Схематическая иллюстрация процесса диффузии границы зерен с сэндвич-структурой, разработанного Корейским институтом материаловедения (KIMS), вместе с результатами эффективности. Фото: Корейский институт материаловедения (KIMS)
Исследовательская группа под руководством Су-Мин Ким и Чон Гу Ли (Корейский институт материаловедения; KIMS) разработала технологию производства магнитов следующего поколения, которая равномерно повышает магнитные характеристики на толстых магнитах и одновременно снижает выработку тепла.
Проблемы с современными магнитами Nd-Fe-B
Магниты неодим–железо–бор (Nd-Fe-B), широко используемые в электромобилях и ветряных турбинах, известны своими сильными магнитными свойствами. Однако по мере того как для большей мощности требуется использование более крупных и толстых магнитов, становится всё труднее поддерживать высокую коэрцитивность — способность удерживать намагничивость под внешними воздействиями — на протяжении всего магнита.
Кроме того, работа на высокой скорости индуцирует вихревые токи внутри магнита, что приводит к ухудшению производительности и эффективности двигателя.
Пределы тяжёлых редкоземельных подходов
Традиционно для поддержания магнитной характеристики при повышенных температурах добавляются тяжёлые редкоземельные элементы. В частности, широко применяются процессы диффузии границы зерен, которые включают покрытие поверхности магнита с нанесением тяжёлых редкоземельных элементов и их дифундирование внутрь.
Однако этот подход ограничен поверхностно-центрированным механизмом диффузии, что затрудняет достижение достаточного повышения производительности внутри толстых магнитов. Кроме того, тяжелые редкоземельные элементы дороги и подвержены ограничениям цепочки поставок, что создаёт серьёзные промышленные проблемы.
Новая сэндвич-структурированная диффузия и связывание
Для решения этих проблем исследовательская группа разработала сэндвич-структурированный процесс диффузии и соединения границ зерен, при котором несколько магнитных слоёв наложаются и затем интегрируются. Применяя лёгкий редкоземельный сплав с низкой температурой плавления — в частности празеодим (Pr) — не только на поверхность, но и на межслойных границах, конструкция позволяет инициировать диффузию изнутри магнита.
В результате технология обеспечивает стабильную коэрцитивность даже в толстых магнитах, обеспечивая при этом равномерную работу по всей конструкции. Кроме того, он демонстрирует потенциал снижения зависимости от дорогих тяжёлых редкоземельных элементов за счёт эффективного использования лёгких редкоземельных материалов.
Снижение тепла и упрощение производства
Особенно стоит отметить, что технология также направлена на генерацию тепла, формируя в магните структуру с высоким сопротивлением, которая подавляет образование вихревого тока.
В отличие от традиционных методов, требующих отдельных процессов сегментации магнитов, диффузии границы зерен и изоляционного связывания, этот метод одновременно усиливает коэрцитивность и электрическое сопротивление за счёт диффузии на границе одного зерна. Такой интегрированный подход упрощает производство, одновременно улучшая магнитные, электрические и конструктивные свойства.
Влияние на будущие моторные технологии
Ожидается, что разработанная технология будет применима к широкому спектру систем, включая тяговые двигатели электромобилей, высокоэффективные промышленные двигатели и ветровые генераторы.
Также ожидается, что он способствует внутреннему производству высокопроизводительных магнитов и снизит зависимость от импорта. В частности, снижение тепловыделения и повышение эффективности на уровне магнитов ожидается улучшение общей производительности двигателя и энергоэффективности.
«Это исследование демонстрирует прорыв в одновременном достижении высокой коэрцитивности и снижения генерации тепла в толстых магнитах», — сказал Су-Мин Ким, старший научный сотрудник Корейского института материаловедения.
«Отличие этой технологии в том, что она объединяет усиление принудительности, сопротивление и структурное соединение в одном процессе.»
Он добавил: «Эта технология обладает большим потенциалом не только для электромобилей, но и для приложений, требующих крупных, высокопроизводительных магнитов, таких как электрические корабли, и ожидается, что она будет эволюционировать в ключевую технологию материалов для двигателей следующего поколения.»
Информация о публикации
Hyuck-Joong Kim и др., Разработка толстых магнитов Nd–Fe–B с высокой коэрцитивностью и сопротивлением с помощью стратегии диффузии границ зерен с сэндвич-структурой, Scripta Materialia (2026). DOI: 10.1016/j.scriptamat.2026.117288
Информация о журнале: Scripta Materialia