O que é a técnica de difusão no limite do grão?
A força coerciva do íman pode ser melhorada através da dopagem de terras raras pesadas como o Dy ou o Tb na liga, mas devido à grande quantidade de disprósio e térbio que entram nos grãos da fase principal, a remanência será significativamente reduzida. Além disso, este processo consome uma grande quantidade de recursos pesados e dispendiosos de terras raras, o que resulta num aumento substancial do custo de fabrico do íman. Na indústria, (BH)max (MGOe) +Hcj (kOe) é normalmente utilizado para representar as propriedades magnéticas globais dos ímanes. A forma de aumentar ainda mais a força coerciva dos ímanes sob a premissa de manter uma elevada remanência, de modo a preparar ímanes com propriedades magnéticas abrangentes elevadas, tornou-se um ponto de acesso à investigação e desenvolvimento da indústria.
A tecnologia de difusão nos limites dos grãos é um meio técnico desenvolvido nos últimos anos que pode melhorar eficazmente as propriedades magnéticas dos ímanes NdFeB sinterizados. Ao formar uma camada de película de terras raras pesadas na superfície do aço magnético, após o tratamento térmico a vácuo, as terras raras pesadas entram no interior do íman ao longo do limite do grão e, ao mesmo tempo, os átomos de terras raras pesadas substituem os átomos de Nd em torno dos grãos da fase principal para formar uma concha de alta coercividade. A microestrutura pode aumentar consideravelmente a força coerciva do íman com base num valor de queda de remanência extremamente baixo. Em geral, para ímanes de NdFeB sinterizados com uma espessura inferior a 8 mm, a difusão de Dy HcJ é utilizada para aumentar 4kOe~7kOe; a difusão de Tb HcJ é utilizada para aumentar 8 kOe~11 kOe, e os dois tipos de difusão Br são reduzidos em 0,3kGs.
Em comparação com os ímanes tradicionais sem difusão, as principais vantagens do processo de difusão no limite do grão são as seguintes
1. Para os ímanes da mesma marca, a utilização da difusão nos limites do grão pode reduzir consideravelmente o consumo de Dy e Tb, e o custo é inferior;
2. Os ímanes com propriedades magnéticas abrangentes elevadas que não podem ser obtidas através de técnicas tradicionais, como o 50EH e o 52UH, podem ser preparados através da adoção do método de difusão nos limites do grão.
Sabemos que tudo tem muitos aspectos, e o processo de difusão no limite do grão não é exceção, havendo também algumas deficiências. Por exemplo, devido à existência de gradientes de concentração, a profundidade de difusão é limitada e a espessura dos ímanes de difusão produzidos em massa é geralmente de 10 mm, o que limita a gama de aplicações deste processo.
A principal forma de processo de difusão no contorno de grão
Após anos de desenvolvimento, o processo de difusão dos limites de grão desenvolveu vários métodos, como a pulverização catódica, a evaporação, o revestimento e a eletrodeposição. As fontes de difusão incluem elementos pesados de terras raras e ligas, hidretos, fluoretos, óxidos, etc.
1-1 Pulverização catódica por magnetrão
Trata-se de um método em que a descarga incandescente é gerada por tensão, o gás árgon é ionizado e os iões de árgon bombardeiam o alvo para pulverizar partículas pesadas de terras raras, como o disprósio e o térbio, que são depositadas na superfície do aço magnético para formar uma película. Os produtos adequados para o método de pulverização catódica por magnetrão incluem chapas quadradas, ladrilhos, discos, anéis, etc., e a fonte de difusão é sobretudo um alvo de metal puro de disprósio ou térbio.
A pulverização catódica por magnetrão tem as vantagens de uma boa uniformidade de revestimento, uma camada de película densa e um efeito estável de aumento da coercividade. As desvantagens são: 1. O equipamento é mais caro, e o preço de um único equipamento contínuo situa-se entre 3,5 e 5 milhões; 2. A taxa de utilização do alvo é baixa, pelo que o custo relativo é relativamente elevado.
1-2 Pulverização catódica de arco múltiplo
Trata-se de um revestimento em que a descarga de campo produz pulverização catódica local a alta temperatura. Tem as características de alta eficiência de revestimento e taxa de utilização do alvo, boa força de ligação e assim por diante. Mas as desvantagens são: 1. As partículas de revestimento são grandes e a superfície do revestimento é áspera; 2. A uniformidade do revestimento é média; 3. A estabilidade do revestimento não é ideal; 4. A temperatura local aumenta.
2-1 Evaporação estática
A vantagem é que a temperatura de evaporação é elevada, a sublimação da fonte de evaporação, a deposição na superfície do aço magnético e o processo de difusão no íman são realizados simultaneamente, pelo que o efeito de difusão das terras raras pesadas é melhor. Uma vez que a qualidade da película de terras raras pesadas após a evaporação está relacionada com a temperatura de evaporação, o grau de vácuo e a distância de revestimento (a distância entre o alvo de terras raras pesadas e a folha magnética), a folha de aço magnético tem de ser colocada numa ferramenta específica para garantir a distância de revestimento, resultando num processo relativamente lento. Complexo, com baixa eficiência de produção e pouca consistência da película, a evaporação estática é raramente utilizada na indústria nacional de materiais magnéticos.
2-2 Evaporação rotativa
É uma forma de misturar continuamente o aço de ímanes pequenos e micro e o alvo de terras raras pesadas através de rotação, e o metal Dy/Tb volatilizado após alta temperatura é depositado na superfície do produto. Este processo é adequado para produtos pequenos, especialmente produtos electroacústicos com um peso único inferior a 1g; o custo dos materiais de difusão é baixo, o aumento de peso é pequeno e o HcJ é significativamente melhorado; a consistência do HcJ melhorado é elevada. A desvantagem é que o processo de separação do produto e do metal disprósio e térbio é relativamente trabalhoso; e este processo é raramente utilizado na indústria, e o equipamento geralmente precisa ser personalizado, o que tem certas barreiras técnicas.
3-1 Pulverização automática
Colocar a folha magnética de camada única no disco da peça de trabalho e utilizar uma pistola de pulverização pneumática para pulverizar reciprocamente e formar uma película. Quando a fonte de difusão é fluoreto ou óxido, pode ser pulverizada na atmosfera. Se se tratar de um hidreto ou de um pó de liga pesada de terras raras, necessita de proteção com gás inerte. .
As vantagens são: 1. Existem muitas fontes de difusão adequadas, incluindo hidretos, fluoretos, óxidos e ligas; 2. Produtos de várias formas e tamanhos podem ser difundidos, como ladrilhos, quadrados, discos e anéis; 3. O grau de automação do equipamento 4. Baixo investimento em equipamento e elevada taxa de utilização de terras raras pesadas.
Principais desvantagens: existem riscos de patentes quando a fonte de difusão é o flúor, existem riscos de segurança quando são utilizados hidretos e ligas, e fraca consistência das propriedades do óxido.
3-2 Serigrafia
Trata-se de preparar pó de terras raras pesado para a tinta. Ao imprimir, verter a tinta numa extremidade da placa de serigrafia, aplicar uma certa pressão sobre a parte da tinta na placa de serigrafia com um raspador e, ao mesmo tempo, deslocar-se para a outra extremidade da placa de serigrafia a uma velocidade constante, e a tinta Durante o movimento, é espremida da malha pelo raspador para a folha magnética para formar uma película.
Devido ao pacote de reagentes orgânicos na tinta, impede que os hidretos ou as ligas de terras raras pesadas entrem em contacto com o ar e evita a oxidação. Por conseguinte, os hidretos de terras raras pesadas podem ser utilizados como fonte de difusão para revestir num ambiente atmosférico, evitando eficazmente o risco de patentes de flúor. Simultaneamente, o processo de impressão serigráfica tem as características de elevada eficiência de produção, elevada taxa de utilização de terras raras pesadas e boa consistência de ganho de peso, o que é muito adequado para a difusão no limite do grão de ímanes quadrados. Nos últimos dois anos, o processo de impressão serigráfica foi rapidamente promovido na indústria e tornou-se um dos principais processos.
As desvantagens são: 1. O ecrã e o raspador não são adequados para produtos em forma de azulejo com superfícies irregulares; 2. Os produtos com diferentes tamanhos e proporções de ganho de peso requerem normalmente tintas, chapas de serigrafia e acessórios correspondentes, que são adequados para grandes lotes e encomendas estáveis. No caso de encomendas de pequenos lotes, a substituição frequente de ecrãs e acessórios resultará numa redução da eficiência, num aumento dos custos e numa baixa flexibilidade.
4. Eletrodeposição
Na deposição electroforética, a fonte de difusão de terras raras pesadas e o álcool são configurados numa suspensão, e as partículas da fonte de difusão de terras raras pesadas são depositadas na superfície da chapa de aço magnético através de um campo elétrico de corrente contínua para formar uma película de terras raras pesadas. As vantagens são a elevada eficiência de produção, o processo simples e o baixo custo de produção. A desvantagem é que o revestimento tem baixa aderência, uniformidade e fraca consistência de desempenho durante a produção em massa. Por conseguinte, este processo é raramente utilizado.
Com o aumento gradual da pressão do mercado, a concorrência em matéria de custos já passou da comparação entre processos de difusão e não difusão para a comparação entre diferentes processos de difusão, e mesmo para a comparação da taxa de utilização de terras raras pesadas e dos custos de fabrico com o mesmo método de difusão. Os diferentes processos de difusão têm as suas próprias características. Na produção real, é necessário selecionar um processo de difusão adequado com base nas características do produto, requisitos de desempenho e custos de produção. Acredita-se que mais novos processos de difusão serão desenvolvidos e utilizados no futuro. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento de substratos de fácil difusão, a utilização final de fontes de difusão de terras raras pesadas, o avanço da profundidade de difusão e o desenvolvimento de fontes de difusão de terras não raras também atrairão a atenção e os esforços da maioria do pessoal de investigação científica e de produção.
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