Остання редакція: 2025-05-19
Анотація
This study focuses on the modelling of the microstructure of Nd-Fe-B-based permanent magnets with inclusions of various shapes using the OOF2 software. Nd-Fe-B magnets are key components in renewable energy technologies, particularly in electric vehicles and wind turbines. However, their production poses technological challenges, notably due to the reliance on imported rare-earth elements.
The objective of this research is to analyse residual stresses and misfit strains in polycrystalline structures with different types of inclusions (specifically copper, Cu, in the form of spherical and triangular particles), which arise as a result of thermal processes and structural phase interactions.
Using the finite element method implemented in OOF2, numerical models were constructed to evaluate the influence of microstructural parameters on the magnetocrystalline anisotropy and coercivity of the magnets. The results obtained may be utilised to optimise manufacturing processes and enhance the performance of Nd-Fe-B permanent magnets.
МОДЕЛЮВАННЯ ДЕФОРМАЦІЙ АСОЦІЙОВАНИХ ІЗ ЗАЛИШКОВИМИ НАПРУЖЕННЯМИ 2-ГО РОДУ В СПЕЧЕНИХ ПОСТІЙНИХ МАГНІТАХ Nd-Fe-B МЕТОДОМ СКІНЧЕННИХ ЕЛЕМЕНТІВ
У роботі розглядається моделювання мікроструктур постійних магнітів на основі Nd-Fe-B з включеннями різної форми за допомогою програмного забезпечення OOF2. Nd-Fe-B магніти є ключовими компонентами у технологіях відновлюваної енергетики, зокрема в електромобілях та вітрових турбінах. Однак їх виробництво супроводжується технологічними викликами, зокрема через залежність від імпорту рідкоземельних елементів.
Метою дослідження є аналіз залишкових напружень і місфітних деформацій у полікристалічних структурах з різними включеннями (зокрема міді Cu у вигляді сферичних та трикутних включень), що виникають унаслідок термічних процесів і структурної взаємодії фаз.
За допомогою методу кінцевих елементів, реалізованого в OOF2, було побудовано чисельні моделі, які дозволяють оцінити вплив мікроструктурних параметрів на магнітокристалічну анізотропію та коерцитивну силу магнітів. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації виробничих процесів і підвищення ефективності постійних магнітів Nd-Fe-B.
Ключові слова
Посилання
Sasaki T.T., Ohkubo T., Hono K. Structure and chemical compositions of the grain boundary phase in Nd-Fe-B sintered magnets. Acta Materialia, 2016, 115, 269–277.
Murakami Y. et al.: Strain measurements from Nd2Fe14B grains in sintered magnets using artificial moiré fringes. Act. Mat., 101 (2015).
Yi M. et al.: Multiscale Examination of Strain Effects in Nd-Fe-B Permanent Magnets. Phys. Rev. App. 8, 014011-(1-11) (2017).
Hrushko O. et al.: Thermal stresses in the Nd2Fe14B polycrystal system with grain boundary phase. Abst. Book of 27th Int. Works. (REPM23), 255- 256. https://doi.org/10.5281/zenodo.10654098.
Сінха А., Постійні магніти: матеріали, процеси та застосування. – Київ: Техніка, 2017. – 368 с.
Gutfleisch, O., Willard, M. A., Brück, E., Chen, C. H., Sankar, S. G., & Liu, J. P. Magnetic materials and devices for the 21st century: Stronger, lighter, and more energy efficient. Nature Materials, 2011, 10(11), 819–832.
Sepehri-Amin, H., Ohkubo, T., Hono, K. Microscopic analysis of coercivity degradation in Nd–Fe–B sintered magnets by the addition of Dy-free grain boundary phases. Acta Materialia, 2012, 60(3), 819–830.
OOF2: Finite Element Analysis of Microstructures – https://www.ctcms.nist.gov/oof/oof2/
Хом’як Я.І., Копчак І.В. Особливості мікроструктурного моделювання магнітних матеріалів із залишковими напруженнями. Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології, 2021, № 1, с. 27–34.
Kubo Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 22 (2014)