REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Trajni magneti so materiali, ki ustvarjajo magnetno polje brez vira električne ali drugih oblik energije in so ključni sestavni element sodobnih električnih napravah. Danes so vključeni predvsem v obnovljivo tehnologijo, kot so električna vozila in generatorji za vetrne turbine.
Za zgoraj navedene aplikacije so magneti Nd-Fe-B najprimernejša izbira zaradi njihovih visokih vrednosti maksimalnih energijskih produktov (BH)max. O največji vrednosti (BH)max, več kot 400 kJ/m3, so poročali pri visoko zmogljivih anizotropnih magnetih Nd-Fe-B. Največja pomanjkljivost teh magnetov sta nizka vrednost koercitivnosti pri sobni temperaturi in njena temperaturna stabilnost. Da bi bila vrednost koercitivnosti zadovoljiva pri povišanih temperaturah in visokih razmagnetilnih poljih med delovanjem motorja, je potrebno izboljšati njeno vrednost pri sobni temperaturi. Ena od možnosti je dodatek težkih redkih zemelj (HRE), kot sta Dy ali/in Tb, kar povzroči nastanek visoko anizotropne faze (HRE, Nd)2Fe14B, katere rezultat je povišana koercitivnost. Kljub izdatno povišani koercitivnosti, so pomanjkljivosti uporabe HRE zmanjšana vrednost magnetnega nasičenja, visoka cena in tvegana dobava, saj le te pretežno rudarijo na Kitajskem. Zato je potrebno razmišljati o procesiranju visokozmogljivih magnetov Nd-Fe-B z zmanjšano vsebnostjo težkih redkih zemelj ali celo brez dodatka težkih redkih zemelj.
V tej disertaciji so predstavljene štiri različne tematike s skupnim imenovalcem – ultra-hitro kaljeni magnetni trakci Nd-Fe-B. Prva tematika predstavlja članek s prvim avtorstvom z naslovom "Magnetic properties and microstructure evolution of hot-deformed Nd-Fe-B magnets produced by low-pressure spark-plasma sintering ". V tem članku so vroče deformirani magneti Nd-Fe-B pripravljeni iz komercialnih ultra-hitro kaljenih trakcev Nd-Fe-B. Uporabljena je metoda sintranja s sunkovnim tokom (SPS), ki omogoča izvajanje procesa deformacije pri nizkih tlakih (40 MPa). Začetne faze vroče deformiranega procesa so bile raziskane s pomočjo mikrostrukturnih opazovanj in magnetnih meritev. Vroče deformirani magneti so bili proizvedeni z različnimi deformacijskimi razmerji. Na ta način je bila raziskana odvisnost vrednosti remanence od deformacijskega razmerja. V začetnih fazah procesa vroče deformacije je bila opazna stožčasta oblika magneta. Poleg tega se v različnih regijah mikrostrukture takšnega magneta pojavijo različne stopnje poravnave tako trakcev kot zrn. Pridobljeni eksperimentalni podatki so bili interpretirani v okviru preprostega modela Stoner-Wohlfarth, ki razkriva dobre magnetne lastnosti pri uporabi nizkega tlaka.
V drugi tematiki je predstavljena na novo razvita ekonomsko učinkovita metoda za obdelavo magnetov redkih zemlj, Nd-Fe-B, ki temelji na sintranju s sunkovnim tokom in je predstavljena v članku z naslovom "Toward Low-Energy Spark-Plasma Sintering of Hot-Deformed Nd-Fe-B magnets". Ta tehnika omogoča ohranitev tehnološko bistvenih lastnosti proizvedenega magneta kljub temu, da se ob tem porabi približno 30% energije v primerjavi s klasičnim postopkom sintranja s sunkovnim tokom. Magnet z anizotropno mikrostrukturo je bil izdelan iz komercialnih trakov MQU-F z nizko porabo energije med procesom deformacije v primerjavi s konvencionalno pripravljenim vroče deformiranim magnetom, kjer se porabi trikrat več energije. Oba magneta sta bila naknadno termično obdelana pri 650 °C 120 minut v vakuumu. Po termični obdelavi je deformiran magnet pripravljen z nizko energijskim procesiranjem (LEP) izkazal koercitivnost 1327 kAm-1 (1.66 T) in remanentno magnetizacijo 1,27 T medtem, ko je magnet pripravljen z visoko energijskim procesiranjem (HEP) izkazal koercitivnost 1337 kAm-1 (1.67 T) in remanentno magnetizacijo 1,31 T. Celokupna mikrostrukturna karakterizacija in detajlna statistična analiza razkrivajo boljšo teksturo zrn vroče deformiranega magneta, procesiranega z večjo porabo energije, kar je glavni razlog za razliko v vrednosti remanentne magnetizacije med obema vroče deformiranima magnetoma. Rezultati kažejo, da čeprav je bil LEP vroče deformiran magnet procesiran s trikrat nižjo porabo energije, kot v konvencionalnem procesu vroče deformacije, ima še vedno le 8% nižjo vrednost maksimalnega energijskega produkta.
Tretja tematika predstavlja tretji članek s prvim avtorstvom z naslovom “Significant coercivity enhancement of hot-deformed bulk magnets by two-step diffusion process using a minimal amount of Dy”, kjer se je izvajal dvostopenjski proces difuzije po mejah med zrni na vroče deformiranemu magnetu Nd-Fe-B z dodatkom minimalne količine Dy. Vrednost koercitivnosti vroče deformiranega magneta Nd-Fe-B debeline 5,6 mm debelega magneta se je zvišala z 1,13 T na 2,5 T, hkrati pa ohranila visoko remanentno magnetizacijo 1,32 T z uporabo zlitin Nd50Dy30Cu20 in Nd80Cu20 za prvi in drugi korak difuzijskega procesa. Le 0,45 m.% Dy je bilo porabljenega pri procesu difuzije v vroče deformiranemu magnetu, kar je le ≈10 % delež Dy, ki se porabi v običajnih sintranih magnetih Nd-Fe-B z dodanim Dy, s primerljivo vrednostjo koercitivnosti. Poleg visoke vrednosti koercitivnosti pri sobni temperaturi, končen difuzijsko procesiran vroče deformiranem magnet poseduje tudi odličen temperaturni koeficient koercitivnosti –0,41 %/°C. Posledično to delo utira pot k razvoju magnetov Nd-Fe-B z nizko vsebnostjo Dy in z visoko vrednostjo koercitivnosti.
Zadnji del te disertacije predstavlja izum, ki se nanaša na izboljšanje koercitivnosti komercialnih ultra-hitro kaljenih magnetnih trakcev Nd-Fe-B z majhnim deležem intergranularne faze in na postopek za proizvodnjo polimerno vezanih magnetov z difuzijo nizkotemperaturne evtektične zlitine (Nd-Cu). Koercitivnost komercialnih trakcev Nd-Fe-B za določene aplikacije ni zadovoljiva, medtem ko so komercialni magnetni trakci za izdelavo polimerno vezanih magnetov z visoko koercitvnostjo, zaradi dodatka težkih redkih zemelj, bistveno dražji. Ta izum predstavlja izboljšanje magnetnih lastnosti (koercitivnosti) ekonomsko ugodnejših ultra-hitro kaljenih magnetnih trakcev Nd-Fe-B, z majhnim deležem intergranularne faze. Rešitev za povečanje koercivnosti je difuzija nizkotemperaturne evtektične zlitine (Nd-Cu), ki pripomore k 15 % izboljšanju vrednosti koercitivnosti končnega polimerno vezanega magneta v primerjavi z magnetom, ki je pripravljen iz standardnih nizkocenovnih magnetnih trakcev Nd-Fe-B.