Ограничение зависимости от тяжелых редкоземельных элементов при производстве неодимовых магнитов

Проблема зависимости от тяжелых редкоземельных элементов

Рост спроса на мощные постоянные магниты из неодима, железа и бора (NdFeB), способные работать при высоких температурах, привел к необходимости добавления в их состав тяжелых редкоземельных элементов (ТРЗЭ), таких как диспрозий (Dy) и тербий (Tb). Эти добавки увеличивают коэрцитивную силу магнита, то есть его устойчивость к размагничиванию при нагреве.

Однако это решение создало новые вызовы. Мэтью Суоллоу, технический менеджер компании Bunting, обсуждал эту тему на конференции ICEM 2024. Прогнозирование цен на магниты NdFeB осложнено из-за высокой зависимости от китайских поставок и политической конъюнктуры. Добавление дорогих и нестабильных по цене ТРЗЭ, таких как Dy и Tb, вносит в стоимость магнитов дополнительную и трудно прогнозируемую составляющую.

Что такое тяжелые редкоземельные элементы (HREE)?

Тяжелые редкоземельные элементы (ТРЗЭ/HREE) — это группа элементов с высокими атомными номерами и массами. К ним относятся:

• Диспрозий (Dy)

• Иттрий (Y)

• Тербий (Tb)

• Гольмий (Ho)

• Эрбий (Er)

• Тулий (Tm)

• Иттербий (Yb)

• Лютеций (Lu)

Для магнитной промышленности ключевыми являются диспрозий и тербий. Именно они используются для повышения термостабильности магнитов NdFeB, что критически важно для применений в высокопроизводительных электродвигателях и генераторах (например, для электромобилей).

Почему Dy и Tb — проблема?

Диспрозий и тербий — исключительно редкие и труднодобываемые элементы. Для сравнения:

• Неодим (Nd) составляет ~0.0033% земной коры.

• Диспрозий (Dy) встречается в 5 раз реже, чем неодим.

• Тербий (Tb) встречается в 36 раз реже, чем неодим.

Их добыча сконцентрирована в немногих странах: Китай, США, Россия, Австралия, Бразилия, Шри-Ланка, Индия. Высокая редкость и сложность добычи делают их стоимость чрезвычайно высокой, а поставки — уязвимыми. Поэтому сокращение их использования приносит значительную финансовую выгоду и снижает риски.

Решение: магниты NdFeB без тяжелых редкоземельных элементов

Отрасль активно развивает технологии, позволяющие снизить или полностью исключить зависимость от HREE.

Пример прогресса:

• 2014 год: Магнит марки N42SH содержал 2-4% диспрозия.

• Сегодня: Компания Bunting поставляет высококачественные магниты без диспрозия марок до N56, а также N52M, N50H и N45SH.

Цитата эксперта: «Рабочие параметры для магнитов NdFeB становятся все более сложными, — пояснил Мэтью Суоллоу. — Добавление тяжелых редкоземельных элементов расширило возможности, но привело бы к долгосрочному дефициту, если бы не новые технологии. Снижение зависимости от ТРЗЭ обеспечивает защиту от нестабильности цен. Мы сотрудничаем с клиентами, чтобы создавать высокоэффективные сборки на основе магнитов без HREE, ограничивая будущие ценовые риски».

Передовая технология: диффузия по границам зерен

Этот метод позволяет значительно сократить общий расход диспрозия или тербия без потери ключевых свойств магнита.

Принцип работы:
В процессе диффузии тяжелые редкоземельные элементы не распределяются по всему объему магнита, а концентрируются в тонких границах между зернами его микроструктуры. Это локальное упрочнение границ эффективно повышает коэрцитивную силу, в то время как общее содержание дорогостоящих элементов в магните снижается.

Результат: Магниты сохраняют высокие эксплуатационные характеристики, а их стоимость становится более предсказуемой и стабильной, так как она меньше зависит от скачков цен на Dy и Tb.