关于无稀土磁铁的改进方法

来源:世展网 分类:电线电缆行业资讯 2022-11-15 16:02 阅读:9845
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能源部关键材料研究所(CMI)和艾姆斯国家实验室的研究人员已经改进了一种不含稀土的永磁材料的性能,并证明该工艺可以扩大生产规模。研究人员提出了一种基于微结构工程的锰铋(MnBi)磁体制造新方法。该工艺朝着无稀土的紧凑、节能电机得制造方向又迈进了一步。大功率永磁体对各种可再生能源技术越来越重要,包括风力涡轮机和电动汽车。据CMI研究员、艾姆斯实验室科学家Wei Tang的介绍,这些磁铁目前是由钕和镝等稀土元素构成的。然而,他解释说,这些元素库存低,需求大,导致供应链不可靠而且价格高。所以,找到替代材料比如目前研究着的锰铋(MnBi)是一个解决方案。用于电机的永磁体需要较高能量密度,或高水平的磁性和矫顽力。矫顽力是磁铁保持其当前磁性水平的能力,尽管暴露在高热和外界影响可能使其失磁。

图 | EurekAlert (A) 显示了粉末中的磁性 MnBi 晶粒/颗粒(B) 显示在没有任何添加的颗粒边界材料的情况下形成磁体的过程,晶粒/颗粒正在接触(C) 显示了有晶界材料的 MnBi 颗粒,说明颗粒如何不再接触“如果我们使用高功率密度磁铁,就可以减小电机的尺寸,使电机更紧凑,” Wei Tang说。“现在的重中之重是,我们可以把一些设备做得更小、更紧凑、更节能。锰铋(MnBi)的挑战在于:传统的制造方法需要高温将单个材料转化为一个大磁铁,必要的热量降低了磁铁的能量密度,为了解决这个问题,团队开发了一个替代流程。从每种材料非常细的粉末开始,这增加了起始磁能级。接下来,他们使用了一种温加热方法而不是高温来形成磁铁。最后,新工艺的关键是添加一种非磁性成分,以防止颗粒之间相互接触。这个额外的元素被称为晶界相,它为磁铁提供了更多的结构,并使磁性流经单个颗粒/晶粒时不会相互影响。“这就像结构材料,好比我们用混凝土来砌墙一样。混凝土本身很脆弱,但如果我们先在里面放一根钢筋,然后再浇上混凝土,它的强度会增加几十倍。”温度对锰铋(MnBi)磁性能的影响是独特的。研究人员预计,矫顽力和磁性会随着温度的升高而降低,这对大多数磁性材料来说确实如此。而对于锰铋(MnBi),温度升高可提高矫顽力,降低磁化强度。这种增加的矫顽力有助于使磁体在高温下比其它已知磁体更稳定。该团队还专注于开发更大的磁铁,升级磁铁的尺寸有助于证明他们可以在投入在商业方面。“如果我们不能制造更大的磁体,就不能将其用于任何应用。”Wei Tang说。“我们需要大磁铁,我需要把它变成任何需要的形状。此外,我们需要能够以低成本进行大规模生产。这一点非常重要。“该团队目前正在与PowderMet公司合作,利用他们正在申请专利的技术,追求用于新型电机的MnBi(磁铁)的大规模生产。该项目由美国能源部小企业创新研究项目资助。该项目已进入第二阶段,这意味着它已被证明是可行的,并已授予额外的资金以进一步开发。

图 | PHYSORG - 此图显示了在实验室中构建的越来越大的磁铁,演示...

文章参考来源:EurekAlert 


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