Neodymmagnet ist nach wie vor das leistungsstärkste und am häufigsten verwendete Seltenerd-Dauermagnetmaterial. Neodym-Magnete können je nach Herstellungsverfahren in gesinterte Neodym-Magnete, gebundene Neodym-Magnete und heißgepresste Neodym-Magnete eingeteilt werden. Jede Form hat ihre unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften, so dass sich ihre Anwendungsbereiche weniger überschneiden und in einer komplementären Beziehung zueinander stehen. Magnetanwender fragen sich, wie Neodym-Magnete hergestellt werden. Gesinterte Neodym-Magnete werden durch ein konventionelles Pulvermetallurgie-Verfahren hergestellt und nehmen einen absoluten Vorrang auf dem Markt ein.

Wie werden Neodym-Magnete hergestellt?

Gesinterte Neodym-Magnete werden aus den Rohmaterialien hergestellt, die unter Vakuum oder in inerter Atmosphäre in einem Induktionsschmelzofen geschmolzen, dann im Bandgießer verarbeitet und zu Nd-Fe-B-Legierungsbändern abgekühlt werden. Die Legierungsbänder werden zu einem feinen Pulver mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern pulverisiert. Das feine Pulver wird anschließend in einem orientierten Magnetfeld verdichtet und zu dichten Körpern gesintert. Die Körper werden dann in die spezifischen Formen gebracht, oberflächenbehandelt und magnetisiert.

Wiegen

Das Wiegen der qualifizierten Rohmaterialien steht in direktem Zusammenhang mit der Genauigkeit der Magnetzusammensetzung. Die Reinheit des Rohmaterials und die Stabilität der chemischen Zusammensetzung sind die Grundlage der Produktqualität. Gesinterte Neodym-Magnete verwenden aus Kostengründen normalerweise Seltenerdlegierungen wie Praseodym-Neodym-Pr-Nd-Mischmetall, Lanthan-Cer-La-Ce-Mischmetall und Dysprosium-Eisen-Dy-Fe-Legierungen als Material. Elemente mit hohem Schmelzpunkt wie Bor, Molybdän oder Niob werden in Ferrolegierungsform hinzugefügt. Rostschicht, Einschlüsse, Oxid und Schmutz auf der Rohmaterialoberfläche müssen durch Mikrostrahlmaschinen entfernt werden. Darüber hinaus sollte das Rohmaterial eine geeignete Größe haben, um die Effizienz des anschließenden Schmelzprozesses zu gewährleisten. Neodym besitzt einen niedrigen Dampfdruck und aktive chemische Eigenschaften, so dass es während des Schmelzprozesses zu einem gewissen Grad an Verflüchtigung und Oxidation des Seltenerdmetalls kommt. Daher sollte beim Wiegen von gesinterten Neodym-Magneten die Zugabe von zusätzlichem Seltenerdmetall in Betracht gezogen werden, um die Genauigkeit der Magnetzusammensetzung zu gewährleisten.

Schmelzen und Bandgießen

Schmelzen und Bandgießen sind entscheidend für die Zusammensetzung, den kristallinen Zustand und die Verteilung der Phase und beeinflussen somit den nachfolgenden Prozess und die magnetische Leistung. Das Rohmaterial wird in einem Medium- und Niederfrequenz-Induktionsschmelzverfahren unter Vakuum oder inerter Atmosphäre in einen geschmolzenen Zustand erhitzt. Der Guss kann verarbeitet werden, wenn die Legierungsschmelze homogenisiert, entgast und entschlackt ist. Eine gute Gussblock-Mikrostruktur sollte gut gewachsene und feinkörnige Säulenkristalle aufweisen, und die Nd-reiche Phase sollte entlang der Korngrenze verteilt sein. Darüber hinaus sollte die Gussblock-Mikrostruktur frei von der α-Fe-Phase sein. Das Re-Fe-Phasendiagramm zeigt, dass es bei der langsamen Abkühlung von Seltenerd-Ternärlegierungen unvermeidlich ist, die α-Fe-Phase zu erzeugen. Die weichmagnetischen Eigenschaften der α-Fe-Phase bei Raumtemperatur schädigen die magnetische Leistung des Magneten ernsthaft und müssen daher durch schnelles Abkühlen gehemmt werden. Um den gewünschten Schnelleffekt zur Hemmung der Produktion der α-Fe-Phase zu erzielen, entwickelte Showa Denko K. K. die Bandgießtechnologie und wurde bald zur Routinetechnologie in der Branche. Die gleichmäßige Verteilung der Nd-reichen Phase und die hemmende Wirkung auf die α-Fe-Phase können den Gesamtgehalt an Seltenen Erden wirksam reduzieren, was für die Herstellung von Hochleistungsmagneten und die Kostensenkung vorteilhaft ist.

Wasserstoff-Zersetzung

Das Hydrierverhalten von Seltenerdmetallen, Legierungen oder intermetallischen Verbindungen und die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Hydriden sind seit jeher ein wichtiges Thema bei der Anwendung von Seltenen Erden. Der Nd-Fe-B-Legierungsblock weist ebenfalls eine sehr starke Hydrierneigung auf. Wasserstoffatome dringen in die Zwischengitterplätze zwischen der intermetallischen Hauptphase und der Nd-reichen Korngrenzenphase ein und bilden eine Zwischengitterverbindung. Dadurch vergrößert sich der Atomabstand und das Gittervolumen dehnt sich aus. Die daraus resultierende innere Spannung führt zu Korngrenzenrissen (intergranularer Bruch), Kristallbrüchen (transkristalliner Bruch) oder duktilem Bruch. Diese Zersetzungen gehen mit Knistern einher und werden daher als Wasserstoff-Zersetzung bezeichnet. Der Wasserstoff-Zersetzungsprozess von gesinterten Neodym-Magneten wird auch als HD-Prozess bezeichnet. Die Korngrenzenrisse und Kristallbrüche, die beim Wasserstoff-Zersetzungsprozess entstehen, machen NdFeB-Grobpulver sehr zerbrechlich und sind für den nachfolgenden Strahlmahlprozess von großem Vorteil. Neben der Steigerung der Effizienz des Strahlmahlprozesses ist der Wasserstoff-Zersetzungsprozess auch zur Anpassung der durchschnittlichen Pulvergröße des feinen Pulvers von Vorteil.

Strahlmahlen

Strahlmahlen hat sich als die praktischste und effizienteste Lösung für die Pulververarbeitung erwiesen. Beim Strahlmahlen wird ein Hochgeschwindigkeitsstrahl aus inertem Gas verwendet, um grobes Pulver auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen und Pulver gegeneinander zu stoßen. Der Grundzweck des Pulverprozesses ist die Suche nach einer geeigneten durchschnittlichen Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung. Der Unterschied der oben genannten Merkmale weist unterschiedliche Eigenschaften in makroskopischen Maßstäben auf, die sich direkt auf die Pulverfüllung, die Orientierung, die Verdichtung, das Entformen und die im Sinterprozess erzeugte Mikrostruktur auswirken, und anschließend die magnetische Leistung, die mechanischen Eigenschaften, die Thermoelektrizität und die chemische Stabilität des gesinterten Neodym-Magneten empfindlich beeinflussen. Die ideale Mikrostruktur ist ein feines und gleichmäßiges Hauptphasenkorn, das von einer glatten und dünnen zusätzlichen Phase umgeben ist. Außerdem sollte die leichte Magnetisierungsrichtung des Hauptphasenkorns so weit wie möglich entlang der Orientierungsrichtung angeordnet sein. Hohlräume, große Körner oder weichmagnetische Phasen führen zu einer signifikanten Verringerung der intrinsischen Koerzitivfeldstärke. Remanenz und Rechteckigkeit der Entmagnetisierungskurve nehmen gleichzeitig ab, während die leichte Magnetisierungsrichtung des Korns von der Orientierungsrichtung abweicht. Daher sollten Legierungen zu Einkristallpartikeln mit einem Durchmesser von 3 bis 5 Mikrometern pulverisiert werden.

Verdichten

Unter magnetfeldorientiertem Verdichten versteht man die Nutzung der Wechselwirkung zwischen magnetischem Pulver und dem externen Magnetfeld, um das Pulver entlang der leichten Magnetisierungsrichtung auszurichten und es mit der endgültigen Magnetisierungsrichtung in Einklang zu bringen. Das magnetfeldorientierte Verdichten ist der gebräuchlichste Weg zur Herstellung anisotroper Magnete. Nd-Fe-B-Legierungen wurden im vorherigen Strahlmahlprozess zu Einkristallpartikeln zerkleinert. Einkristallpartikel sind uniaxial anisotrop und jeder von ihnen hat lediglich eine leichte Magnetisierungsrichtung. Magnetpulver verwandelt sich unter der Einwirkung eines externen Magnetfelds vom Mehrbereich in den Einbereich, nachdem es locker in die Form gefüllt wurde, und passt dann seine leichte Magnetisierungsrichtung c-Achse durch Drehen oder Bewegen an die externe Magnetfeldrichtung an. Die c-Achse des Legierungspulvers behielt im Wesentlichen seinen Anordnungsstatus während des Verdichtungsprozesses bei. Verdichtete Teile sollten vor dem Entformen einer Entmagnetisierungsbehandlung unterzogen werden. Der wichtigste Index des Verdichtungsprozesses ist der Orientierungsgrad. Der Orientierungsgrad von gesinterten Neodym-Magneten wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, darunter die Stärke des Orientierungsmagnetfelds, die Partikelgröße, die scheinbare Dichte, die Verdichtungsmethode, der Verdichtungsdruck usw.

Sintern

Die Dichte des verdichteten Teils kann nach dem Sinterprozess unter Hochvakuum oder reiner inerter Atmosphäre mehr als 95 % der theoretischen Dichte erreichen. Daher sind Hohlräume im gesinterten Neodym-Magneten geschlossen, was die Gleichmäßigkeit der magnetischen Flussdichte und die chemische Stabilität gewährleistet. Da die permanentmagnetischen Eigenschaften von gesinterten Neodym-Magneten eng mit ihrer eigenen Mikrostruktur zusammenhängen, ist auch die Wärmebehandlung nach dem Sinterprozess entscheidend für die Anpassung der magnetischen Leistung, insbesondere der intrinsischen Koerzitivfeldstärke. Die Nd-reiche Korngrenzenphase dient als flüssige Phase, die die Sinterreaktion fördern und Oberflächenfehler auf dem Hauptphasenkorn wiederherstellen kann. Die Sintertemperatur von Neodym-Magneten liegt üblicherweise zwischen 1050 und 1180 Grad Celsius. Übermäßige Temperaturen führen zu Kornwachstum und verringern die intrinsische Koerzitivfeldstärke. Um eine ideale intrinsische Koerzitivfeldstärke, Rechteckigkeit der Entmagnetisierungskurve und einen hohen irreversiblen Temperaturverlust zu erzielen, muss der gesinterte Neodym-Magnet in der Regel eine zweistufige Temperung bei 900 und 500 Grad Celsius durchlaufen.

Bearbeitung

Zusätzlich zu einer regelmäßigen Form mit moderater Größe ist es aufgrund der technischen Einschränkungen beim magnetfeldorientierten Verdichtungsprozess schwierig, die erforderliche Form und Maßgenauigkeit direkt zu erreichen. Daher ist die mechanische Bearbeitung ein unvermeidlicher Prozess für den gesinterten Neodym-Magneten. Als typisches Cermet-Material ist gesinterter Neodym-Magnet beträchtlich hart und spröde, so dass nur Schneiden, Bohren und Schleifen bei der herkömmlichen Bearbeitungstechnologie auf seinen Bearbeitungsprozess angewendet werden können. Beim Klingenschneiden werden typischerweise diamantbeschichtete oder CBN-beschichtete Klingen verwendet. Drahtschneiden und Laserschneiden eignen sich gut für die Bearbeitung von speziell geformten Magneten, aber ihnen wird gleichzeitig eine geringe Produktionseffizienz und hohe Bearbeitungskosten vorgeworfen. Der Bohrprozess von gesinterten Neodym-Magneten wird hauptsächlich mit Diamant und Laser durchgeführt. Es ist notwendig, einen Kernbohrprozess zu wählen, wenn das Innenloch des Ringmagneten größer als 4 mm ist. Als Nebenprodukt des Kernbohrprozesses kann der ausgebohrte Kern zur Herstellung anderer geeigneter kleinerer Magnete verwendet werden und so die Materialausnutzungsrate signifikant erhöhen. Schleifscheiben zum Kopierschleifen werden auf der Grundlage der Schleifoberfläche hergestellt.

Oberflächenbehandlung

Die schützende Oberflächenbehandlung ist ein notwendiges Verfahren für Neodym-Magnete, insbesondere für gesinterte Neodym-Magnete. Gesinterte Neodym-Magnete besitzen eine mehrphasige Mikrostruktur und bestehen aus der Nd2Fe14B-Hauptphase, der Nd-reichen Phase und der B-reichen Phase. Die Nd-reiche Phase weist eine sehr starke Oxidationstendenz auf und bildet unter feuchter Umgebung eine Primärbatterie mit der Hauptphase. Eine kleine Menge von Substitutionselementen ist in der Lage, die chemische Stabilität von Magneten zu verbessern, geht jedoch auf Kosten der magnetischen Leistung. Daher zielt der Schutz von gesinterten Neodym-Magneten in erster Linie auf ihre Oberfläche ab. Die Oberflächenbehandlung von gesinterten Neodym-Magneten kann in Nassverfahren und Trockenverfahren eingeteilt werden. Nassverfahren beziehen sich darauf, dass Magnete in reinem Wasser oder in einer Lösung einer schützenden Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Nassverfahren umfassen Phosphatierung, Galvanisierung, stromloses Abscheiden, Elektrophorese, Spritzbeschichtung und Tauchbeschichtung. Trockenverfahren beziehen sich darauf, dass Magnete durch physikalische oder chemische Prozesse ohne Kontakt mit Lösung einer schützenden Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Trockenverfahren umfassen im Allgemeinen physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) und chemische Gasphasenabscheidung (CVD).

Magnetisierung

Die meisten Permanentmagnete werden vor ihrem beabsichtigten Einsatz magnetisiert. Der Magnetisierungsprozess bezieht sich auf das Anlegen eines Magnetfeldes entlang der Orientierungsrichtung des Permanentmagneten, wobei mit der erhöhten äußeren Magnetfeldstärke eine technische Sättigung erreicht wird. äußeren Magnetfeldstärke. Jede Art von Permanentmagnetmaterial benötigt eine bestimmte Magnetfeldstärke, um die technische Sättigung in Magnetisierungsrichtung zu erreichen. Die Remanenz und intrinsische Koerzitivfeldstärke sind geringer als ihre Sollwerte, wenn die äußere Magnetfeldstärke unterhalb des technischen Sättigungsmagnetfelds liegt. Permanentmagnete können je nach Vorhandensein einer leichten Magnetisierungsrichtung in isotrope und anisotrope Typen unterteilt werden. Als anisotroper Magnet mit hoher intrinsischer Koerzitivfeldstärke muss der gesinterte Neodym-Magnet durch Impulsmagnetisierung magnetisiert werden. Der Kondensator wird nach der Gleichrichtung geladen, dann entlädt sich die elektrische Energie im Kondensator augenblicklich in die Magnetisierungsvorrichtung. Die Magnetisierungsvorrichtung kann während des momentanen starken Stroms ein gepulstes Magnetfeld erzeugen, das durch sie fließt. Daher wird der Permanentmagnet in der Spule magnetisiert. Am gesinterten Neodym-Magneten können verschiedene Magnetisierungsmuster erreicht werden, solange sie nicht im Widerspruch zu seiner Orientierungsrichtung stehen.