei grani?
La forza coercitiva del magnete può essere migliorata drogando terre rare pesanti come Dy o Tb nella lega, ma a causa della grande quantità di disprosio e terbio che entrano nei grani della fase principale, la remissione sarà significativamente ridotta. Inoltre, questo processo consuma una grande quantità di costose risorse di terre rare pesanti, con un conseguente aumento sostanziale del costo di produzione del magnete. Nell'industria, (BH)max (MGOe) +Hcj (kOe) è solitamente utilizzato per rappresentare le proprietà magnetiche complete dei magneti. Come aumentare ulteriormente la forza coercitiva dei magneti con la premessa di mantenere un'elevata remanenza, in modo da preparare magneti con elevate proprietà magnetiche globali, è diventato uno dei punti caldi della ricerca e dello sviluppo del settore.
La tecnologia di diffusione dei confini dei grani è un mezzo tecnico sviluppato negli ultimi anni che può migliorare efficacemente le proprietà magnetiche dei magneti NdFeB sinterizzati. Formando uno strato di pellicola di terre rare pesanti sulla superficie dell'acciaio magnetico, dopo il trattamento termico sotto vuoto, le terre rare pesanti entrano all'interno del magnete lungo il confine dei grani e, allo stesso tempo, gli atomi di terre rare pesanti sostituiscono gli atomi di Nd intorno ai grani della fase principale per formare un guscio ad alta coercitività. La microstruttura può aumentare notevolmente la forza coercitiva del magnete sulla base di un valore estremamente basso di caduta di remanenza. In generale, per i magneti NdFeB sinterizzati con uno spessore inferiore a 8 mm, la diffusione Dy HcJ viene utilizzata per aumentare 4kOe~7kOe; la diffusione Tb HcJ viene utilizzata per aumentare 8 kOe~11 kOe, e i due tipi di diffusione Br sono ridotti entro 0,3kG.
Rispetto ai magneti tradizionali senza diffusione, i principali vantaggi del processo di diffusione dei confini dei grani sono i seguenti:
1. Per i magneti della stessa marca, l'uso della diffusione dei confini dei grani può ridurre notevolmente il consumo di Dy e Tb e il costo è inferiore;
2. I magneti con elevate proprietà magnetiche complete, non ottenibili con le tecniche tradizionali, come il 50EH e il 52UH, possono essere preparati adottando il metodo della diffusione dei confini dei grani.
Sappiamo che ogni cosa ha molti aspetti, e il processo di diffusione al limite dei grani non fa eccezione, e ci sono anche alcune carenze. Ad esempio, a causa dell'esistenza di gradienti di concentrazione, la profondità di diffusione è limitata e lo spessore dei magneti a diffusione prodotti in serie è solitamente di 10 mm, il che limita il campo di applicazione di questo processo.
La principale forma di processo della diffusione dei confini dei grani
Dopo anni di sviluppo, il processo di diffusione dei confini dei grani ha sviluppato diversi metodi come lo sputtering, l'evaporazione, il rivestimento e l'elettrodeposizione. Le fonti di diffusione includono elementi e leghe di terre rare pesanti, idruri, fluoruri, ossidi, ecc.
1-1 Sputtering con magnetrone
Si tratta di un metodo in cui la scarica a bagliore è generata dalla tensione, il gas argon è ionizzato e gli ioni argon bombardano il bersaglio per spruzzare particelle di terre rare pesanti come il disprosio e il terbio, che si depositano sulla superficie dell'acciaio magnetico formando una pellicola. I prodotti adatti al metodo di sputtering magnetronico includono fogli quadrati, piastrelle, dischi, anelli, ecc. e la sorgente di diffusione è per lo più un bersaglio di metallo puro di disprosio o terbio.
Il magnetron sputtering presenta i vantaggi di una buona uniformità di rivestimento, di uno strato di film denso e di un effetto di potenziamento della coercitività stabile. Gli svantaggi sono: 1. L'apparecchiatura è più costosa e il prezzo di una singola apparecchiatura continua è compreso tra 3,5 e 5 milioni; 2. Il tasso di utilizzo del target è basso, quindi il costo relativo è relativamente alto.
1-2 Sputtering ad arco multiplo
Si tratta di un rivestimento in cui la scarica di campo produce uno sputtering locale ad alta temperatura. Ha le caratteristiche di un'elevata efficienza di rivestimento e di un alto tasso di utilizzo del target, di una buona forza di legame e così via. Ma gli svantaggi sono: 1. Le particelle del rivestimento sono grandi e la superficie del rivestimento è ruvida; 2. L'uniformità del rivestimento è media; 3. La stabilità del rivestimento non è ideale; 4. La temperatura locale aumenta.
2-1 Evaporazione statica
Il vantaggio è che la temperatura di evaporazione è elevata, la sublimazione della fonte di evaporazione, la deposizione sulla superficie dell'acciaio magnetico e il processo di diffusione nel magnete avvengono simultaneamente, quindi l'effetto di diffusione delle terre rare pesanti è migliore. Poiché la qualità del film di terre rare pesanti dopo l'evaporazione è correlata alla temperatura di evaporazione, al grado di vuoto e alla distanza di placcatura (la distanza tra il bersaglio di terre rare pesanti e il foglio magnetico), il foglio di acciaio magnetico deve essere posizionato in uno strumento specifico per garantire la distanza di placcatura, con conseguente processo relativamente lento. La complessità, la bassa efficienza produttiva e la scarsa consistenza del film fanno sì che l'evaporazione statica sia raramente utilizzata nell'industria nazionale dei materiali magnetici.
2-2 Evaporazione rotativa
Si tratta di un modo per mescolare continuamente l'acciaio per piccoli e micro magneti e il target di terre rare pesanti attraverso la rotazione, e il metallo Dy/Tb volatilizzato dopo l'alta temperatura viene depositato sulla superficie del prodotto. Questo processo è adatto a prodotti di piccole dimensioni, in particolare a prodotti elettroacustici con un peso singolo inferiore a 1 g; il costo dei materiali di diffusione è basso, l'aumento di peso è ridotto e l'HcJ è notevolmente migliorato; la consistenza dell'HcJ migliorato è elevata. Lo svantaggio è che il processo di separazione del prodotto dal disprosio e dal terbio metallico è relativamente laborioso; inoltre, questo processo è raramente utilizzato nell'industria e l'apparecchiatura deve essere solitamente personalizzata, il che comporta alcuni ostacoli tecnici.
3-1 Spruzzatura automatica
Inserire il foglio magnetico monostrato nel disco del pezzo da lavorare e utilizzare una pistola a spruzzo pneumatica per spruzzare reciprocamente per formare un film. Quando la fonte di diffusione è un fluoruro o un ossido, può essere spruzzata in atmosfera. Se si tratta di idruri o di polveri di leghe di terre rare pesanti, è necessaria una protezione con gas inerte. .
I vantaggi sono: 1. Esistono molte fonti di diffusione adatte, tra cui idruri, fluoruri, ossidi e leghe; 2. È possibile diffondere prodotti di varie forme e dimensioni, come piastrelle, quadrati, dischi e anelli; 3. Il grado di automazione delle apparecchiature 4. Il basso investimento nelle attrezzature e l'elevato tasso di utilizzo delle terre rare pesanti. Basso investimento in attrezzature e alto tasso di utilizzo delle terre rare pesanti.
Principali svantaggi: rischi di brevetto quando la fonte di diffusione è il fluoruro, rischi di sicurezza quando si utilizzano idruri e leghe e scarsa consistenza delle proprietà degli ossidi.
3-2 Stampa serigrafica
Si tratta di preparare la polvere di terre rare pesanti in inchiostro. Quando si stampa, si versa l'inchiostro in un'estremità della piastra serigrafica, si esercita una certa pressione sulla parte di inchiostro della piastra serigrafica con un raschietto e, allo stesso tempo, ci si sposta verso l'altra estremità della piastra serigrafica a velocità costante; l'inchiostro, durante il movimento, viene spremuto dalla maglia dal raschietto al foglio magnetico per formare una pellicola.
La presenza di reagenti organici nell'inchiostro impedisce agli idruri o alle leghe di terre rare pesanti di entrare in contatto con l'aria ed evita l'ossidazione. Pertanto, gli idruri di terre rare pesanti possono essere utilizzati come fonte di diffusione per rivestire in ambiente atmosferico, evitando efficacemente il rischio di brevetti al fluoro. Allo stesso tempo, il processo di serigrafia ha le caratteristiche di un'elevata efficienza produttiva, un alto tasso di utilizzo delle terre rare pesanti e una buona consistenza dell'aumento di peso, il che è molto adatto alla diffusione dei confini del grano dei magneti quadrati. Negli ultimi due anni, il processo di serigrafia è stato rapidamente promosso nell'industria ed è diventato uno dei processi mainstream.
Gli svantaggi sono: 1. Il retino e il raschiatore non sono adatti a prodotti a forma di piastrella con superfici irregolari; 2. I prodotti con dimensioni e rapporti di peso diversi richiedono solitamente inchiostri, lastre serigrafiche e attrezzature corrispondenti, che sono adatti per lotti di grandi dimensioni e ordini stabili. Per gli ordini di piccoli lotti, la sostituzione frequente di retini e attrezzature comporta una riduzione dell'efficienza, un aumento dei costi e una scarsa flessibilità.
4. Elettrodeposizione
Nella deposizione elettroforetica, la fonte di diffusione di terre rare pesanti e l'alcol sono configurati in una sospensione, e le particelle della fonte di diffusione di terre rare pesanti sono depositate sulla superficie della lamiera magnetica attraverso un campo elettrico a corrente continua per formare un film di terre rare pesanti. I vantaggi sono l'elevata efficienza produttiva, la semplicità del processo e il basso costo di produzione. Lo svantaggio è che il rivestimento ha una bassa adesione e uniformità e una scarsa costanza delle prestazioni durante la produzione di massa. Pertanto, questo processo viene utilizzato raramente.
Con il graduale aumento della pressione del mercato, la competizione sui costi è già passata dal confronto tra processi di diffusione e non, al confronto tra diversi processi di diffusione, fino al confronto tra il tasso di utilizzo delle terre rare pesanti e i costi di produzione con lo stesso metodo di diffusione. I diversi processi di diffusione hanno caratteristiche proprie. Nella produzione reale, è necessario selezionare un processo di diffusione adatto in base alle caratteristiche del prodotto, ai requisiti di prestazione e ai costi di produzione. Si ritiene che in futuro verranno sviluppati e utilizzati altri nuovi processi di diffusione. Allo stesso tempo, lo sviluppo di substrati di facile diffusione, l'utilizzo definitivo di sorgenti di diffusione di terre rare pesanti, il superamento della profondità di diffusione e lo sviluppo di sorgenti di diffusione di terre non rare attireranno l'attenzione e gli sforzi della maggior parte del personale di ricerca scientifica e di produzione.
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