Jak vyrobit NdFeB magnet

Jak se vyrábějí neodymové magnety?

Sinterovaný neodymový magnet je připraven tak, že suroviny jsou roztaveny pod vakuem nebo inertní atmosférou v indukční peci, poté zpracovány v pásové lince a ochlazeny za vzniku pásu slitiny Nd-Fe-B. Pásy slitiny jsou drceny na jemný prášek s průměrem několika mikronů. Tento jemný prášek je následně zhutněn v orientačním magnetickém poli a sintrován do hustých těles. Tělesa jsou poté obráběna do požadovaných tvarů, povrchově upravena a magnetizována.

Vážení

Vážení kvalifikovaného surového materiálu je přímo spojeno s přesností složení magnetu. Čistota surového materiálu a stabilita chemického složení jsou základem kvality výrobku. Sinterovaný neodymový magnet obvykle volí vzácné zeminové slitiny jako Praseodym-Neodym Pr-Nd mischmetal, Lanthanum-Cerium La-Ce mischmetal a Dysprosium-Železo Dy-Fe slitinu jako materiál z důvodu nákladové efektivnosti. Vyšší bod tání mají prvky jako Bor, Molybden nebo Niob, které jsou přidávány ve formě ferroaloy. Vrstva rzi, inkluze, oxidy a nečistoty na povrchu surového materiálu musí být odstraněny pomocí mikrobrusného stroje. Navíc by měl být surový materiál ve vhodné velikosti, aby byla zajištěna účinnost v následném tavícím procesu. Neodym má nízký parciální tlak a aktivní chemické vlastnosti, proto vzácné zeminové kovy během tavení podléhají určitému úbytku odpařováním a oxidací, a proto by vážení sinterovaného neodymového magnetu mělo zohlednit přidání dalšího vzácného zeminového kovu, aby byla zajištěna přesnost složení magnetu.

Tavení a odlévání pásovou technologií

Tavení a odlévání pásovou technologií je klíčové pro složení, krystalickou strukturu a rozložení fází, a tím ovlivňuje následný proces a magnetickou výkonnost. Surová hmota je zahřívána na tavný stav pomocí středofrekvenčního a nízkofrekvenčního indukčního tavení za vakuových nebo inertních podmínek. Odlévání lze provádět, když se slitina roztaví, dosáhne homogenizace, odplynění a odstraňování strusky. Dobrá mikrostruktura odlitku by měla mít dobře rostoucí a jemnozrnnou sloupcovou krystalickou strukturu, přičemž fáze bohatá na Nd by měla být rozložena podél hranic zrn. Navíc mikrostruktura odlitku by měla být bez fáze α-Fe. Diagram fázové rovnováhy Re-Fe naznačuje, že ternární slitina vzácných zemin je nevyhnutelná pro vznik fáze α-Fe při pomalém ochlazování. Magnetické vlastnosti při pokojové teplotě fáze α-Fe vážně narušují magnetickou výkonnost magnetu, a proto musí být inhibovány rychlým ochlazováním. Aby bylo možné dosáhnout požadovaného efektu rychlého ochlazení a potlačit tvorbu fáze α-Fe, vyvinula společnost Showa Denko K. K. technologii pásového odlévání, která se brzy stala rutinní technologií v odvětví. Rovnoměrné rozložení fáze bohaté na Nd a její inhibiční účinek na fázi α-Fe mohou efektivně snížit celkový obsah vzácných zemin, což je příznivé pro výrobu vysoce výkonných magnetů a snižování nákladů.

Degradace vodíkem

Chování hydrogenace vzácných zemin, slitin nebo intermetalických sloučenin a fyzikálně-chemické vlastnosti hydridu byly vždy důležitými otázkami při využití vzácných zemin. Tavenina slitiny Nd-Fe-B také vykazuje velmi silnou tendenci k hydrogenaci. Atomy vodíku vstupují do mezistěnného místa mezi hlavní fází intermetalické sloučeniny a fází zrn bohatou na Nd a vytvářejí mezistěnnou sloučeninu. Poté se zvýší vzdálenost mezi atomy a rozšíří se mřížkový objem. Výsledné vnitřní napětí způsobí praskání zrn (mezizrnné praskání), praskání krystalů (transkrystalické praskání) nebo ductilní praskání. Tato praskání, doprovázená praskáním, jsou známá jako hydrogenace. Proces hydrogenace sinterovaného neodymiového magnetu je také označován jako HD proces. Praskání zrn a praskání krystalů vznikající při procesu hydrogenace způsobují NdFeB práškový kurz velmi křehký a vysoce výhodný pro následný proces tryskání. Kromě zvýšení účinnosti procesu tryskání je proces dekrepitace vodíkem také příznivý pro úpravu průměrné velikosti prášku jemného prášku.

Tryskové mletí

Tryskové mletí se ukázalo jako nejpraktičtější a nejefektivnější řešení v procesu práškování. Tryskové mletí využívá vysokorychlostní proud inertního plynu k urychlení hrubého prášku na supersonickou rychlost a k nárazu prášku do sebe navzájem. Základním cílem procesu práškování je hledání vhodné průměrné velikosti částic a rozložení velikosti částic. Rozdíly výše uvedených vlastností se projevují odlišnými charakteristikami na makroskopických škálách, což přímo ovlivňuje plnění prášku, orientaci, zhutnění, demontáž a mikrostrukturu vznikající při sinterování, a tím pak citlivě ovlivňuje magnetickou výkonnost, mechanické vlastnosti, termoelektrické vlastnosti a chemickou stabilitu sinterovaného magnetu na Neodymu. Ideální mikrostruktura je jemná a jednotná hlavní fáze zrn obklopená hladkou a tenkou přídavnou fází. Kromě toho by měla být snadná orientace magnetizačního směru hlavního zrna v souladu s orientačním směrem co nejvíce. Dutiny, velká zrna nebo měkká magnetická fáze povedou k výraznému snížení vnitřní koercivity. Remanence a čtvercový tvar křivky demagnetizace se současně sníží, pokud se orientační směr zrna odchýlí od směru orientace. Proto by měly být slitiny rozdrceny na jednosměrná zrna o průměru od 3 do 5 mikronů.

Zhutnění

Orientace magnetického pole při kompaktaci se označuje jako využití interakce mezi magnetickým práškem a vnějším magnetickým polem k zarovnání prášku podél směru snadného magnetizace a k zajištění shody s konečným směrem magnetizace. Orientace magnetického pole při kompaktaci je nejběžnější cestou k výrobě anizotropního magnetu. Slitina Nd-Fe-B byla v předchozím procesu tryskacího mletí rozdrcena na částice monokrystalického typu. Monokrystalická částice má uniaxiální anizotropii a každá z nich má pouze jeden snadný směr magnetizace. Magnetický prášek se při působení vnějšího magnetického pole přemění z vícedoménového na jedno doménové. Magnetické pole po volném naplnění do formy, poté upravit směr snadné magnetizace osy c tak, aby byl v souladu s vnějším magnetickým polem prostřednictvím otáčení nebo posunu. Osa c slitiny prášku v podstatě zachovala svůj uspořádání během procesu zhutnění. Zhutněné díly by měly před demontáží podstoupit demagnetizační ošetření. Nejvýznamnějším ukazatelem procesu zhutnění je stupeň orientace. Stupeň orientace sintrovaných magnetů neodymu je určen různými faktory, včetně intenzity orientačního magnetického pole, velikosti částic, zdánlivé hustoty, metody zhutnění, tlaku zhutnění atd.

Sinterování

Hustota zhutněné části může po procesu sinterování za vysokého vakua nebo čisté inertní atmosféry dosáhnout více než 95% teoretické hustoty. Proto jsou vyloučeny vzduchové mezery v sinterovaném Nd magnetu, což zajišťuje jednotnost magnetického toku a chemickou stabilitu. Jelikož jsou permanentní magnetické vlastnosti sinterovaného Nd magnetu úzce spjaty s jeho mikrostrukturou, je tepelné zpracování po procesu sinterování také klíčové pro úpravu magnetického výkonu, zejména vnitřní koercivity. Fáze na hranici zrn bohatá na Nd slouží jako kapalná fáze, která může podporovat sinterovací reakci a obnovovat povrchové defekty na hlavním zrnku fáze. Teplota sinterování Nd magnetu se obvykle pohybuje od 1050 do 1180 stupňů Celsia. Příliš vysoká teplota povede ke zvětšení zrn a snížení vnitřní koercivity. Pro dosažení ideální vnitřní koercivity, rovnosti křivky demagnetizace a vysokoteplotní nevratné ztráty je obvykle nutné provést dvoustupňové temperační tepelné zpracování při 900 a 500 stupních Celsia.

Obrábění

Kromě běžného tvaru střední velikosti je sintrovaný neodymový magnet obtížné přímo dosáhnout požadovaného tvaru a rozměrové přesnosti najednou kvůli technickým omezením v procesu orientace magnetického pole při kompakci, a proto je obrábění nevyhnutelným procesem u sintrovaného neodymového magnetu. Jako typický keramický materiál je sintrovaný neodymový magnet poměrně tvrdý a křehký, a proto je možné jej obrábět pouze řezáním, vrtáním a broušením. použitelné pro jeho obrábění mezi konvenčními obráběcími technologiemi. Nůžky na řezání obvykle využívají diamantové nebo CBN potažené čepele. Řezání drátem a laserové řezání jsou vhodné pro obrábění speciálně tvarovaných magnetů, avšak jsou kritizovány za nízkou výrobní efektivitu a vysoké náklady na zpracování. Proces vrtání sintrovaného neodymového magnetu primárně využívá diamant nebo laser. Je nutné zvolit proces trepanning, když je vnitřní otvor prstence větší než 4 mm. Jako vedlejší produkt v procesu trepanningu lze použitý jádro trepanned použít k výrobě jiných vhodných menších magnetů, čímž se výrazně zvýší využití materiálu. Brusný kotouč pro kopírové broušení je vyráběn na základě brusného povrchu.