Cómo hacer un imán de NdFeB

¿Cómo se fabrican los imanes de neodimio?

El imán de neodimio sinterizado se prepara fundiendo las materias primas bajo vacío o atmósfera inerte en un horno de fundición por inducción, luego se procesa en el cortador de láminas y se enfría para formar una lámina de aleación Nd-Fe-B. Las láminas de aleación se pulverizan para formar un polvo fino de varios micrones de diámetro. El polvo fino se comprime posteriormente en un campo magnético de orientación y se sinteriza en cuerpos densos. Los cuerpos se mecanizan luego en formas específicas, se someten a tratamiento superficial y se magnetizan.

Pesaje

La pesaje de la materia prima calificada está directamente relacionada con la precisión de la composición del imán. La pureza de la materia prima y la estabilidad de la composición química son la base de la calidad del producto. El imán de Neodimio sinterizado normalmente selecciona aleaciones de tierras raras como Praseodimio-Neodimio Pr-Nd, Mischmetal de Lantano-Cerio La-Ce y aleaciones de Hierro-Dysprosio Dy-Fe por motivos de coste. Elementos de alto punto de fusión como Boro, Molibdeno o Niobio se añaden en forma de ferroaleaciones. La capa de óxido, inclusiones, óxidos y suciedad en la superficie de la materia prima deben ser eliminados mediante una máquina de microabrasión. Además, la materia prima debe tener un tamaño adecuado para cumplir con la eficiencia en el proceso de fundición posterior. El Neodimio posee baja presión de vapor y propiedades químicas activas, por lo que los metales de tierras raras presentan cierto grado de volatilización y pérdida por oxidación durante el proceso de fundición, por lo tanto, el proceso de pesaje del imán de Neodimio sinterizado debe considerar añadir tierras raras adicionales para garantizar la precisión de la composición del imán.

Fundición y Colada en Banda

El fundido y el casting en tira son fundamentales para la composición, el estado cristalino y la distribución de fases, influyendo así en el proceso posterior y en el rendimiento magnético. Las materias primas se calientan hasta alcanzar el estado fundido mediante fundición por inducción de baja y media frecuencia en vacío o en atmósfera inerte. El casting puede realizarse cuando la aleación fundida ha alcanzado la homogeneización, la eliminación de gases y la eliminación de escoria. Una buena microestructura del lingote fundido debe poseer cristales columnar bien desarrollados y de tamaño fino, y la fase rica en Nd debe distribuirse a lo largo de la frontera de grano. Además, la microestructura del lingote fundido debe estar libre de la fase α-Fe. El diagrama de fases de la fase Re-Fe indica que la aleación ternaria de tierras raras es inevitable para producir la fase α-Fe durante un enfriamiento lento. Las propiedades magnéticas blandas a temperatura ambiente de la fase α-Fe dañarán gravemente el rendimiento magnético del imán, por lo que deben ser inhibidas mediante enfriamiento rápido. Para lograr el efecto de enfriamiento rápido deseado y inhibir la producción de la fase α-Fe, Showa Denko K. K. desarrolló la tecnología de fundición en tira y pronto se convirtió en una tecnología habitual en la industria. La distribución uniforme de la fase rica en Nd y el efecto inhibidor sobre la fase α-Fe pueden reducir eficazmente el contenido total de tierras raras, lo que favorece la fabricación de imanes de alto rendimiento y la reducción de costes.

Decrepitación por hidrógeno

El comportamiento de hidrogenación del metal de tierras raras, aleaciones o compuestos intermetálicos y las propiedades fisicoquímicas del hidruro siempre han sido temas importantes en la aplicación de las tierras raras. La barra de aleación Nd-Fe-B también muestra una tendencia muy fuerte a la hidrogenación. Los átomos de hidrógeno ingresan en sitios intersticiales entre la fase principal del compuesto intermetálico y la fase de frontera de grano rica en Nd, formando compuestos intersticiales. Luego, la distancia interatómica aumenta y el volumen de la red se expande. La tensión interna resultante producirá grietas en la frontera de grano (fractura intergranular), fractura de cristal (fractura transcristal) o fractura dúctil. Estas decrepitações, que vienen acompañadas de crujidos, son conocidas como decrepitación por hidrógeno. El proceso de decrepitación por hidrógeno de imán de Neodimio sinterizado también se conoce como proceso HD. La formación de grietas en la frontera de grano y la fractura de cristal que se generan en el proceso de decrepitación por hidrógeno... El polvo de la materia prima NdFeB es muy frágil y altamente ventajoso para el proceso posterior de molienda por chorro. Además de mejorar la eficiencia del proceso de molienda por chorro, el proceso de decrepitación por hidrógeno también es favorable para ajustar el tamaño medio del polvo fino.

Molienda por chorro

La molienda por chorro ha demostrado ser la solución más práctica y eficiente en el proceso de polvos. La molienda por chorro utiliza un chorro de gas inerte a alta velocidad para acelerar el polvo grueso hasta alcanzar una velocidad supersónica e impactar el polvo entre sí. El objetivo principal del proceso de polvos es buscar un tamaño de partícula promedio adecuado y una distribución de tamaño de partícula. La diferencia en estas características muestra distintas propiedades a escala macroscópica, lo cual impacta directamente en el llenado del polvo, la orientación, el compactado, el desmoldeo y la microestructura generada en el proceso de sinterización, influyendo de manera sensible en el rendimiento magnético, las propiedades mecánicas, la termoeléctrica y la estabilidad química del imán de Neodimio sinterizado. La microestructura ideal es de grano de fase principal fina y uniforme, rodeado por una fase adicional suave y delgada. Además, la dirección de magnetización fácil del grano de fase principal debe estar alineada en la dirección de orientación de la manera más coherente posible. Los vacíos, los granos grandes o la fase magnética blanda provocarán una reducción significativa en la coercitividad intrínseca. La remanencia y la cuadratura de la curva de desmagnetización disminuirán simultáneamente cuando la dirección de magnetización fácil del grano se desvíe de la dirección de orientación. Por lo tanto, las aleaciones deben pulverizarse hasta obtener partículas de cristal único de entre 3 y 5 micrones de diámetro.

Compactación

La compactación por orientación en campo magnético se refiere a utilizar la interacción entre el polvo magnético y el campo magnético externo para alinear el polvo a lo largo de la dirección de magnetización fácil y hacer que sea coherente con la dirección de magnetización final. La compactación por orientación en campo magnético es la vía más común para fabricar imanes anisotrópicos. La aleación Nd-Fe-B ha sido triturada en partículas de cristal único en procesos previos de molienda por chorro. La partícula de cristal único presenta anisotropía uniaxial y cada una de ellas tiene únicamente una dirección de magnetización fácil. El polvo magnético se transformará en dominio único desde mult dominio bajo la acción del campo externo. El campo magnético después de llenarlo de manera suelta en el molde, luego ajustar su dirección de magnetización fácil en el eje c para que sea coherente con la dirección del campo magnético externo mediante rotación o movimiento. El eje c del polvo de aleación básicamente conservó su estado de disposición durante el proceso de compactación. Las piezas compactadas deben someterse a un tratamiento de desmagnetización antes de desmoldar. El índice más importante del proceso de compactación es el grado de orientación. El grado de orientación de los imanes de neodimio sinterizados está determinado por varios factores, incluyendo la intensidad del campo magnético de orientación, el tamaño de partícula, la densidad aparente, el método de compactación, la presión de compactación, etc.

Sinterización

La densidad de la pieza compactada puede alcanzar más de 95% de densidad teórica después del proceso de sinterización sometido a vacío alto o atmósfera inerte pura. Por lo tanto, los vacíos en el imán de Neodimio sinterizado están cerrados, lo que garantiza la uniformidad de la densidad del flujo magnético y la estabilidad química. Dado que las propiedades magnéticas permanentes de los imanes de Neodimio sinterizados están estrechamente relacionadas con su propia microestructura, el tratamiento térmico después del proceso de sinterización también es fundamental para ajustar el rendimiento magnético, especialmente la coercitividad intrínseca. La fase de frontera de grano rica en Nd actúa como la fase líquida que puede promover la reacción de sinterización y restaurar defectos superficiales en el grano de la fase principal. La temperatura de sinterización del imán de Neodimio suele oscilar entre 1050 y 1180 grados Celsius. Una temperatura excesiva provocará crecimiento de grano y disminuirá la coercitividad intrínseca. Para obtener una coercitividad intrínseca ideal, una curva de desmagnetización cuadrada y una pérdida irreversible a altas temperaturas, el imán de Neodimio sinterizado generalmente requiere un tratamiento térmico de templado en dos etapas a 900 y 500 grados Celsius.

Mecanizado

Además de la forma regular de tamaño moderado, el imán de Neodimio sinterizado es difícil de lograr directamente la forma requerida y la precisión dimensional en un solo proceso debido a las limitaciones técnicas en el proceso de compactación con orientación del campo magnético, por lo tanto, el mecanizado es un proceso inevitable para el imán de Neodimio sinterizado. Como material cerámico típico, el imán de Neodimio sinterizado es considerablemente duro y frágil, por lo que solo se pueden realizar corte, taladro y rectificado. aplicable a su proceso de mecanizado entre la tecnología de mecanizado convencional. La corte de cuchillas generalmente utiliza cuchillas recubiertas de diamante o recubiertas de CBN. El corte por hilo y el corte por láser son adecuados para el mecanizado de imanes de forma especial, pero se les acusa de baja eficiencia de producción y alto coste de procesamiento al mismo tiempo. El proceso de taladrado de imán de Neodimio sinterizado se realiza principalmente con diamante y láser. Es necesario seleccionar el proceso de trepanado cuando el agujero interior del imán en anillo sea mayor de 4 mm. Como subproducto en el proceso de trepanado, el núcleo trepanado puede ser utilizado para fabricar otros imanes más pequeños adecuados, mejorando así significativamente la tasa de utilización del material. La rueda de amolar para amolado por copia se produce en función de la superficie de amolado.