Jak zrobić magnes NdFeB

Jak produkowane są magnesy neodymowe?

Spiekany magnes neodymowy jest przygotowywany przez stopienie surowców pod próżnią lub w atmosferze obojętnej w piecu indukcyjnym, a następnie przetwarzany w odlewie taśmowym i chłodzony, aby utworzyć stop Nd-Fe-B. Paski stopu są rozdrabniane, aby utworzyć drobny proszek o średnicy kilku mikronów. Drobny proszek jest następnie sprasowywany w orientacyjnym polu magnetycznym i spiekany w gęste ciała. Ciała są następnie obrabiane do określonych kształtów, obrabiane powierzchniowo i namagnesowane.

Ważenie

Ważenie kwalifikowanego surowca jest bezpośrednio związane z dokładnością składu magnesu. Czystość surowca i stabilność składu chemicznego są podstawą jakości produktu. Spiekany magnes neodymowy normalnie wybiera stop rzadkiej ziemi, taki jak Praseodym-Neodym Pr-Nd mischmetal, Lanthanum-Cerium La-Ce mischmetal i stop Dysprosium Iron Dy-Fe jako materiał z powodów kosztowych. Pierwiastek o wysokiej temperaturze topnienia, jak Bor, Molibden lub Niob, jest dodawany w postaci stopu żelazowego. Warstwa rdzy, wtrącenia, tlenki i brud na powierzchni surowca muszą zostać usunięte za pomocą mikropiaskarki. Ponadto, surowiec powinien być w odpowiednim rozmiarze, aby spełniał wydajność w kolejnym procesie topienia. Neodym ma niskie ciśnienie pary i aktywne właściwości chemiczne, więc metal rzadkiej ziemi istnieje pewien stopień strat na skutek parowania i strat utleniania podczas procesu topienia, dlatego proces ważenia spiekanego magnesu neodymowego powinien uwzględniać dodanie dodatkowego metalu rzadkiej ziemi, aby zapewnić dokładność składu magnesu.

Topienie i odlewanie taśmowe

Topienie i odlewanie taśmowe jest kluczowe dla składu, stanu krystalicznego i dystrybucji faz, co wpływa na późniejszy proces i właściwości magnetyczne. Surowiec jest ogrzewany do stanu stopionego za pomocą topienia indukcyjnego o średniej i niskiej częstotliwości pod próżnią lub w atmosferze obojętnej. Odlewanie można przeprowadzić, gdy stop realizuje homogenizację, odgazowanie i oczyszczanie z żużla. Dobra mikrostruktura odlewu powinna posiadać dobrze rozwinięty i drobnoziarnisty kryształ kolumnowy, a następnie faza bogata w Nd powinna być rozprowadzona wzdłuż granicy ziarna. Ponadto, mikrostruktura odlewu powinna być wolna od fazy α-Fe. Diagram fazowy Re-Fe wskazuje, że stop trójwymiarowy rzadkiej ziemi jest nieuchronny do produkcji fazy α-Fe podczas powolnego chłodzenia. Właściwości magnetyczne miękkiego pola magnetycznego fazy α-Fe w temperaturze pokojowej poważnie uszkodzą właściwości magnetyczne magnesu, więc muszą być hamowane przez szybkie chłodzenie. W celu zaspokojenia pożądanego efektu szybkiego chłodzenia, aby zahamować produkcję fazy α-Fe, Showa Denko K. K. opracowała Technologię Odlewania Taśmowego i wkrótce stała się rutynową technologią w branży. Jednolity rozkład fazy bogatej w Nd i efekt hamujący na fazę α-Fe może skutecznie zmniejszyć całkowitą zawartość rzadkiej ziemi, co sprzyja produkcji magnesu o wysokiej wydajności i redukcji kosztów.

Kruchość wodoru

Zachowanie wodoru metali rzadkiej ziemi, stopów lub związków międzymetalicznych oraz właściwości fizykochemiczne wodorków zawsze były ważnym zagadnieniem w zastosowaniu rzadkiej ziemi. Odlew stopu Nd-Fe-B wykazuje również bardzo silną tendencję do uwodornienia. Atomy wodoru wchodzą w miejsca międzycząsteczkowe między główną fazą związku międzymetalicznego a fazą granicy ziarna bogatego w Nd i tworzą związek międzycząsteczkowy. Następnie odległość między atomami zwiększa się, a objętość sieci krystalicznej rozszerza się. Wynikające z tego naprężenie wewnętrzne spowoduje pękanie granicy ziarna (pękanie międzyziarnowe), pękanie kryształu (pękanie transkrystaliczne) lub pękanie ciągliwe. Te kruchości są związane z trzaskami i dlatego są znane jako kruchość wodoru. Proces kruchości wodoru spiekanego magnesu neodymowego jest również określany jako proces HD. Pękanie granicy ziarna i pękanie kryształu, które powstały w procesie kruchości wodoru, sprawiły, że gruby proszek NdFeB jest bardzo kruchy i bardzo korzystny dla późniejszego procesu mielenia strumieniowego. Oprócz zwiększenia wydajności procesu mielenia strumieniowego, proces kruchości wodoru sprzyja również dostosowaniu średniej wielkości proszku drobnego proszku.

Mielenie strumieniowe

Mielenie strumieniowe okazało się najbardziej praktycznym i wydajnym rozwiązaniem w procesie proszku. Mielenie strumieniowe wykorzystuje strumień gazu obojętnego o dużej prędkości, aby przyspieszyć grube proszki do prędkości naddźwiękowej i uderzać proszki w siebie. Podstawowym celem procesu proszku jest poszukiwanie odpowiedniej średniej wielkości cząstek i dystrybucji wielkości cząstek. Różnica powyższych cech wykazuje różne cechy w skali makroskopowej, które bezpośrednio wpływają na wypełnienie proszku, orientację, zagęszczanie, wyjmowanie z formy i mikrostrukturę generowaną w procesie spiekania, a następnie wrażliwie wpływają na właściwości magnetyczne, właściwości mechaniczne, termoelektryczność i stabilność chemiczną spiekanego magnesu neodymowego. Idealna mikrostruktura to drobne i jednolite ziarna fazy głównej otoczone gładką i cienką dodatkową fazą. Ponadto, łatwy kierunek namagnesowania ziarna fazy głównej powinien być ułożony wzdłuż kierunku orientacji, tak spójnie, jak to możliwe. Puste przestrzenie, duże ziarna lub miękka faza magnetyczna spowodują znaczne zmniejszenie wewnętrznej koercyjności. Remanencja i kwadratowość krzywej demagnetyzacji zmniejszą się jednocześnie, gdy łatwy kierunek namagnesowania ziarna odchyli się od kierunku orientacji. Dlatego stopy powinny być rozdrobnione na cząstki jednokrystaliczne o średnicy od 3 do 5 mikronów.

Zagęszczanie

Zagęszczanie orientacji pola magnetycznego odnosi się do wykorzystania interakcji między proszkiem magnetycznym a zewnętrznym polem magnetycznym, aby wyrównać proszek wzdłuż łatwego kierunku namagnesowania i sprawić, że będzie on zgodny z ostatecznym kierunkiem namagnesowania. Zagęszczanie orientacji pola magnetycznego jest najczęstszą ścieżką do produkcji magnesu anizotropowego. Stop Nd-Fe-B został rozgnieciony na cząstki jednokrystaliczne w poprzednim procesie mielenia strumieniowego. Cząstka jednokrystaliczna ma anizotropię jednoosiową, a każda z nich ma tylko jeden łatwy kierunek namagnesowania. Proszek magnetyczny przekształci się w domenę pojedynczą z domeny wielorakiej pod działaniem zewnętrznego pola magnetycznego po luźnym wypełnieniu formy, a następnie dostosuje swój łatwy kierunek namagnesowania, oś c, tak aby była zgodna z kierunkiem zewnętrznego pola magnetycznego poprzez obracanie lub przesuwanie. Oś c proszku stopu zasadniczo zachowała swój status ułożenia podczas procesu zagęszczania. Zagęszczone części powinny poddać się obróbce demagnetyzacji przed wyjęciem z formy. Najważniejszym wskaźnikiem procesu zagęszczania jest stopień orientacji. Stopień orientacji spiekanego magnesu neodymowego jest określany przez różne czynniki, w tym siłę pola magnetycznego orientacji, wielkość cząstek, pozorną gęstość, metodę zagęszczania, ciśnienie zagęszczania itp.

Sinterowanie

Gęstość zagęszczonej części może osiągnąć ponad 95% gęstości teoretycznej po obróbce spiekania pod wysoką próżnią lub czystą atmosferą obojętną. Dlatego puste przestrzenie w spiekanym magnesie neodymowym są zamknięte, co zapewnia jednolitość gęstości strumienia magnetycznego i stabilność chemiczną. Ponieważ trwałe właściwości magnetyczne spiekanego magnesu neodymowego są ściśle związane z jego własną mikrostrukturą, obróbka cieplna po procesie spiekania jest również krytyczna dla dostosowania właściwości magnetycznych, zwłaszcza wewnętrznej koercyjności. Faza granicy ziarna bogatej w Nd służy jako faza ciekła, która jest w stanie promować reakcję spiekania i przywracać wady powierzchniowe na ziarnie fazy głównej. Temperatura spiekania magnesu neodymowego zwykle wynosi od 1050 do 1180 stopni Celsjusza. Nadmierna temperatura doprowadzi do wzrostu ziarna i zmniejszenia wewnętrznej koercyjności. W celu uzyskania idealnej wewnętrznej koercyjności, kwadratowości krzywej demagnetyzacji i wysokiej temperatury nieodwracalnej straty, spiekany magnes neodymowy zwykle wymaga dwuetapowej obróbki cieplnej w 900 i 500 stopniach Celsjusza.

Obróbka skrawaniem

Oprócz regularnego kształtu o umiarkowanym rozmiarze, spiekany magnes neodymowy jest trudny do bezpośredniego osiągnięcia wymaganego kształtu i dokładności wymiarowej od razu ze względu na ograniczenia techniczne w procesie zagęszczania orientacji pola magnetycznego, dlatego obróbka jest nieuniknionym procesem dla spiekanego magnesu neodymowego. Jako typowy materiał cermetowy, spiekany magnes neodymowy jest bardzo twardy i kruchy, więc tylko cięcie, wiercenie i szlifowanie mogą być stosowane do jego procesu obróbki wśród konwencjonalnej technologii obróbki. Cięcie ostrzem zazwyczaj wykorzystuje ostrze pokryte diamentem lub CBN. Cięcie drutem i cięcie laserem są dobrze przystosowane do obróbki magnesu o specjalnym kształcie, ale są oskarżane o niską wydajność produkcji i wysoki koszt obróbki w międzyczasie. Proces wiercenia spiekanego magnesu neodymowego jest przede wszystkim przyjęty przez diament i laser. Konieczne jest wybranie procesu trepanowania, gdy wewnętrzny otwór magnesu pierścieniowego jest większy niż 4 mm. Jako produkt uboczny w procesie trepanowania, trepanowany rdzeń może być używany do produkcji innych odpowiednich mniejszych magnesów, co znacznie zwiększa wskaźnik wykorzystania materiału. Ściernica do szlifowania kopii jest produkowana na podstawie powierzchni szlifującej.