Como fazer íman de NdFeB

Como são feitos os ímanes de neodímio?

O íman de neodímio sinterizado é preparado através da fusão das matérias-primas sob vácuo ou atmosfera inerte num forno de indução, sendo depois processado no fundidor de tiras e arrefecido para formar uma tira de liga Nd-Fe-B. As tiras de liga são pulverizadas para formar um pó fino com vários microns de diâmetro. O pó fino é subsequentemente compactado num campo magnético de orientação e sinterizado em corpos densos. Os corpos são então maquinados nas formas específicas, tratados à superfície e magnetizados.

Pesagem

A pesagem de matéria-prima qualificada está diretamente relacionada com a precisão da composição do íman. A pureza da matéria-prima e a estabilidade da composição química são a base da qualidade do produto. O íman de neodímio sinterizado normalmente seleciona liga de terras raras como mischmetal de praseodímio-neodímio Pr-Nd, mischmetal de lantânio-cério La-Ce e liga de disprósio-ferro Dy-Fe como material por razões de custo. Elementos de alto ponto de fusão como o boro, o molibdénio ou o nióbio são adicionados em forma de ferroliga. A camada de ferrugem, inclusões, óxido e sujidade na superfície da matéria-prima precisam de ser removidas por máquina de microjateamento. Além disso, a matéria-prima deve ter um tamanho adequado para cumprir a eficiência no processo de fusão subsequente. O neodímio possui baixa pressão de vapor e propriedades químicas ativas, então o metal de terras raras existe um certo grau de perda de volatilização e perda de oxidação durante o processo de fusão, portanto, o processo de pesagem do íman de neodímio sinterizado deve considerar adicionar metal de terras raras adicional para garantir a precisão da composição do íman.

Fusão e fundição de tiras

A fusão e a fundição de tiras são cruciais para a composição, o estado cristalino e a distribuição da fase, o que tem impacto no processo subsequente e no desempenho magnético. A matéria-prima é aquecida até ao estado fundido através da fusão por indução de média e baixa frequência sob vácuo ou atmosfera inerte. A fundição pode ser processada quando a massa fundida da liga realiza a homogeneização, o escape e a escória. Uma boa microestrutura de lingote fundido deve possuir cristal colunar bem desenvolvido e de tamanho fino, então a fase rica em Nd deve distribuir-se ao longo do limite do grão. Além disso, a microestrutura do lingote fundido deve estar livre de fase α-Fe. O diagrama de fase Re-Fe indica que a liga ternária de terras raras é inevitável para produzir fase α-Fe durante o arrefecimento lento. As propriedades magnéticas suaves à temperatura ambiente da fase α-Fe danificarão seriamente o desempenho magnético do íman, pelo que devem ser inibidas por um arrefecimento rápido. Para satisfazer o efeito de arrefecimento rápido desejado para inibir a produção de fase α-Fe, a Showa Denko K. K. desenvolveu a tecnologia de fundição de tiras e, em breve, tornou-se tecnologia de rotina dentro da indústria. A distribuição uniforme da fase rica em Nd e o efeito inibitório na fase α-Fe podem efetivamente reduzir o conteúdo total de terras raras, o que é favorável para fabricar ímanes de alto desempenho e reduzir os custos.

Decrepitação por hidrogénio

O comportamento de hidrogenação de metais de terras raras, ligas ou compostos intermetálicos e as propriedades físico-químicas do hidreto sempre foram a questão importante na aplicação de terras raras. O lingote de liga Nd-Fe-B também exibe uma tendência de hidrogenação muito forte. Os átomos de hidrogénio entram no sítio intersticial entre a fase principal do composto intermetálico e a fase do limite do grão rica em Nd e formam um composto intersticial. Então a distância interatómica aumentou e o volume da rede expandiu-se. A tensão interna resultante produzirá fissuras no limite do grão (fratura intergranular), fratura cristalina (fratura transcristalina) ou fratura dúctil. Estas decrepitações vêm com estalidos e são, portanto, conhecidas como decrepitação por hidrogénio. O processo de decrepitação por hidrogénio do íman de neodímio sinterizado também é referenciado como processo HD. A fissuração do limite do grão e a fratura cristalina que foram geradas no processo de decrepitação por hidrogénio tornaram o pó grosso de NdFeB muito frágil e altamente vantajoso para o processo subsequente de moagem a jato. Além de aumentar a eficiência do processo de moagem a jato, o processo de decrepitação por hidrogénio também é favorável para ajustar o tamanho médio do pó fino.

Moagem a jato

A moagem a jato provou ser a solução mais prática e eficiente no processo de pó. A moagem a jato utiliza um jato de gás inerte de alta velocidade para acelerar o pó grosso até à velocidade supersónica e impactar o pó uns contra os outros. O objetivo básico do processo de pó é procurar o tamanho médio de partícula e a distribuição do tamanho de partícula adequados. A diferença das características acima exibe diferentes características em escalas macroscópicas que impactam diretamente no enchimento do pó, orientação, compactação, desmoldagem e microestrutura gerada no processo de sinterização, influenciando assim sensivelmente o desempenho magnético, as propriedades mecânicas, a termoeletricidade e a estabilidade química do íman de neodímio sinterizado. A microestrutura ideal é um grão de fase principal fino e uniforme rodeado por uma fase adicional lisa e fina. Além disso, a direção de fácil magnetização do grão da fase principal deve ser disposta ao longo da direção de orientação o mais consistente possível. Voids, grãos grandes ou fase magnética suave levarão a uma redução significativa na coercividade intrínseca. A remanência e a quadratura da curva de desmagnetização diminuirão simultaneamente enquanto a direção de fácil magnetização do grão se desviar da direção de orientação. Assim, as ligas devem ser pulverizadas para a partícula de monocristal variando de 3 a 5 microns de diâmetro.

Compactação

A compactação de orientação do campo magnético é referida para utilizar a interação entre o pó magnético e o campo magnético externo para alinhar o pó ao longo da direção de fácil magnetização e torná-lo consistente com a direção de magnetização final. A compactação de orientação do campo magnético é o caminho mais comum para fabricar ímanes anisotrópicos. A liga Nd-Fe-B foi esmagada na partícula de monocristal no processo anterior de moagem a jato. A partícula de monocristal é anisotropia uniaxial e cada uma delas tem apenas uma direção de fácil magnetização. O pó magnético transformar-se-á no domínio único do multidomínio sob a ação de externo campo magnético depois de preenchido solto no molde, então ajuste o seu eixo c de direção de fácil magnetização para ser consistente com a direção do campo magnético externo através de rotação ou movimento. O eixo C do pó de liga basicamente reteve o seu estado de disposição durante o processo de compactação. As peças compactadas devem proceder ao tratamento de desmagnetização antes da desmoldagem. O índice mais importante do processo de compactação é o grau de orientação. O grau de orientação dos ímanes de neodímio sinterizados é determinado por vários fatores, incluindo a intensidade do campo magnético de orientação, o tamanho da partícula, a densidade aparente, o método de compactação, a pressão de compactação, etc.

Sinterização

A densidade da peça compactada pode atingir mais de 95% da densidade teórica após o processo de sinterização processado sob alto vácuo ou atmosfera inerte pura. Portanto, os vazios no íman de neodímio sinterizado são fechados, o que garantiu a uniformidade da densidade do fluxo magnético e a estabilidade química. Uma vez que as propriedades magnéticas permanentes dos ímanes de neodímio sinterizados estão intimamente relacionadas com a sua própria microestrutura, o tratamento térmico após o processo de sinterização também é crítico para o ajuste do desempenho magnético, especialmente a coercividade intrínseca. A fase do limite do grão rica em Nd está a servir como a fase líquida que é capaz de promover a reação de sinterização e restaurar os defeitos de superfície no grão da fase principal. A temperatura de sinterização do íman de neodímio varia normalmente de 1050 a 1180 graus Celsius. A temperatura excessiva levará ao crescimento do grão e diminuirá a coercividade intrínseca. Para obter a coercividade intrínseca ideal, a quadratura da curva de desmagnetização e a perda irreversível de alta temperatura, o íman de neodímio sinterizado geralmente precisa de processar o tratamento térmico de têmpera em dois estágios a 900 e 500 graus Celsius.

Usinagem

Além da forma regular com tamanho moderado, o íman de neodímio sinterizado é difícil de alcançar diretamente a forma e a precisão dimensional necessárias de uma só vez devido às limitações técnicas no processo de compactação de orientação do campo magnético, portanto, a maquinação é um processo inevitável para o íman de neodímio sinterizado. Como um material cermet típico, o íman de neodímio sinterizado é consideravelmente duro e quebradiço, então há apenas corte, perfuração e retificação podem ser aplicáveis ao seu processo de maquinação entre a tecnologia de maquinação convencional. O corte de lâmina normalmente utiliza lâmina revestida de diamante ou revestida de CBN. O corte de fio e o corte a laser são adequados para a maquinação de ímanes com forma especial, mas acusados de baixa eficiência de produção e alto custo de processamento, entretanto. O processo de perfuração do íman de neodímio sinterizado é principalmente adotado diamante e laser. É necessário selecionar o processo de trepanação quando o orifício interno do íman de anel for maior que 4mm. Como subproduto no processo de trepanação, o núcleo trepanado pode ser usado para fabricar outros ímanes menores adequados e, assim, aumentar significativamente a taxa de utilização do material. A rebolo para retificação de cópia é produzida com base na superfície de retificação.