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晶界渗透技术可有效降低重稀土用量,同时实现高矫顽力和高磁能积

发布时间:2023-03-28  来源:立鼎产业研究网  点击量: 1027 

新能源驱动电机驱动电机&空调压缩机的恶劣工作环境对磁材空调压缩机的恶劣工作环境对磁材高矫顽力、高热稳定性提出更高要求。通常,烧结磁体一些性能的改善总是以牺牲其他性能为代价。而晶界扩散Dy/Tb烧结磁体与传统的同类磁体相比较,其矫顽力和剩磁可同时得以改善。新能源汽车、空调压缩机工作温度达200℃以上,不含重稀土的中低端烧结钕铁硼磁体矫顽力低(<1200kA/m),且主相Nd2Fe14B的居里温度度低(Tc=312),实际最高温度不到100℃,不能满足电动汽车驱动电机、空调压塑机高温、高磁场变化条件下的使用要求。

添加重稀土元素可抑制反磁化畴形成,从而提高磁体矫顽力,进一步提升高温性能。增加磁体矫顽力(Hc)能有效抵抗更高温度时磁体固有的退磁场,提高磁体的热稳定性。降低磁材矫顽力的内在因素是反磁化畴的生长,反磁化畴容易在各向异性常数较低的Nd2Fe14B晶粒边缘缺陷以及尖角处形核,造成磁体矫顽力低于理论值。添加重稀土后,烧结钕铁硼磁体Nd2Fe14B主相被灰色的(NdTb2Fe14B相包围,形成核-壳结构。由于(HRE2Fe14BHREDyTb)的各向异性常数大于Nd2Fe14B的各向异性常数,所以当主相晶粒边缘变为(NdHRE2Fe14B后,各向异性常数增大,推迟反磁化畴形成,从而使磁体的矫顽力提高。

NdTb2Fe14B相可抑制反磁化畴形成


资料来源:CNKI

但传统熔炼方式添加重稀土方式会牺牲部分剩磁性能并增加原材料成本。传统熔炼方法添加重稀土的方式会使得重稀土元素大量进入晶粒内部,造成重稀土资源大量消耗,从而增加原材料成本,而且DyTbFe原子之间属于反铁磁耦合,会降低磁体的剩磁与最大磁能积。晶界渗透属于晶界扩散技术的一种,扩散技术在2005年由日本Nakamura等人提出,其原理为利用TbDy的单质或化合物作为扩散剂,通过扩散热处理使重稀土从磁体表面沿晶界进入磁体内部,替换出Nd2Fe14B相中的Nd,分布在晶界和晶粒表面以提高钕铁硼磁体矫顽力,而很少进入晶内,从而可以在提高矫顽力的同时减少重稀土对剩磁的不利影响,同时还可以使薄层晶界相的厚度增加,同时变得更加连续、光滑,减弱晶粒间的交换耦合作用,提高磁体的矫顽力。

晶界渗透技术减少重稀土不良影响的同时可降大幅低成本。有研究表明,在电动机和发电机工作时,高温环境使得磁体的表面优先退磁,所以磁体的表层应该有比内部更高的矫顽力。公司的晶界渗透技术可以制造出宏观上重稀土分布不均的磁体,相较传统熔炼方式可以减少50%70%的中重稀土用量,而金属镝市场价为镨钕金属的5倍以上,金属铽高达10倍以上,根据测算,假设镝铽含量均减少50%,可减少稀土原材料成本25%以上。

晶界渗透可以使薄层晶界相的厚度增加,晶界相更加光滑连续


资料来源:CNKI

注:(abc)原始磁体;(def)晶界渗透磁体

重稀土镝铽含量降低对稀土成本影响敏感性分析


注:假设钕铁硼磁材中钕基准含量30%,镝基准含量2.5%,铽基准含量0.75%,价格采用2021年均价:镨钕金属、金属镝、金属铽分别73/340/1107万元/吨,对应单吨钕铁硼磁材稀土永磁基准成本38.8万元/


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