Как сделать магнит из NdFeB

Как изготавливаются неодимовые магниты?

Спеченный неодимовый магнит получают путем плавления сырья под вакуумом или в инертной атмосфере в индукционной плавильной печи, затем его обрабатывают в ленточно-литейной машине и охлаждают для формирования полосы из сплава Nd-Fe-B. Полосы сплава измельчаются до образования мелкого порошка диаметром в несколько микрон. Затем мелкий порошок уплотняется в ориентирующем магнитном поле и спекается в плотные тела. Затем тела обрабатываются до определенных форм, подвергаются поверхностной обработке и намагничиваются.

Взвешивание

Взвешивание качественного сырья напрямую связано с точностью состава магнита. Чистота сырья и стабильность химического состава являются основой качества продукции. Спеченный неодимовый магнит обычно выбирает редкоземельный сплав, такой как празеодим-неодим Pr-Nd мишметалл, лантан-церий La-Ce мишметалл и диспрозий-железо Dy-Fe сплав по соображениям стоимости. Элементы с высокой температурой плавления, бор, молибден или ниобий, добавляются в ферросплаве. Слой ржавчины, включения, оксиды и грязь на поверхности сырья необходимо удалить с помощью микроструйной обработки. Кроме того, сырье должно быть подходящего размера, чтобы обеспечить эффективность последующего процесса плавления. Неодим обладает низким давлением пара и активными химическими свойствами, затем редкоземельный металл имеет определенную степень потери летучести и окисления во время процесса плавления, поэтому процесс взвешивания спеченного неодимового магнита должен предусматривать добавление дополнительного редкоземельного металла для обеспечения точности состава магнита.

Плавление и ленточное литье

Плавление и ленточное литье имеют решающее значение для состава, кристаллического состояния и распределения фазы, тем самым влияя на последующий процесс и магнитные характеристики. Сырье нагревается до расплавленного состояния с помощью средне- и низкочастотного индукционного плавления в вакууме или инертной атмосфере. Литье может быть обработано, когда расплав сплава достиг гомогенизации, выхлопа и шлакообразования. Хорошая микроструктура литого слитка должна обладать хорошо развитыми и мелкоразмерными столбчатыми кристаллами, затем обогащенная Nd фаза должна распределяться вдоль границы зерен. Кроме того, микроструктура литого слитка должна быть свободна от фазы α-Fe. Диаграмма фаз Re-Fe указывает на то, что редкоземельный тройной сплав неизбежно будет производить фазу α-Fe во время медленного охлаждения. Комнатные температурные мягкие магнитные свойства фазы α-Fe серьезно повредят магнитные характеристики магнита, поэтому должны быть подавлены быстрым охлаждением. Чтобы удовлетворить желаемый эффект быстрого охлаждения для подавления производства фазы α-Fe, Showa Denko K. K. разработала технологию ленточного литья и вскоре стала рутинной технологией в отрасли. Равномерное распределение обогащенной Nd фазы и подавляющий эффект на фазу α-Fe могут эффективно снизить общее содержание редкоземельных элементов, что благоприятно для производства высокопроизводительных магнитов и снижения затрат.

Водородное растрескивание

Поведение гидрирования редкоземельного металла, сплавов или интерметаллических соединений и физико-химические свойства гидрида всегда были важной проблемой при применении редкоземельных элементов. Слиток из сплава Nd-Fe-B также обладает очень сильной тенденцией к гидрированию. Атомы водорода проникают в междоузельное пространство между основной фазой интерметаллического соединения и фазой границы зерен, обогащенной Nd, и образуют междоузельное соединение. Затем межатомное расстояние увеличивается и объем решетки расширяется. Возникающее внутреннее напряжение приведет к растрескиванию границ зерен (межгранулярный перелом), разрушению кристаллов (транскристаллический перелом) или пластичному разрушению. Эти растрескивания сопровождаются треском и поэтому известны как водородное растрескивание. Процесс водородного растрескивания спеченного неодимового магнита также называется HD-процессом. Растрескивание границ зерен и разрушение кристаллов, которые были получены в процессе водородного растрескивания, сделали крупный порошок NdFeB очень хрупким и чрезвычайно выгодным для последующего процесса струйного измельчения. Помимо повышения эффективности процесса струйного измельчения, процесс водородного растрескивания также благоприятен для регулировки среднего размера мелкого порошка.

Струйное измельчение

Струйное измельчение оказалось наиболее практичным и эффективным решением в процессе обработки порошка. Струйное измельчение использует высокоскоростную струю инертного газа для ускорения крупного порошка до сверхзвуковой скорости и удара порошка друг о друга. Основной целью процесса обработки порошка является поиск подходящего среднего размера частиц и распределения по размерам частиц. Разница в вышеупомянутых особенностях проявляет различные характеристики в макроскопических масштабах, которые напрямую влияют на заполнение порошка, ориентацию, уплотнение, извлечение из формы и микроструктуру, образующуюся в процессе спекания, и, следовательно, чувствительно влияют на магнитные характеристики, механические свойства, термоэлектрические свойства и химическую стабильность спеченного неодимового магнита. Идеальная микроструктура — это мелкое и однородное зерно основной фазы, окруженное гладкой и тонкой дополнительной фазой. Кроме того, направление легкого намагничивания зерна основной фазы должно быть расположено вдоль направления ориентации как можно более последовательно. Пустоты, крупные зерна или мягкая магнитная фаза приведут к значительному снижению внутренней коэрцитивной силы. Остаточная намагниченность и прямоугольность кривой размагничивания будут одновременно уменьшаться, в то время как направление легкого намагничивания зерна отклоняется от направления ориентации. Таким образом, сплавы должны быть измельчены до однокристаллических частиц диаметром от 3 до 5 микрон.

Уплотнение

Уплотнение с ориентацией магнитного поля относится к использованию взаимодействия между магнитным порошком и внешним магнитным полем для выравнивания порошка вдоль направления легкого намагничивания и согласования его с конечным направлением намагничивания. Уплотнение с ориентацией магнитного поля является наиболее распространенным способом производства анизотропного магнита. Сплав Nd-Fe-B был измельчен в однокристаллическую частицу в предыдущем процессе струйного измельчения. Однокристаллическая частица является одноосной анизотропной, и каждая из них имеет лишь одно направление легкого намагничивания. Магнитный порошок превратится в один домен из многодоменного под действием внешнего магнитного поля после свободного заполнения в форму, затем отрегулируйте его направление легкого намагничивания c-оси, чтобы оно соответствовало направлению внешнего магнитного поля путем вращения или перемещения. С-ось порошка сплава в основном сохранила свое расположение во время процесса уплотнения. Уплотненные части должны пройти обработку размагничиванием перед извлечением из формы. Самым важным показателем процесса уплотнения является степень ориентации. Степень ориентации спеченных неодимовых магнитов определяется различными факторами, включая силу ориентационного магнитного поля, размер частиц, кажущуюся плотность, метод уплотнения, давление уплотнения и т. д.

Спекание

Плотность уплотненной детали может достигать более 95% от теоретической плотности после обработки процесса спекания при высоком вакууме или чистой инертной атмосфере. Таким образом, пустоты в спеченном неодимовом магните закрыты, что обеспечивает однородность плотности магнитного потока и химическую стабильность. Поскольку постоянные магнитные свойства спеченных неодимовых магнитов тесно связаны с их собственной микроструктурой, термообработка после процесса спекания также имеет решающее значение для регулировки магнитных характеристик, особенно внутренней коэрцитивной силы. Обогащенная Nd фаза границы зерен служит жидкой фазой, которая способна способствовать реакции спекания и восстанавливать поверхностные дефекты на зерне основной фазы. Температура спекания неодимового магнита обычно колеблется от 1050 до 1180 градусов Цельсия. Чрезмерная температура приведет к росту зерен и снижению внутренней коэрцитивной силы. Чтобы получить идеальную внутреннюю коэрцитивную силу, прямоугольность кривой размагничивания и высокие температурные необратимые потери, спеченный неодимовый магнит обычно должен пройти двухступенчатую термообработку отпуском при 900 и 500 градусах Цельсия.

Обработка

В дополнение к обычной форме с умеренным размером, спеченный неодимовый магнит трудно сразу достичь требуемой формы и точности размеров из-за технических ограничений в процессе уплотнения с ориентацией магнитного поля, поэтому механическая обработка является неизбежным процессом для спеченного неодимового магнита. Как типичный керметный материал, спеченный неодимовый магнит является значительно твердым и хрупким, затем только резка, сверление и шлифовка могут быть применимы к его механической обработке среди обычных технологий механической обработки. Для резки лезвием обычно используется лезвие с алмазным или CBN покрытием. Резка проволокой и лазерная резка хорошо подходят для механической обработки магнита специальной формы, но в то же время обвиняются в низкой эффективности производства и высокой стоимости обработки. Процесс сверления спеченного неодимового магнита в основном использует алмаз и лазер. Необходимо выбрать процесс вырезания керна, когда внутреннее отверстие кольцевого магнита больше 4 мм. Как побочный продукт в процессе вырезания керна, вырезанный керн может быть использован для изготовления другого подходящего меньшего магнита и, таким образом, значительно повысить коэффициент использования материала. Шлифовальный круг для копировальной шлифовки производится на основе шлифовальной поверхности.