Come realizzare un magnete NdFeB

Come vengono realizzati i magneti al neodimio?

Il magnete in Neodimio sinterizzato viene preparato facendo fondere le materie prime sotto vuoto o in un'atmosfera inerte in un forno di fusione ad induzione, quindi processato nel laminatore a nastro e raffreddato per formare una lamina di lega Nd-Fe-B. Le lamine di lega vengono frantumate per ottenere una polvere fine con diametro di diversi micron. La polvere fine viene successivamente compatta in un campo magnetico di orientamento e sinterizzata in corpi densi. I corpi vengono poi lavorati per ottenere le forme specifiche, trattati superficialmente e magnetizzati.

Ponderazione

La pesatura delle materie prime qualificate è direttamente correlata alla precisione della composizione del magnete. La purezza delle materie prime e la stabilità della composizione chimica sono alla base della qualità del prodotto. Il magnete al Neodimio sinterizzato normalmente seleziona leghe di terre rare come Praseodimio-Neodimio Pr-Nd mischmetal, Lanthanum-Cerio La-Ce mischmetal e leghe di Dysprosium Ferro Dy-Fe per motivi di costo. Elementi con alto punto di fusione come Boro, Molibdeno o Niobio vengono aggiunti tramite ferroleghe. Lo strato di ruggine, le inclusioni, gli ossidi e lo sporco sulla superficie delle materie prime devono essere rimossi tramite microperforatrice. Inoltre, le materie prime devono essere di dimensioni adeguate per garantire l’efficienza nel successivo processo di fusione. Il Neodimio possiede una bassa pressione di vapore e proprietà chimiche attive, quindi i metalli delle terre rare subiscono una certa volatilizzazione e ossidazione durante il processo di fusione; pertanto, la pesatura del magnete al Neodimio sinterizzato dovrebbe considerare l’aggiunta di terre rare aggiuntive per garantire la precisione della composizione del magnete.

Fusione e Colata Continua

La fusione e la colata a strisce sono fondamentali per la composizione, lo stato cristallino e la distribuzione delle fasi, influenzando così i processi successivi e le prestazioni magnetiche. Le materie prime vengono riscaldate fino allo stato fuso tramite fusione per induzione a frequenza media e bassa sotto vuoto o in atmosfera inerte. La colata può essere eseguita quando la fusione della lega ha raggiunto l'omogeneizzazione, l'espulsione e la slagatura. Una buona microstruttura del lingotto colato dovrebbe presentare cristalli a colonna ben sviluppati e di dimensioni fini, quindi la fase ricca di Nd dovrebbe distribuirsi lungo i confini dei grani. Inoltre, la microstruttura del lingotto colato dovrebbe essere priva di fase α-Fe. Il diagramma di fase Re-Fe indica che è inevitabile la produzione di fase α-Fe durante un raffreddamento lento nei legami ternari di terre rare. Le proprietà magnetiche morbide a temperatura ambiente della fase α-Fe comprometterebbero gravemente le prestazioni magnetiche del magnete, quindi devono essere inibite mediante raffreddamento rapido. Per ottenere l'effetto di raffreddamento rapido desiderato e inibire la produzione di fase α-Fe, Showa Denko K. K. ha sviluppato la tecnologia di colata a strisce, che è presto diventata una tecnologia di routine nel settore. La distribuzione uniforme della fase ricca di Nd e l'effetto inibitorio sulla fase α-Fe possono ridurre efficacemente il contenuto totale di terre rare, favorendo la produzione di magneti ad alte prestazioni e la riduzione dei costi.

Decrepitazione dell'idrogeno

Il comportamento di idrogenazione dei metalli delle terre rare, delle leghe o dei composti intermetallici e le proprietà fisico-chimiche degli idruri sono sempre stati questioni importanti nell'applicazione delle terre rare. Il lingotto di lega Nd-Fe-B mostra anche una forte tendenza all'idrogenazione. Gli atomi di idrogeno entrano nei siti interstiziali tra la fase principale del composto intermetallico e la fase di confine del grano ricca di Nd, formando un composto interstiziale. Successivamente, la distanza interatomica aumenta e il volume della rete si espande. Lo stress interno risultante provocherà crepe nei confini dei grani (frattura intergranulare), frattura del cristallo (frattura transcristallina) o frattura ductile. Queste decrepitation accompagnate da scricchiolii sono quindi conosciute come decrepitation da idrogeno. Il processo di decrepitation da idrogeno di un magnete sinterizzato di Neodimio è anche chiamato processo HD. La crepa nei confini dei grani e la frattura del cristallo generate nel processo di decrepitation da idrogeno sono state La polvere di corso NdFeB è molto fragile e altamente vantaggiosa per il successivo processo di frantumazione a getto. Oltre a migliorare l'efficienza del processo di frantumazione a getto, il processo di decrepitation con idrogeno è anche favorevole per regolare la dimensione media della polvere fine.

Macinazione a getto

La macinazione a getto si è dimostrata la soluzione più pratica ed efficiente nel processo delle polveri. La macinazione a getto utilizza un getto ad alta velocità di gas inerte per accelerare la polvere grossolana a velocità supersonica e far impattare le particelle tra loro. Lo scopo fondamentale del processo delle polveri è ottenere una dimensione media delle particelle e una distribuzione granulometrica appropriate. La differenza di queste caratteristiche si manifesta con proprietà diverse su scala macroscopica, che influenzano direttamente il riempimento della polvere, l’orientamento, la compattazione, lo sformo e la microstruttura generata nel processo di sinterizzazione, influenzando così in modo sensibile le prestazioni magnetiche, le proprietà meccaniche, la termoelettricità e la stabilità chimica del magnete sinterizzato al Neodimio. La microstruttura ideale è costituita da grani della fase principale fini e uniformi, circondati da una fase aggiuntiva liscia e sottile. Inoltre, la direzione di facile magnetizzazione dei grani della fase principale dovrebbe essere disposta lungo la direzione di orientamento nel modo più coerente possibile. Vuoti, grani grandi o fasi magnetiche morbide porteranno a una significativa riduzione della coercitività intrinseca. La remanenza e la squadratura della curva di smagnetizzazione diminuiranno simultaneamente quando la direzione di facile magnetizzazione dei grani si discosta dalla direzione di orientamento. Pertanto, le leghe devono essere polverizzate in particelle monocristalline con diametro compreso tra 3 e 5 micron.

Compattamento

L'orientamento del campo magnetico durante la compattazione si riferisce all'utilizzo dell'interazione tra la polvere magnetica e il campo magnetico esterno per allineare la polvere lungo la direzione di facile magnetizzazione e renderla coerente con la direzione di magnetizzazione finale. L'orientamento del campo magnetico durante la compattazione è il metodo più comune per produrre magneti anisotropici. La lega Nd-Fe-B è stata frantumata in particelle di cristallo singolo nel precedente processo di frantumazione a getto. La particella di cristallo singolo presenta un'anisotropia uniaxiale e ciascuna di esse ha soltanto una direzione di facile magnetizzazione. La polvere magnetica si trasformerà da multi-domain a singolo dominio sotto l'azione di un campo esterno. Il campo magnetico dopo aver riempito grossolanamente lo stampo, quindi regolare la direzione di facile magnetizzazione dell'asse c per essere coerente con la direzione del campo magnetico esterno tramite rotazione o spostamento. L'asse c della polvere di lega ha mantenuto sostanzialmente il suo stato di disposizione durante il processo di compattazione. Le parti compattate devono essere sottoposte a trattamento di smagnetizzazione prima dello smontaggio dallo stampo. L'indice più importante del processo di compattazione è il grado di orientamento. Il grado di orientamento dei magneti al neodimio sinterizzati è determinato da vari fattori, tra cui la forza del campo magnetico di orientamento, la dimensione delle particelle, la densità apparente, il metodo di compattazione, la pressione di compattazione, ecc.

Sinterizzazione

La densità della parte compattata può raggiungere più del 95% della densità teorica dopo il processo di sinterizzazione sotto vuoto elevato o atmosfera inerte pura. Pertanto, i vuoti nel magnete di Neodimio sinterizzato sono chiusi, garantendo uniformità della densità di flusso magnetico e stabilità chimica. Poiché le proprietà magnetiche permanenti dei magneti di Neodimio sinterizzati sono strettamente correlate alla loro microstruttura, il trattamento termico dopo il processo di sinterizzazione è anche fondamentale per l'ottimizzazione delle prestazioni magnetiche, in particolare della coercitività intrinseca. La fase di confine del grano ricca di Nd funge da fase liquida in grado di promuovere la reazione di sinterizzazione e di riparare i difetti superficiali sul grano della fase principale. La temperatura di sinterizzazione del magnete di Neodimio varia comunemente da 1050 a 1180 gradi Celsius. Una temperatura eccessiva può portare a una crescita dei grani e a una diminuzione della coercitività intrinseca. Per ottenere una coercitività intrinseca ideale, una curva di smagnetizzazione squadrata e una perdita irreversibile ad alte temperature, il magnete di Neodimio sinterizzato di solito necessita di un trattamento termico di rinvenimento in due fasi a 900 e 500 gradi Celsius.

Lavorazione

Oltre alla forma regolare di dimensioni moderate, il magnete in Neodimio sinterizzato è difficile da ottenere direttamente nella forma e precisione dimensionale richieste in un'unica operazione a causa delle limitazioni tecniche nel processo di compattamento con orientamento del campo magnetico, pertanto, la lavorazione è un processo inevitabile per il magnete in Neodimio sinterizzato. Come materiale tipico di cermet, il magnete in Neodimio sinterizzato è considerevolmente duro e fragile, quindi si possono effettuare solo operazioni di taglio, foratura e rettifica. Applicabile al suo processo di lavorazione tra le tecnologie di lavorazione convenzionale. La taglio con lama utilizza tipicamente lame rivestite in diamante o CBN. La lavorazione con filo e il taglio laser sono particolarmente adatti alla lavorazione di magneti di forma speciale, ma sono accusati di bassa efficienza produttiva e alti costi di lavorazione nel frattempo. Il processo di foratura del magnete di Neodimio sinterizzato è principalmente adottato con diamante e laser. È necessario selezionare il processo di treppanning quando il foro interno del magnete ad anello è superiore a 4mm. Come sottoprodotto nel processo di treppanning, il nucleo treppato può essere utilizzato per la produzione di altri magneti più piccoli e adatti, migliorando così significativamente il rapporto di utilizzo del materiale. La ruota abrasiva per la rettifica a copia è prodotta sulla base della superficie di rettifica.