איך להכין מגנט NdFeB

איך מייצרים מגנטים ניאודימיום?

מגנט ניאודימיום סינתירי מוכן על ידי המסת חומרי הגלם תחת ואקום או אטמוספירה אינרטית בתנור היתוך אינדוקציה, ואז מעובד במכונת חיתוך רצועות ומקורר ליצירת רצועת סגסוגת Nd-Fe-B. רצועות הסגסוגת מפוררות ליצירת אבקה דקה עם קוטר של מספר מיקרונים. האבקה הדקה מוקצרת בהמשך במישור מגנטי ומסונתרת לגופים צפופים. הגופים מעובדים לאחר מכן לצורות ספציפיות, מטופלים לפני השטח ומגנטיים.

משקל

שקילת חומר הגלם המוסמך קשורה ישירות לדיוק הרכב המגנט. טוהר חומר הגלם ויציבות הרכב הכימי הם יסוד איכות המוצר. מגנט נאודימיום מסונתר בדרך כלל בוחר סגסוגת מתכות נדירות כמו פרזאודימיום-נאודימיום Pr-Nd mischmetal, לנטן-צריום La-Ce mischmetal, וסגסוגת ברזל דיספרוזיום Dy-Fe כחומר מסיבות עלות. יסודות בעלי נקודת התכה גבוהה כמו בורון, מוליבדן או ניוביום מתווספים בצורה של סגסוגת ברזל. שכבת חלודה, הכללות, תחמוצות ולכלוך על פני חומר הגלם צריכים להסיר באמצעות מכונת מיקרובלסטינג. בנוסף, חומר הגלם צריך להיות בגודל מתאים כדי למלא את היעילות בתהליך ההיתוך הבא. לנאודימיום יש לחץ אדים נמוך ותכונות כימיות פעילות, ולכן מתכת נדירה עוברת אובדן התנדפות ואובדן חמצון מסוים במהלך תהליך ההיתוך, לכן תהליך השקילה של מגנט נאודימיום מסונתר צריך לשקול הוספת מתכת נדירה נוספת כדי להבטיח את דיוק הרכב המגנט.

המסה והעיבוד על ידי הזרקה והסרה

המסה והיציקה במשטח הם קריטיים להרכב, למצב הקריסטלי ולפיזור של הפאזות, ולכן משפיעים על התהליך הבא ועל הביצועים המגנטיים. חומרי הגלם מחוממים למצב מותך באמצעות התכה באינדוקציה בתדר בינוני ונמוך תחת ואקום או אטמוספירה בלתי פעילה. היציקה יכולה להתבצע כאשר הלהבה של הסגסוגת הושגה הומוגניזציה, פינוי והסרת גזים. מיקרוסטרוקטורת של גוש היציקה טובה צריכה לכלול גבישים עמודיים שגדלו היטב וקטנים, ואז הפאזת Nd-עשירה צריכה להתפזר לאורך הגבול הגרגירי. בנוסף, מיקרוסטרוקטורת של גוש היציקה צריכה להיות חופשית מפאזת α-Fe. תרשים הפאזות של Re-Fe מצביע על כך שסגסוגת טרי-אלקטרונית נדירה בלתי נמנעת לייצור פאזת α-Fe במהלך קירור איטי. תכונות מגנטיות רכות בטמפרטורת החדר של פאזת α-Fe יפגעו קשות בביצועים המגנטיים של המגנט, ולכן חייבות להיות מונעות על ידי קירור מהיר. כדי לספק את אפקט הקירור המהיר הרצוי למניעת ייצור פאזת α-Fe, שואווה דנקו ק.ק. פיתחה את טכנולוגיית היציקה במשטח והפכה במהרה לטכנולוגיה שגרתית בתעשייה. הפיזור האחיד של הפאזת Nd-עשירה והאפקט המונע על פאזת α-Fe יכולים להפחית ביעילות את התוכן הכולל של האדמה הנדירה, מה שמועיל לייצור מגנט ביצועים גבוהים ולהפחתת עלויות.

דהקריפיטציה של מימן

התנהגות ההידרוגנציה של מתכת אצילה, סגסוגות, או תרכובות בין-מתכתיות ותכונות הפיזיקוכימיות של הידריד תמיד היו נושאים חשובים ביישום אצילים. סגסוגת ה-Nd-Fe-B גם מציגה נטייה חזקה מאוד להידרוגנציה. אטומי המימן נכנסים למקום בין-מקומי בין שלב התרכובת הבין-מתכתית לבין שלב הגבול בין-גרעיני עשיר Nd ויוצרים תרכובת בין-מקומית. לאחר מכן המרחק בין-אטומי גדל ונפח המערכת התרחב. הלחץ הפנימי שנוצר יגרום לסדקים בגבול הגרעין (שבר בין-גרעיני), לשבירת גביש (שבר קריסטלי), או לשבירה דקוטית. תהליך זה של התפוצצות נקרא גם התפוצצות מימן. תהליך התפוצצות המימן של מגנט ניאודימיום סינתטי גם מכונה תהליך HD. סדקים בגבול הגרעין ושבירת הגביש שנוצרו בתהליך התפוצצות המימן נוצרו אבקת קורס NdFeB מאוד שבירה ויתרון רב לתהליך טחינת הזרם הבא. בנוסף לשיפור היעילות של תהליך טחינת הזרם, תהליך הפיצול בהידרוגן גם מועיל להתאמת גודל האבקה הממוצע של אבקה דקה.

טחינת ג'ט

ריסוס במנוע הוכיח את עצמו כפתרון היעיל והפרקטי ביותר בתהליך האבקה. ריסוס במנוע משתמש בזרם גז בלתי פעיל במהירות גבוהה כדי להאיץ אבקה גסה למהירות סופרסונית ולהשפיע על האבקה זה בזה. המטרה הבסיסית של תהליך האבקה היא למצוא את גודל החלקיקים הממוצע המתאים ואת התפלגות גודל החלקיקים. ההבדל בתכונות שהוזכרו מראה תכונות שונות בממדים מקרוסקופיים המשפיעים ישירות על מילוי האבקה, כיוונה, דחיסתה, הסרת תבנית ומיקרו-מבנה שנוצר בתהליך הסינטרינג, ומשפיעים רגישות על ביצועי המגנטי, תכונות מכניות, תרמו-חשמליות ויציבות כימית של מגנט ניאודימיום סינטרי. המיקרו-מבנה האידיאלי הוא גרעין של שלב ראשי דק ואחיד מוקף בשכבה חלקה ודקה של שלב נוסף. בנוסף, כיוון המגנטיזציה הקל של גרעין שלב ראשי צריך להיות מסודר לאורך כיוון הכיוונון ככל האפשר. רווחים, גרעינים גדולים או שלב מגנטי רך יובילו להפחתה משמעותית בהכוח המניע הפנימי. רמאננס וקורנות עקומת הדמגנטיזציה יקטנו בו זמנית כאשר כיוון המגנטיזציה הקל של הגרעין סטה מכיוון הכיוונון. לכן, סגסוגות צריכות להיות מפוררות לחלקיקי קריסטל בודד בטווח של 3 עד 5 מיקרון בקוטר.

דחיסה

כיוונון שדה מגנטי דחיסה מתייחס לשימוש באינטראקציה בין אבקת מגנטית לשדה מגנטי חיצוני כדי ליישר את האבקה לאורך כיוון המגנטיזציה הקל ולגרום לה להיות תואמת לכיוון המגנטיזציה הסופי. כיוונון שדה מגנטי דחיסה הוא הנתיב הנפוץ ביותר לייצור מגנט אניסוטרופי. סגסוגת Nd-Fe-B נשברה לחלקיקי גביש יחיד בתהליך ריסוק הזרז הקודם. חלקיקי הגביש היחיד הם אניסוטרופיה יוניאלית וכל אחד מהם יש רק כיוון קל למגנטיזציה. אבקת מגנט תעבור ממצב של מרחב מרובה תחומים למצב של תחום יחיד תחת פעולת השדה החיצוני. שדה מגנטי לאחר מילוי רופף לתבנית, ואז כיוונן את כיוון המגנטיזציה הקל של ציר c כדי שיהיה תואם לכיוון השדה המגנטי החיצוני באמצעות סיבוב או הזזה. ציר c של אבקת סגסוגת שמר על מצב הסידור שלה במהלך תהליך הדחיסה. חלקים דחוסים צריכים לעבור טיפול דה-מגנטיזציה לפני הוצאת התבנית. המדד החשוב ביותר בתהליך הדחיסה הוא דרגת המיקוד. דרגת המיקוד של מגנטים ניאודימיום משרופים נקבעת על ידי גורמים שונים, כולל עוצמת שדה מגנטי מכוון, גודל חלקיקים, צפיפות נראית, שיטת הדחיסה, לחץ הדחיסה, ועוד.

הידבקות בחום

צפיפות החלק הדחוס יכולה להגיע ליותר מ-95% מצפיפות התיאוריה לאחר תהליך ההדבקה בטמפרטורה גבוהה או באטמוספירה אינרטית טהורה. לכן, הרווחים במגנט ניאודימיום המיוצר בהדבקה נסגרו, מה שהבטיח אחידות בשדות המגנטיים ויציבות כימית. מכיוון שהמאפיינים המגנטיים הקבועים של מגנטים ניאודימיום המיוצרים בהדבקה קשורים קשר הדוק למיקרוסטרוקטורה שלהם, טיפול בחום לאחר תהליך ההדבקה הוא גם קריטי להתאמת ביצועי המגנט, במיוחד לכוח ההתנגדות הפנימי. שלב הגבול הגרנולרי העשיר בניאודימיום משמש כשלב נוזלי המסוגל לקדם את תגובת ההדבקה ולשקם פגמים על פני השטח של הגרנולה המרכזית. טמפרטורת ההדבקה של מגנט ניאודימיום נעה בדרך כלל בין 1050 ל-1180 מעלות צלזיוס. טמפרטורה מופרזת תגרום לגדילת הגרנולות ולהפחתת הכוח ההתנגדות הפנימי. כדי להשיג כוח התנגדות פנימי אידיאלי, קימור עקומת הדמגנטיזציה ואובדן בלתי הפיך בטמפרטורות גבוהות, בדרך כלל יש צורך בתהליך חימום בשני שלבים בטמפרטורות של 900 ו-500 מעלות צלזיוס.

עיבוד מכאני

בנוסף לצורה רגילה בגודל בינוני, מגנט ניאודימיום סינתטי קשה להשיג ישירות את הצורה המדויקת והדיוק המימדי הנדרש בפעם אחת עקב המגבלות הטכניות בתהליך כיוונון שדה המגנטי, ולכן, עיבוד מכאני הוא תהליך בלתי נמנע למגנט ניאודימיום סינתטי. כחומר קרמטי טיפוסי, מגנט ניאודימיום סינתטי הוא קשה ושביר באופן משמעותי, ולכן רק חיתוך, קידוח ושיוף יכולים להיות. התהליך מתאים לתהליך העיבוד שלו בין טכנולוגיות העיבוד הקונבנציונליות. חיתוך להב בדרך כלל משתמש בלהב מצופה ביהלום או ב-CBN. חיתוך בחוט וחיתוך בלייזר מתאימים לעיבוד מגנטים בצורות מיוחדות, אך מואשמים ביעילות ייצור נמוכה ועלות עיבוד גבוהה בינתיים. תהליך הקידוח של מגנט ניאודימיום סינתטי משמש בעיקר ביהלום ובלייזר. יש לבחור בתהליך הטרפנינג כאשר החור הפנימי של המגנט הטבעת גדול מ-4 מ"מ. כתוצר לוואי בתהליך הטרפנינג, הליבה הטרפנדית יכולה לשמש לייצור מגנטים קטנים אחרים ומתוך כך לשפר באופן משמעותי את יחס ניצול החומר. גלגל השחזה להעתקה מיוצר על בסיס משטח השחזה.