Подразделение исследований наноматериалов Корейского института материаловедения (KIMS) под руководством доктора Тэ-Хуна Кима и доктора Джунг-Гу Ли успешно разработало процесс диффузии по границам зерен, позволяющий изготавливать высокопроизводительные постоянные магниты без использования дорогостоящих тяжелых редкоземельных элементов.
Эта новаторская технология знаменует собой первое в мире достижение в этой области. Результаты опубликованы в Acta Materialia. Постоянные магниты являются ключевыми компонентами в различных продуктах с высокой добавленной стоимостью, включая двигатели электромобилей (EV) и роботов.
Однако традиционные процессы производства постоянных магнитов в значительной степени зависят от тяжелых редкоземельных элементов, которые производятся исключительно в Китае, что приводит к высокой зависимости от ресурсов и производственным затратам .
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследовательская группа успешно разработала высококачественный, высокопроизводительный постоянный магнит без использования дорогих тяжелых редкоземельных элементов.
Суть этой прорывной технологии заключается в двухэтапном процессе диффузии по границам зерен.
Процесс диффузии по границам зерен является ключевой технологией, разработанной для улучшения характеристик постоянных магнитов . В этом процессе тяжелые редкоземельные материалы наносятся на поверхность магнита с последующей высокотемпературной термической обработкой.
Во время термообработки тяжелые редкоземельные элементы диффундируют внутрь магнита вдоль границ зерен, улучшая коэрцитивную силу — способность магнита сохранять свою намагниченность. Разработанный исследовательской группой двухэтапный процесс диффузии по границам зерен включает сначала термическую инфильтрацию нового тугоплавкого металлсодержащего материала в магнит при высоких температурах, а затем охлаждение при комнатной температуре.
На втором этапе дешевый легкий материал, содержащий редкоземельные элементы (празеодим, Pr), повторно пропитывается в магниты при высокой температуре.
Ключевым новшеством этой технологии является ее способность подавлять аномальное укрупнение зерен, уникальное явление, которое происходит в процессе диффузии по границам зерен.
Такой нежелательный рост зерен ухудшает эффективность диффузии и магнитные характеристики. Исследовательской группе удалось успешно взять под контроль эту проблему, которая была основным ограничивающим фактором в традиционном ГБДП, тем самым повысив эффективность диффузии.
В результате диффузионный материал быстро проникает в магнит, значительно улучшая коэрцитивность.
Это усовершенствование позволяет магниту достигать классов производительности от 45SH до 40UH, что эквивалентно коммерческим магнитам, содержащим тяжелые редкоземельные элементы (HRE), несмотря на использование только легких редкоземельных элементов.
Если эта технология будет коммерциализирована, ожидается, что она снизит производственные затраты и одновременно повысит производительность в отраслях с высокой добавленной стоимостью, где требуются высокоэффективные двигатели, например, в производстве электромобилей, беспилотников и летающих автомобилей.
Доктор Тэ-Хун Ким, главный исследователь исследования, заявил: «В настоящее время использование дорогостоящих тяжелых редкоземельных элементов в магнитах для электромобилей и высокотехнологичной бытовой техники неизбежно.
«Однако из-за концентрации ресурсов тяжелых редкоземельных элементов в определенных регионах и их высокой стоимости исследователи во всем мире уже много лет пытаются разработать технологии, которые могут сократить или заменить тяжелые редкоземельные элементы в магнитах, однако прогресс остается на прежнем уровне.
«Внедряя новую концепцию, эта технология демонстрирует потенциал освобождения от зависимости от тяжелых редкоземельных элементов при производстве высокопроизводительных магнитов.
Более того, она представляет новое направление для исследований процессов диффузии по границам зерен , основного метода в отрасли производства постоянных магнитов.
«В случае коммерциализации эта технология станет первым случаем, когда Южная Корея займет доминирующее положение в наиболее важном аспекте технологии постоянных магнитов».
Рубрика: Наука. Читать весь текст на android-robot.com.