[Перевод] Toyota разрабатывает термостойкий неодимовый магнит
Неодимовые магниты используются для различных двигателей, таких как высокомощные двигатели, в электромобилях, которые, как ожидается, в будущем будут быстро развиваться. Toyota собирается уменьшить количество неодима (Nd, редкоземельный элемент), разработав новый теплостойкий магнит с пониженным содержанием неодима. (пресс-релиз Toyota от 20 февраля)
Это исследование проведено в рамках проекта NEDO «Разработка технологии магнитных материалов для высокоэффективных двигателей автомобилей нового поколения».
Предыстория вопроса
В гибридных автомобилях и электромобилях важно разрабатывать не только аккумуляторы, но и высокопроизводительные моторы. Чем выше плотность магнитного потока магнита, тем выше производительность двигателя. А так как неодим имеет самую высокую плотность магнитного потока, в настоящее время он является основным в электродвигателях электромобилей.
Электродвигатель с ниодиумовым магнитом (слева).
С другой стороны, неодимовые магниты обладают серьезным недостатком, что магнитное поле ослабевает по мере повышения температуры. Если добавить к неодиму тербий (Tb) или диспрозий (Dy), то можно подавить снижение магнитного потока.
Ниодиумовый магнит (справа) теряет магнитные свойства при увеличении температуры.
Несмотря на то, что неодимовый магнит с добавкой тербия и диспрозия не подвержен недостатку, сложность состоит в том, что диспрозий и тербий — редкоземельные элементы и относительно дороги (цена 1 кг ~ 561$, диспрозия 1 кг ~ 234$ на декабрь 2017 года). Сам неодим недорогой (1 кг ~ 47$), однако существует опасение, что его будет недостаточно по мере увеличения спроса. Более того, проблема заключается еще и в том, что высока доля импорта из Китая ниобия и других редкоземельных элементов в целом. В связи с этим необходимо разрабатывать высокопроизводительные магниты, который использует как можно меньше элементов тербий-диспрозий-неодим.
Направление развития магнитов. С 4-м поколением Prius и Prius второго и третьего поколений (из пресс-релиза Toyota)
Этапы развития технологии
Этап 1. Микронизация зерен, составляющих магниты
Удалось увеличить площадь граничной зоны между частицами, уменьшив размер частиц и таким образом подавив уменьшение магнитного потока даже при высокой температуре.
Разница в размере частиц
Этап 2. Получение двухслойной структуры с высокой зернистостью
В обычном неодимовом магните неодим равномерно распределяется внутри зерен магнита, и во многих случаях используется больше необходимого количества неодима для поддержания коэрцитивности (устойчивость к размагничиванию). Увеличение содержания неодима на поверхности зерен относительно частиц, приводит к увеличения коэрцитивности. Это приводит к уменьшению общего количества неодима, используемого в новом магните.
Этап 3. Удельное соотношение компонентов лантана и церия
Удалось снизить концентрацию неодима внутри зерна и использовать зерна, содержащиеся в лантане и церии, для уменьшения содержания неодима при той же эффективности, что и обычные магниты. Лантан и церий стоят менее 10$ за 1 кг, что достаточно недорого для редкоземельных элементов. Однако при текущей разнице цен, если содержание неодима уменьшится на 10%, это не приведет к существенному выигрышу. Поэтому, скорее всего, новая технология понадобится, когда спрос на неодим будет расширяться и цена будет расти.
Схематическое изображение частиц (из пресс-релиза Toyota)
SEM частиц (из пресс-релиза Toyota)
Сравнение производительности. Даже при уменьшении содержания неодима на 20% достигается такая же эффективность, как и у обычных магнитов при высокой температуре. (из пресс-релиза Toyota)
- перевод не дословный
- добавлены отсутствующие части из пресс-релиза
Пожалуйста пишите об ошибках.
