Отдел исследований наноматериалов в Корейском институте материаловедения (KIMS) во главе с доктором Тэ-Хун Кимом и доктором Ли Чонг-Гу успешно разработал революционный процесс диффузии на границе зерен, который позволяет изготавливать высокопроизводительные постоянные магниты без использования дорогостоящих тяжелых редкоземельных элементов. Эта новаторская технология знаменует собой первое в мире достижение в этой области.

Постоянные магниты являются ключевыми компонентами в различных продуктах с высокой добавленной стоимостью, включая двигатели электромобилей (EV) и роботов. Тем не менее, традиционные процессы производства постоянных магнитов в значительной степени зависят от тяжелых редкоземельных элементов, которые производятся исключительно в Китае, что приводит к высокой зависимости от ресурсов и производственных затрат. Чтобы преодолеть эти ограничения, исследовательская группа успешно разработала высококачественный, высокопроизводительный постоянный магнит без использования дорогостоящих тяжелых редкоземельных элементов. В основе этой революционной технологии лежит двухступенчатый процесс диффузии на границе зерен.

Процесс диффузии на границе зерен является ключевой технологией, предназначенной для повышения производительности постоянных магнитов. В этом процессе тяжелые редкоземельные материалы покрываются поверхностью магнита с последующей высокотемпературной термообработкой. При термической обработке тяжелые редкоземельные элементы диффундируют внутрь магнита по границам зерен, улучшая коэрцитивность — способность магнита сохранять свою намагниченность.

Двухступенчатый процесс диффузии на границе зерен, разработанный исследовательской группой, включает в себя сначала термическую инфильтрацию нового металлосодержащего материала с высокой температурой плавления в магнит при высоких температурах, а затем охлаждение при комнатной температуре. На втором этапе недорогой легкий редкоземельный материал (Praseodymium, Pr) повторно инфильтрируется в магниты при высокой температуре. Ключевым новшеством этой технологии является ее способность подавлять аномальное укрупнение зерен, уникальное явление, происходящее в процессе диффузии на границе зерна. Такой нежелательный рост зерна ухудшает эффективность диффузии и магнитные характеристики. Исследовательская группа успешно справилась с этой проблемой, которая была основным ограничивающим фактором в обычном GBDP, тем самым повысив эффективность диффузии. В результате диффузионный материал быстро проникает в магнит, что значительно улучшает коэрцитивность. Это усовершенствование позволяет магниту достигать классов производительности от 45SH до 40UH, что эквивалентно коммерческим магнитам, содержащим тяжелые редкоземельные элементы (HRE), несмотря на использование только легких редкоземельных элементов.

Если эта технология будет коммерциализирована, ожидается, что она снизит производственные затраты и повысит производительность в отраслях с высокой добавленной стоимостью, требующих высокоэффективных двигателей, таких как электромобили (EV), дроны и летающие автомобили.

Доктор Тэ-Хун Ким, главный исследователь исследования, заявил: «В настоящее время использование дорогих тяжелых редкоземельных элементов в магнитах для двигателей электромобилей и высококлассных бытовых приборов неизбежно. Тем не менее, из-за концентрации тяжелых редкоземельных ресурсов в определенных регионах и их высокой стоимости, исследователи во всем мире в течение многих лет стремились разработать технологии, которые могли бы уменьшить или заменить тяжелые редкоземельные элементы в магнитах, но прогресс остается в застое». Далее он пояснил: «Представляя новую концепцию, эта технология демонстрирует потенциал для освобождения от сильной зависимости от редкоземельных элементов в производстве высокопроизводительных магнитов. Кроме того, это представляет собой новое направление для исследований процессов диффузии на границе зерен, основного метода в индустрии постоянных магнитов». Кроме того, он подчеркнул: «В случае коммерциализации эта технология станет первым случаем, когда Южная Корея займет доминирующее положение в наиболее важном аспекте технологии постоянных магнитов».

Это исследование было проведено при поддержке Министерства науки и ИКТ и Национального исследовательского фонда Кореи (NRF) в рамках Программы развития нанотехнологий и технологий материалов. Результаты исследования были опубликованы 24 декабря во всемирно известном журнале Acta Materialia (первый автор: Солми Ли, студент-исследователь).

###

О Корейском институте материаловедения (KIMS)

KIMS является некоммерческим научно-исследовательским институтом, финансируемым правительством, при Министерстве науки и ИКТ Республики Корея. Будучи единственным институтом, специализирующимся на комплексных технологиях материаловедения в Корее, KIMS внес свой вклад в корейскую промышленность, выполняя широкий спектр мероприятий, связанных с материаловедением, включая исследования и разработки, инспекции, испытания и оценку, а также технологическую поддержку.