Visoko koercitivni permanentni magneti Nd-Fe-B z minimalnim dodatkom težkih redkih zemelj
Oznaka in naziv projekta
Z2-7215 - Visoko koercitivni permanentni magneti Nd-Fe-B z minimalnim dodatkom težkih redkih zemelj
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: dr. Marko Soderžnik
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Trajni magneti Nd-Fe-B igrajo pomembno vlogo v hitro-rastoči proizvodnji naprav za rabo obnovljivih virov (električna prevozna sredstva, vetrnice za vetrne elektrarne). Edino te naprave so sposobne izkoristiti največji maksimalni energetski produkt (BHmax) med vsemi obstoječimi magneti. Kljub najvišjem energijskem produktu, še vedno obstajajo možnosti za izboljšavo koercitivnosti, saj je razkorak med teoretičnimi in praktičnimi magnetnimi lastnostmi velik. Teoretična koercitivnost magnetov na osnovi trdomagnetne faze Nd2Fe14B presega 6000 kA/m. Tisto kar omejuje trenutno koercitivnost magnetov Nd-Fe-B brez težkih redkih zemelj (TRZ=Dy ali Tb) na 1500 kA/m, je mikrostruktura. V visokokoercitivne magnete je zaradi tega nujno dodati Dy ali Tb z metodo mešanja. V tem primeru se običajno doda 2‑10 m % TRZ. Ta dva ključna elementa postajata zelo draga, poleg tega pa se v tetragonalno kristalno strukturo z Fe vežeta antiferomagnetno, kar ima izjemno negativen vpliv na remanenco magneta. V okviru predlaganega projekta bom količino TRZ v magnetih drastično zmanjšal in hkrati bistveno izboljšal koercitivnost, medtem ko na remanenco skoraj ne bo vpliva. Predlagani raziskovalni projekt "Visoko koercitivni permanentni magneti Nd-Fe-B z minimalnim dodatkom težkih redkih zemelj" temelji na postopku po sintranju. Takšen postopek omogoča obenem zmanjšati količino TRZ v magnetih Nd-Fe-B in hkrati obdržati magnetne lastnosti na visoki ravni. S pomočjo t. i. difuzijskega postopka lahko znižamo končno ceno magneta saj je količina porabljenega dragega Dy ali Tb minimalna. Magnetne lastnosti so po takšnem postopku izboljšane do te mere, da je magnet uporaben tudi pri visokih temperaturah (100 °C), brez poslabšane učinkovitosti. Glavni cilj predlaganega projekta je sistematična optimizacija vseh suspenzijskih in procesnih parametrov. Ti parametri so ključnega pomena za kvaliteten elektroforetski nanos (EFN) TbF3 na površino magnetov. Magneti, obdani s tehniko EFN, bodo izpostavljeni različnim režimom toplotne obdelave. Ta bo potekala pri povišanih temperaturah, kjer pride do t. i. difuzijskega procesa med zrni, katerega posledica je bistveno višja koercitivnost. Za karakterizacijo izboljšanih magnetov, bom uporabil različne analitske tehnike. Magnetne meritve pri različnih temperaturah bom opravil s permeametrom in magnetometrom z vibrirajočim vzorcem (VSM). Za mikrostrukturne in kemijske analize bom uporabil vrstični elektronski mikroskop na poljsko emisijo (FEG-SEM) in visoko ločljivostni presevni elektronski mikroskop (HRTEM). Visoko ločljivostne analize na atomski ravni bodo omogočile takojšen vpogled v kemijo in kristalno strukturo vzorca brez predhodnega modeliranja. Cilj je seveda razkriti mikrostrukturne značilnosti, ki vodijo v izboljšane magnetne lastnosti. Temperaturna koeficienta α (za koercitivnost) in β (za remanenco) bom izračunal iz histereznih zank. Iz mikrostrukturnih podatkov bom naredil izračun koncentracije Tb v celotnem magnetu po t i. difuzijskem postopku in prav tako po dvostopenjskem difuzijskem postopku. S pomočjo EFN bom lahko nanesel natančno količino TbF3 na površino magneta. To je zelo pomembno z industrijskega vidika, kjer so stroški težkih redkih zemelj kritični dejavnik. Tehnologija izboljšanja magnetov z opisanim postopkom je zelo zanimiva za prenos v proizvodno linijo.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani. Povezava na SICRIS.