Новый процесс производства постоянных магнитов

Исследователи из Института критических материалов, инновационного центра Министерства энергетики США во главе с Национальной лабораторией Эймса, разработали новый метод производства высокоэффективных постоянных магнитов.

Этот новый процесс «Hot-roll Nano Neo Magnet» производит нанозернистый неодимовый постоянный магнит, заключенный в нержавеющую сталь, в простом, коммерчески масштабируемом процессе. Этот процесс является полунепрерывным по сравнению с периодическими процессами, используемыми в настоящее время в промышленности, что делает его более экономичным и энергоэффективным.

Магниты, изготовленные по новому процессу горячей прокатки. Предоставлено: Национальная лаборатория Эймса

Неодимовые железо-борные (Neo) постоянные магниты становятся все более важными для различных технологий, включая ветряные турбины, электромобили и сотовые телефоны. Во многих случаях постоянные магниты должны работать при высоких температурах. К сожалению, даже умеренные температуры около 150 ° C (302 ° F) ухудшают характеристики постоянных магнитов.

По словам Цзюнь Цуй, ученого из лаборатории Эймса, самой большой проблемой создания постоянных магнитов является повышение их устойчивости к размагничиванию при высоких температурах. Он разъяснил два способа решения этой проблемы. Во-первых, добавить диспрозий в магнит Neo. Тем не менее, диспрозий внесен в список критически важных материалов Министерством энергетики и многими другими странами, что означает, что он доступен в очень ограниченном количестве. Второй способ заключается в изготовлении магнитов с небольшими размерами зерна, начиная производственный процесс с гораздо меньших частиц магнитного материала.

Цуй объяснил: «Есть два традиционных способа изготовления магнитов. Во-первых, вы делаете много порошка определенного размера, от трех микрон до пяти микрон, обычно это размер. И эти порошки ужасно чувствительны к воздуху. Он настолько чувствителен, что может загореться, поэтому вы должны обращаться со всем осторожно». Второй включает в себя начало порошков, которые меньше, вместо того, чтобы измеряться в микронах, они измеряются в нанометрах. Для справки, человеческий волос обычно имеет диаметр 70 микрон, а один микрон равен 1 нанометрам.

Порошки микронного размера подвергаются воздействию магнитного поля, чтобы магнитные полюса каждой из частиц указывали в одном направлении, а затем уплотняются. После этого они сплавляются вместе в единый твердый, полностью плотный материал. Для магнита Neo, содержащего диспрозий, процесс спекания включает нагревание материала до чрезвычайно высоких температур для уплотнения магнита.

Для метода наночастиц порошки не содержат диспрозия, но для начала должны быть упакованы очень плотно, затем они проходят две фазы горячей деформации для уплотнения магнита. После того, как эти магниты сформированы, они все еще чувствительны к кислороду, поэтому они проходят окончательный процесс покрытия, где они покрываются никелем.

Новый метод, разработанный Цуй и его командой, упрощает процесс. «В конечном итоге мы начинаем с порошков, а затем упаковываем их в трубку из нержавеющей стали. Мы упаковываем их очень плотно, а затем просто катаем в горячем виде», — объяснил Цуй. «Мы нагреваем, а затем отправляем на прокатный стан, а затем все идет полным ходом».

Цуй упомянул несколько преимуществ этого нового процесса. Во-первых, не требуется вакуумная печь для защиты магнитных материалов от воздуха, потому что труба из нержавеющей стали полностью герметична. Во-вторых, они могут создавать более тонкие магниты, которые сохраняют свою структурную целостность и магнитные свойства. В-третьих, это исключает этап нанесения покрытия, поскольку материалы остаются в корпусе из нержавеющей стали на протяжении всего процесса. Наконец, вместо пакетного процесса, «мы можем непрерывно делать очень длинные магниты, которые можно разрезать на множество меньших магнитов», — сказал Цуй. «Итак, теперь вы внезапно смотрите на совершенно новый способ изготовления магнитов, который является экономически эффективным».

Оригинал статьи: Provided by Ames National Laboratory