Development of Dy-free, high coercivity Nd-Fe-B magnets

Abstract

ABSTRACT: This project is focused on the development of high coercivity rare earth-lean/ Dy-free Nd-Fe-B permanent magnets using grain boundary engineering and the analysis of their microstructure and magnetic properties. The experiments were performed on the understochiometric Nd-lean (Nd10Fe84B6) and the stoichiometric (Nd12Fe81B6Nb1) composition and using the low melting point Pr3Co0.75Cu0.25 eutectic alloy as infiltration material. Different heat treatments were carried out on initial amorphous ribbons to find out an optimal grain size with highest coercivity. The best sample obtained (650 ºC – 1h) was used to diffuse PrCoCu alloy at 600 ºC for several times. After 4 hours of infiltration time the coercivity of modified magnet was increased from 5 kOe up to 24.4 kOe. Microstructure were analysed by X-ray diffraction (XRD). Modified grain boundary of magnet with highest coercivity was observed by scanning transmission electron microscopy (STEM) and the magnetic properties were analysed by high field - vibrating sample magnetometer (HF-VSM 12T).

RESUMEN: Este Proyecto está enfocado al desarrollo de imanes permanentes con alto campo coercitivo de Nd-Fe-B con escasez de tierras raras y libres de Dy usando ingeniería de frontera de grano y el análisis de su microestructura y propiedades magnéticas. Los experimentos han sido realizados en la composición no estequiométrica con escasez de Nd (Nd10Fe84B6) y en la estequiométrica (Nd12Fe81B6Nb1) y usando como material para infiltra la aleación eutéctica de bajo punto de fusión Pr3Co0.75Cu0.25. Se han realizado diferentes tratamientos térmicos en las cintas amorfas iniciales para buscar el tamaño de grano óptimo con la mayor coercitividad. La mejor muestra obtenida (650 °C – 1h) se utilizó para difundir la aleación de PrCoCu a 600 °C durante diversos tiempos. Tras 4 horas de infiltración la coercitividad de los imanes modificados se incrementó de 5 kOe hasta 24.4 kOe. La microestructura ha sido analizada por difracción de rayos X (XRD). La frontera de grano modificada del imán con mayor coercitividad fue observad por microscopia electrónica de barrido-transmisión (STEM) y las propiedades magnéticas se analizaron por un magnetómetro de muestra vibrante de alto campo (HF-VSM 12T).