Prestasi tinggi magnets Neodymium (NdFeB) dibuat dengan menyeimbangkan beberapa perkara: remanens (Br), koersi intrinsik (Hcj), dan produk tenaga maksimum ((BH)max). Ini penting kerana kita ingin menghasilkan magnet yang mempunyai medan magnet yang kuat, tidak mudah demagnetisasi, dan menggunakan tenaga dengan baik. Semakin ramai orang menggunakan magnet dalam perkara seperti tenaga boleh diperbaharui, kenderaan elektrik, dan elektronik canggih, adalah penting untuk memastikan kita dapat mencapai Br dan Hcj yang tinggi sambil menggunakan sumber yang lebih sedikit. Di sinilah proses penyebaran sempadan butiran (GBD) berperanan. Ia membolehkan kita menghasilkan magnet yang lebih baik sambil menggunakan lebih sedikit unsur tanah jarang yang mahal dan jarang seperti Disprosium (Dy) dan Terbium (Tb).

 

Cabaran dalam Meningkatkan Prestasi Magnet Neodymium

Magnet Neodymium kebanyakannya diperbuat daripada Nd2Fe14B, yang mempunyai magnetisasi jenu tinggi dan anisotropi kristal magnet yang cemerlang. Ciri-ciri ini menjadikannya bahan yang hebat untuk magnet berprestasi tinggi. Sebab itulah kita menggunakannya apabila ingin menghasilkan magnet dengan medan magnet yang sangat tinggi dan yang tidak mudah demagnetisasi apabila berdekatan dengan medan magnet lain. Satu perkara yang sentiasa menjadi cabaran ialah bagaimana untuk meningkatkan koersi tanpa menjejaskan remanens.

Koersi intrinsik magnet NdFeB kebanyakannya ditentukan oleh struktur mikro magnet. Ini termasuk perkara seperti saiz butiran, fasa di sempadan butiran, dan bagaimana fasa kaya Nd diedarkan. Biasanya kita menambah Dy dan Tb ke dalam magnet untuk meningkatkan koersi kerana mereka mempunyai medan anisotropi yang lebih tinggi. Masalahnya ialah apabila kita menambah mereka, kita mengurangkan remanens. Selain itu, Dy dan Tb adalah mahal dan sukar diperoleh. Jadi, trik sentiasa untuk meningkatkan koersi tanpa menjejaskan remanens.

Penambahan sasaran unsur tanah jarang menggunakan teknologi GBD boleh meningkatkan koersi magnet sebanyak 5 hingga 10 kali atau lebih, sambil mengurangkan jumlah Dy atau Tb yang diperlukan sehingga 90%. Dengan hanya menambah Dy atau Tb ke permukaan magnet, remanens, atau keupayaan untuk mengekalkan cas magnet, kekal tidak berubah. Ini adalah perbezaan penting kerana remanens adalah apa yang memberikan kekuatan kepada magnet.

 

Penyebaran Sempadan Butiran: Revolusi dalam Peningkatan Koersi

Penambahan sasaran unsur tanah jarang menggunakan teknologi GBD boleh meningkatkan koersi magnet sebanyak 5 hingga 10 kali atau lebih, sambil mengurangkan jumlah Dy atau Tb yang diperlukan sehingga 90%. Dengan hanya menambah Dy atau Tb ke permukaan magnet, remanens, atau keupayaan untuk mengekalkan cas magnet, kekal tidak berubah. Ini adalah perbezaan penting kerana remanens adalah apa yang memberikan kekuatan kepada magnet.

Ciri Utama Penyebaran Sempadan Butiran:

  1. Penggunaan Sasaran Unsur Tanah Jarang: Berbeza dengan kaedah tradisional, di mana Dy dan Tb diedarkan merata di seluruh magnet, GBD menyampaikan unsur tanah jarang ini secara khusus ke sempadan butiran. Ini memastikan bahawa hanya kawasan kritikal yang memerlukan rintangan terhadap demagnetisasi yang menerima unsur-unsur ini, menghasilkan pengurangan yang ketara (sehingga 70-100%) dalam jumlah unsur tanah jarang yang diperlukan.
  2. Struktur Mikro Inti-Luar: Semasa proses GBD, unsur tanah jarang menyebar ke kawasan sempadan butiran, mewujudkan struktur inti-luar di mana lapisan luar butiran magnet kaya dengan Dy atau Tb, manakala inti dalam kekal kaya Nd. Ini meningkatkan koersi tanpa mencairkan kekuatan magnet fasa utama.
  3. Mengekalkan Br Tinggi: Oleh kerana unsur tanah jarang tertumpu di sempadan butiran dan bukannya di seluruh magnet, GBD membolehkan magnet mengekalkan remanens tinggi (Br), satu kelebihan utama berbanding kaedah tradisional di mana unsur tanah jarang diedarkan secara seragam di seluruh magnet yang akan mengurangkan Br.
  4. Peningkatan Koersi: Dengan memperkukuh sempadan butiran dengan Dy atau Tb, GBD menguatkan keupayaan magnet untuk menahan demagnetisasi, terutamanya pada suhu tinggi dan dalam kehadiran medan magnet yang bertentangan. Ini amat penting untuk aplikasi seperti motor kenderaan elektrik dan turbin angin, di mana magnet terdedah kepada keadaan operasi yang keras.
  5. Kecekapan Kos: Memandangkan kos unsur tanah jarang yang tinggi, mengurangkan penggunaannya tanpa menjejaskan prestasi adalah kelebihan yang besar. GBD bukan sahaja mengurangkan jumlah Dy dan Tb yang diperlukan tetapi juga mengukuhkan rantaian bekalan dengan menjimatkan sumber berharga ini.

 

GBD berbanding Teknologi Tradisional

Dalam pengeluaran magnet NdFeB tradisional, HREEs diperkenalkan semasa proses pencampuran logam, menyebabkan pengedaran yang sekata di seluruh magnet. Walaupun ini meningkatkan kekerasan, ia juga menyebabkan kesan pencairan magnetik, di mana penambahan Dy atau Tb mengurangkan remanensi. Selain itu, kaedah ini memerlukan sumber yang banyak, memerlukan jumlah HREEs yang besar, yang secara signifikan meningkatkan kos pengeluaran.

Sebaliknya, GBD memusatkan pengenalan HREEs, secara berkesan meningkatkan kekerasan di tempat yang paling diperlukan—di sempadan butir. Teknik penyebaran yang disasarkan ini mengekalkan remanensi tinggi, mengurangkan kos bahan, dan membolehkan pembangunan gred magnet baharu dengan prestasi yang dipertingkatkan, yang sebelum ini tidak dapat dicapai dengan kaedah konvensional.

 

Aplikasi dan Manfaat Magnet GBD

Penyebaran sempadan butir telah membuka kemungkinan baharu untuk aplikasi magnet, terutamanya dalam industri yang memerlukan magnet berprestasi tinggi dan kekerasan tinggi yang mampu menahan keadaan ekstrem.

  1. Industri Automotif: Dengan peningkatan kenderaan elektrik dan hibrid, permintaan untuk magnet NdFeB yang mampu beroperasi pada suhu tinggi dan menahan medan magnet yang kuat semakin meningkat. Magnet GBD, dengan kekerasan yang dipertingkatkan dan kandungan HREE yang dikurangkan, sangat sesuai untuk aplikasi ini, menawarkan kestabilan prestasi tanpa kos tinggi Dy dan Tb.
  2. Tenaga Boleh Diperbaharui: Turbin angin, terutamanya pemasangan luar pantai, memerlukan jumlah besar magnet NdFeB. GBD mengurangkan jumlah HREE yang diperlukan, menjadikan magnet ini lebih kos efektif dan meningkatkan kestabilan rantaian bekalan. Prestasi yang dipertingkatkan juga membolehkan magnet yang lebih kecil dan lebih berkuasa, mengurangkan saiz dan berat penjana turbin angin secara keseluruhan.
  3. Elektronik Canggih: Dalam peranti mudah alih, peralatan penjimatan tenaga, dan aplikasi teknologi tinggi lain, magnet GBD menyediakan kekuatan magnet yang diperlukan dan kestabilan suhu tanpa meningkatkan kos pengeluaran atau mengorbankan prestasi.

 

Keterbatasan dan Pertimbangan

Walaupun GBD adalah teknologi yang mengubah permainan, ia tidak tanpa kekangan. Had utama GBD adalah kedalaman penembusan HREE semasa penyebaran, yang biasanya hanya mencapai sekitar 5 mm setiap sisi. Ini menjadikan proses kurang berkesan untuk magnet yang lebih tebal, di mana peningkatan kekerasan yang sekata di seluruh magnet mungkin diperlukan. Selain itu, masa atau suhu penyebaran yang berlebihan boleh menyebabkan pertumbuhan butir, yang boleh memberi kesan negatif terhadap sifat magnetik.

 

Penyebaran sempadan butir mewakili lonjakan yang signifikan dalam pengeluaran magnet NdFeB. Dengan menumpukan HREE di sempadan butir, GBD meningkatkan kekerasan sambil mengekalkan remanensi tinggi, mengurangkan penggunaan bahan mahal dan jarang seperti Dy dan Tb. Proses ini bukan sahaja meningkatkan prestasi dan kecekapan kos magnet yang digunakan dalam aplikasi yang menuntut tetapi juga membolehkan penciptaan gred magnet baharu dengan sifat yang sebelum ini tidak dapat dicapai. Dengan permintaan untuk magnet berprestasi tinggi yang terus meningkat dalam industri seperti automotif, tenaga boleh diperbaharui, dan elektronik canggih, GBD berdiri sebagai inovasi penting dalam teknologi magnet, memastikan masa depan yang mampan dan cekap untuk magnet NdFeB.

Proses Penyebaran Sempadan Butir

Proses Penyebaran Sempadan Butir