Quali sono le differenze nella composizione o microstruttura tra i diversi gradi (ad esempio N35, N52) dei magneti al neodimio?

1. Differenze di composizione

• Sistema di lega di base : Sia i magneti N35 che N52 sono magneti sinterizzati in neodimio-ferro-boro (NdFeB) con la stessa composizione fondamentale: circa il 32% di neodimio (Nd), il 64% di ferro (Fe) e 1.1–1,2% boro (B). Tuttavia,  i magneti di grado superiore (ad esempio, N52) spesso incorporano elementi di terre rare pesanti aggiuntivi (HREE)  come il disprosio (Dy) o il terbio (Tb) per migliorare la coercitività e la stabilità termica.
  • Esempio : I magneti N52 possono contenere 1–3% di Dy per contrastare la smagnetizzazione ad alta temperatura, mentre i magneti N35 in genere utilizzano una quantità minima o nulla di Dy a causa dei loro requisiti di coercitività inferiori.
• Controllo delle impurità : I magneti di qualità superiore richiedono un controllo più rigoroso sulle impurità (ad esempio ossigeno, carbonio, azoto) che possono degradare le prestazioni magnetiche. I magneti N52 sono realizzati utilizzando materie prime ad altissima purezza e tecniche di purificazione avanzate per ridurre al minimo le fasi non magnetiche.

2. Differenze microstrutturali

• Dimensione e orientamento dei grani : Le proprietà magnetiche dei magneti NdFeB dipendono dall'allineamento e dalle dimensioni dei loro grani cristallini Nd₂Fe₁₄B, che presentano una forte anisotropia magnetocristallina uniassiale.
  • Raffinazione del grano : I magneti N52 sono in genere dotati di  grani più piccoli e di dimensioni più uniformi  (1–3 μm) rispetto a N35 (3–5 μM). I grani più fini riducono il pinning della parete del dominio e migliorano la coercitività, consentendo prodotti a più alta energia.
  • Struttura cristallografica : I magneti di qualità superiore subiscono  allineamento ottimizzato del campo magnetico durante la pressatura , con conseguente maggiore orientamento preferito dei grani lungo l'asse c. Ciò migliora la rimanenza (Br) e il prodotto energetico (BHmax).
• Composizione di fase : La microstruttura dei magneti NdFeB è costituita da:
  • Matrice Nd₂Fe₁₄B : La fase magnetica primaria responsabile dell'elevata magnetizzazione.
  • Fase di confine del grano ricca di Nd : Agisce come lubrificante durante la sinterizzazione e fornisce isolamento elettrico tra i grani. I magneti N52 hanno spesso un  fase ricca di Nd più sottile e continua , che riduce la smagnetizzazione intergranulare e aumenta la coercitività.
  • Fasi secondarie : Fasi indesiderate come α-Se sono presenti impurità possono formarsi ossidi di Fe o Nd. I magneti N52 riducono al minimo queste fasi grazie a un controllo di processo più rigoroso.

3. Elaborazione delle variazioni dei parametri

• Temperatura e tempo di sinterizzazione : I magneti di qualità superiore richiedono  condizioni di sinterizzazione precise  (per esempio, 1040–1080°C per N52 vs. 1020–1060°C per N35) per ottenere densità e struttura granulare ottimali. Una sinterizzazione eccessiva può rendere i grani più grossolani e degradarne la coercitività, mentre una sinterizzazione insufficiente provoca porosità e una minore rimanenza.
• Trattamento termico : Ricottura post-sinterizzazione (ad esempio, a 500–600°C) è fondamentale per alleviare le sollecitazioni e ridistribuire la fase ricca di Nd. I magneti N52 spesso subiscono  ricottura multistadio  per perfezionare ulteriormente la microstruttura.
• Allineamento magnetico : L'intensità del campo magnetico applicato durante la pressatura ha un impatto diretto sull'orientamento dei grani. I magneti N52 vengono premuti sotto  campi magnetici più elevati  (per esempio, 5–8 T) rispetto a N35 (3–5 T) per massimizzare la consistenza.

4. Implicazioni sulle prestazioni

• Proprietà magnetiche :
  • N35 : Br &asimp; 1,18 T, Hc &asym; 868 kA/m, BHmax &asimp; 35 MGOe. Adatto per applicazioni sensibili ai costi con requisiti di temperatura moderati (ad esempio, sensori per autoveicoli, altoparlanti).
  • N52 : Br &asimp; 1,47 T, Hc &asym; 955 kA/m, BHmax &asimp; 52 MGOe. Utilizzato in applicazioni ad alte prestazioni come motori di veicoli elettrici, turbine eoliche e macchine per risonanza magnetica.
• Stabilità termica : I magneti N52 hanno un  temperatura massima di esercizio inferiore  (60°C contro 80°C per N35) a causa del loro più elevato contenuto di Dy, che può causare smagnetizzazione termica se superato.
• Costo : I magneti N52 sono  20–50% più costoso  rispetto a N35 a causa dell'uso di HREE, di un controllo di processo più rigoroso e di rese inferiori durante la produzione.

5. Tecniche microstrutturali avanzate

• Diffusione al confine del grano (GBD) : Una tecnica moderna per migliorare la coercitività nei magneti di alta qualità diffondendo Dy o Tb lungo i bordi dei grani, riducendo la necessità di aggiunte di HREE in massa. Ciò consente prestazioni di grado N52 con un contenuto di Dy inferiore.
• Lavorazione di deformazione a caldo : Produce  magneti nanocristallini  con granulometrie <100 nm, consentendo valori BHmax teorici >60 MGOe. Tuttavia, questo metodo è ancora in fase di sviluppo per la produzione di massa.

Riepilogo delle principali differenze

In conclusione, le differenze tra i magneti N35 e N52 sono dovute alla loro composizione (ad esempio, contenuto di Dy), alla microstruttura (dimensione dei grani, distribuzione di fase) e ai parametri di lavorazione (sinterizzazione, allineamento). Questi fattori determinano collettivamente le prestazioni magnetiche, la stabilità termica e il costo, rendendo ogni grado adatto ad applicazioni distinte.