Hvordan man laver NdFeB-magnet

Hvordan Fremstilles Neodymmagneter?

Sinteret Neodymmagnet fremstilles ved, at råmaterialerne smeltes under vakuum eller inert atmosfære i en induktionssmelteovn, derefter behandles i stribe-kasteren og afkøles for at danne Nd-Fe-B legeringsstribe. Legeringsstriber pulveriseres for at danne et fint pulver med flere mikron i diameter. Det fine pulver komprimeres derefter i et magnetisk orienteringsfelt og sinteres til tætte legemer. Legemerne bearbejdes derefter til specifikke former, overfladebehandles og magnetiseres.

Vægtning

Vægtning af kvalificeret råmateriale er direkte relateret til nøjagtigheden af magnetens sammensætning. Renheden af råmaterialet og stabiliteten af den kemiske sammensætning er grundlaget for produktkvaliteten. Sinteret Neodymmagnet vælger normalt sjældne jordlegeringer som Praseodymium-Neodymium Pr-Nd mischmetal, Lanthanum-Cerium La-Ce mischmetal og Dysprosium-Jern Dy-Fe legering som materiale af omkostningsmæssige grunde. Elementer med højt smeltepunkt som Bor, Molybdæn eller Niobium tilføjes i ferroalloy-form. Rustlag, indhold, oxider og snavs på råmaterialets overflade skal fjernes med mikroblæsningsmaskine. Derudover skal råmaterialet være i passende størrelse for at opnå effektivitet i den efterfølgende smelteproces. Neodym har lav fordampningshastighed og aktive kemiske egenskaber, hvilket betyder, at sjældne jordmetaller kan opleve en vis grad af fordampningstab og oxidation under smelteprocessen, derfor bør vægtningen af sinteret Neodymmagnet tage højde for tilføjelse af yderligere sjældne jordmetaller for at sikre nøjagtigheden af magnetens sammensætning.

Smeltning og Stribe-udstøbning

Smeltning og stribe-udstøbning er afgørende for sammensætning, krystallinsk tilstand og fordeling af fase, og påvirker dermed den efterfølgende proces og magnetiske ydeevne. Råmaterialer opvarmes til smeltet tilstand via medium- og lavfrekvent induktionssmeltning under vakuum eller inert atmosfære. Udstøbning kan gennemføres, når legeringssmelten har opnået homogenisering, udluftning og skilleproces. En god mikrostruktur af støbt ingot bør have velvoksne og fint størrelses kolonnarcrystaller, og Nd-rig fase bør fordele sig langs korngrænserne. Derudover bør mikrostrukturen af støbt ingot være fri for α-Fe fase. Re-Fe fase diagrammet indikerer, at ternær legering af sjældne jordmetaller uundgåeligt producerer α-Fe fase under langsom afkøling. Ved stuetemperatur vil de bløde magnetiske egenskaber af α-Fe fase alvorligt skade magnetens ydeevne, og derfor skal de hæmmes ved hurtig afkøling. For at opnå den ønskede hurtige afkølingseffekt for at hæmme dannelsen af α-Fe fase, udviklede Showa Denko K. K. Stribe-udstøbnings-teknologi, som snart blev en rutine inden for industrien. En ensartet fordeling af Nd-rig fase og den hæmmende effekt på α-Fe fase kan effektivt reducere det samlede indhold af sjældne jordmetaller, hvilket er fordelagtigt for fremstilling af højtydende magneter og omkostningsreduktion.

Hydrogen Decrepitation

Hydrogeneringsadfærden for sjældne jordmetaller, legeringer eller intermetalliske forbindelser og de fysik-kemiske egenskaber af hydride har altid været et vigtigt emne inden for anvendelsen af sjældne jordmetaller. Nd-Fe-B legeringsstang udviser også en meget stærk tendens til hydrogenering. Hydrogenatomer trænger ind i interstitialpladsen mellem den intermetalliske forbindelses hovedfase og Nd-rige korngrænsefase og danner interstitialforbindelser. Derefter øges den interatomare afstand, og gittervolumenet udvides. Den resulterende interne spænding vil forårsage korngrænsebrud (intergranulært brud), krystalbrud (transgranulært brud) eller duktilt brud. Disse sprængninger ledsages af knitrende lyde og er derfor kendt som hydrogen sprængning. Hydrogen sprængningsprocessen for sintrade Neodymium-magneter refereres også til som HD-processen. Korngrænsebrud og krystalbrud, der opstår under hydrogen sprængning, gjorde NdFeB-kursuspulver er meget skrøbeligt og har stor fordel i den efterfølgende jetmølleproces. Ud over at forbedre effektiviteten af jetmølleprocessen er hydrogen-dekrepitation også gunstigt for at justere den gennemsnitlige partikelstørrelse af fint pulver.

Jetmilling

Jetmilling har vist sig at være den mest praktiske og effektive løsning i pulverproces. Jetmilling bruger en højhastigheds jet af inert gas til at accelerere groft pulver til supersonisk hastighed og få pulveret til at støde ind i hinanden. Det grundlæggende formål med pulverprocessen er at opnå en passende gennemsnitsstørrelse og partikelstørrelsesfordeling. Forskellen på ovenstående egenskaber viser sig i makroskopiske skalaer, hvilket direkte påvirker pulverfyldning, orientering, komprimering, demoulding og mikrostruktur dannet i sintringsprocessen, og dermed følsomt påvirker magnetisk ydeevne, mekaniske egenskaber, termoelektricitet og kemisk stabilitet af den sintrade Neodymiummagnet. Den ideelle mikrostruktur er fin og ensartet hovedfasekorn omgivet af glatte og tynde tillægsfaser. Desuden bør den nemme magnetiseringsretning af hovedfasekorn være arrangeret langs orienteringsretningen så konsekvent som muligt. Luftlommer, store korn eller blød magnetisk fase vil føre til en markant reduktion i den intrinsiske coercitivitet. Remanens og kvadraturen af demagnetiseringskurven vil samtidig falde, mens den nemme magnetiseringsretning af kornet afviger fra orienteringsretningen. Derfor bør legeringer pulveriseres til enkeltkrystalkorn med en diameter på 3 til 5 mikrometer.

Komprimering

Magnetfeltorientering komprimering henviser til at udnytte samspillet mellem magnetpulver og det eksterne magnetfelt for at justere pulveret langs den lette magnetiseringsretning og gøre det ensartet med den endelige magnetiseringsretning. Magnetfeltorientering komprimering er den mest almindelige metode til at fremstille anisotrope magneter. Nd-Fe-B legering er blevet knust til enkeltkrystalpartikler i en tidligere jet-mølleproces. Enkeltkrystalpartikler har uniaxial anisotropi, og hver af dem har kun én let magnetiseringsretning. Magnetpulver vil under påvirkning af det eksterne felt omdannes fra multi-domæne til enkelt-domæne. Magnetfelt efter løst fyldning i form, derefter justeres dens nemme magnetiseringsretning c-akse til at være i overensstemmelse med den eksterne magnetfeltretning via rotation eller bevægelse. C-aksen for legeringens pulver bevarer grundlæggende sin arrangementstilstand under komprimeringsprocessen. Komprimerede dele bør gennemgå demagnetiseringsbehandling før afformning. Den vigtigste indeks for komprimeringsprocessen er orienteringsgraden. Orienteringsgraden for sintrade neodymmagneter bestemmes af forskellige faktorer, herunder orienteringsmagnetfeltstyrke, partikelstørrelse, tilsyneladende densitet, komprimeringsmetode, kompressionspres osv.

Sintering

Densiteten af den komprimerede del kan opnå mere end 95% af den teoretiske densitet efter den behandlede sintringsproces under højt vakuum eller ren inert atmosfære. Derfor er porerne i den sintrade Neodymium-magnet lukkede, hvilket sikrer ensartethed i den magnetiske fluxdensitet og kemisk stabilitet. Da de permanente magnetiske egenskaber for sintrade Neodymium-magneter er tæt forbundet med dens egen mikrostruktur, er varmebehandling efter sintringsprocessen også kritisk for justering af den magnetiske ydeevne, især den indre coercitivitet. Nd-rige korngrænsefase fungerer som den flydende fase, der kan fremme sintringsreaktionen og gendanne overfladefejl på hovedfase-kornet. Sintringstemperaturen for Neodymium-magneten ligger almindeligvis mellem 1050 og 1180 grader Celsius. For høj temperatur vil føre til kornvækst og mindske den indre coercitivitet. For at opnå ideel indre coercitivitet, ensartethed i afmagnetiseringskurven og irreversibelt tab ved høje temperaturer, kræver sintrade Neodymium-magneter normalt en to-trins varmebehandling ved 900 og 500 grader Celsius.

Bearbejdning

Ud over den almindelige form med moderat størrelse er sintrerede Neodymiummagneter svære at opnå den krævede form og dimensionelle nøjagtighed direkte på én gang på grund af de tekniske begrænsninger i den magnetiske feltorienteringskomprimeringsproces, derfor er bearbejdning en uundgåelig proces for den sintrerede Neodymiummagnet. Som et typisk cermetmateriale er sintrerede Neodymiummagneter forholdsvis hårde og sprøde, og der kan kun foretages skæring, boring og slibning. gælder for densens bearbejdningsproces blandt konventionel bearbejdnings teknologi. Bladskæring bruger typisk diamantbelagt eller CBN-belagt blad. Trådsavning og laserbeskæring er velegnede til bearbejdning af specielt formede magneter, men kritiseres for lav produktionshastighed og høje bearbejdningsomkostninger i mellemtiden. Boreprocessen af sintrade Neodymium-magneter anvender primært diamant og laser. Det er nødvendigt at vælge trappeproces, når det indre hul i ringmagneten er større end 4 mm. Som biprodukt i trappeprocessen kan den trappede kerne bruges til fremstilling af andre passende mindre magneter og dermed væsentligt forbedre materialets udnyttelsesgrad. Slibeskive til kopi-slibning produceres på basis af slibefladen.