Kako narediti NdFeB magnet

Kako so narejeni neodimovi magneti?

Sintrani neodimov magnet se pripravi tako, da se surovine talijo v vakuumu ali inertni atmosferi v indukcijski talilni peči, nato se obdelajo v livarski napravi za trakove in ohladijo, da se oblikuje trak zlitine Nd-Fe-B. Trakovi zlitine se pulverizirajo, da se oblikuje fin prah s premerom nekaj mikronov. Fini prah se nato stisne v orientacijskem magnetnem polju in sintra v goste mase. Mase se nato obdelajo v specifične oblike, površinsko obdelajo in magnetizirajo.

Tehtanje

Tehtanje kvalificiranih surovin je neposredno povezano z natančnostjo sestave magneta. Čistost ali surovina in stabilnost kemične sestave sta temelj kakovosti izdelka. Sintrani neodimov magnet običajno izbere redkozemeljsko zlitino, kot je prazeodim-neodim Pr-Nd mischmetal, lantan-cerij La-Ce mischmetal in disprozij železo Dy-Fe zlitina kot material iz razloga stroškov. Element z visokim tališčem, bor, molibden ali niobij se dodajo na ferolegirni način. Plast rje, vključki, oksid in umazanija na površini surovine je treba odstraniti s strojem za mikro peskanje. Poleg tega mora biti surovina v primerni velikosti, da se zagotovi učinkovitost v naslednjem postopku taljenja. Neodim ima nizek parni tlak in aktivne kemične lastnosti, zato ima redkozemeljska kovina določeno stopnjo izgube zaradi izhlapevanja in izgube zaradi oksidacije med postopkom taljenja, zato je treba pri postopku tehtanja sintranega neodimovega magneta upoštevati dodajanje dodatne redkozemeljske kovine, da se zagotovi natančnost sestave magneta.

Taljenje in litje trakov

Taljenje in litje trakov je ključnega pomena za sestavo, kristalno stanje in porazdelitev faze, kar vpliva na nadaljnji postopek in magnetno zmogljivost. Surovina se segreje v staljeno stanje s srednje in nizkofrekvenčnim indukcijskim taljenjem v vakuumu ali inertni atmosferi. Litje se lahko izvede, ko talina zlitine doseže homogenizacijo, izpuh in žlindranje. Dobra mikrostruktura ulitka mora imeti dobro razvite in drobne stolpičaste kristale, nato pa se mora faza, bogata z Nd, porazdeliti vzdolž meje zrn. Poleg tega mora biti mikrostruktura ulitka brez faze α-Fe. Diagram Re-Fe kaže, da je pri počasnem ohlajanju neizogibno, da redkozemeljska ternarna zlitina proizvede fazo α-Fe. Mehke magnetne lastnosti faze α-Fe pri sobni temperaturi bodo resno poškodovale magnetno zmogljivost magneta, zato jo je treba zavirati s hitrim ohlajanjem. Da bi zadostili želenemu učinku hitrega ohlajanja za zaviranje proizvodnje faze α-Fe, je Showa Denko K. K. razvil tehnologijo litja trakov in kmalu postal rutinska tehnologija v industriji. Enakomerna porazdelitev faze, bogate z Nd, in zaviralni učinek na fazo α-Fe lahko učinkovito zmanjšata skupno vsebnost redkih zemelj, kar je ugodno za proizvodnjo visoko zmogljivega magneta in zmanjšanje stroškov.

Razpadanje z vodikom

Obnašanje hidrogenacije redkozemeljske kovine, zlitin ali intermetalnih spojin in fizikalno-kemijske lastnosti hidrida so bili vedno pomembno vprašanje pri uporabi redkih zemelj. Ingot zlitine Nd-Fe-B prav tako kaže zelo močno nagnjenost k hidrogenaciji. Atomi vodika vstopijo v intersticijsko mesto med glavno fazo intermetalne spojine in fazo meje zrn, bogato z Nd, in tvorijo intersticijsko spojino. Nato se poveča medatomna razdalja in poveča se prostornina mreže. Nastala notranja napetost bo povzročila razpoke na meji zrn (intergranularni lom), lom kristalov (transkristalni lom) ali duktilni lom. Ti razpadi so povezani s prasketanjem in so zato znani kot razpadanje z vodikom. Postopek razpadanja z vodikom sintranega neodimovega magneta se imenuje tudi postopek HD. Razpoke na meji zrn in lom kristalov, ki nastanejo v postopku razpadanja z vodikom, so povzročile da je grob prah NdFeB zelo krhek in zelo ugoden za nadaljnji postopek reaktivnega mletja. Poleg izboljšanja učinkovitosti postopka reaktivnega mletja je postopek razpadanja z vodikom ugoden tudi za prilagajanje povprečne velikosti delcev finega prahu.

Reaktivno mletje

Reaktivno mletje se je izkazalo za najbolj praktično in učinkovito rešitev v postopku s prahom. Reaktivno mletje uporablja visokohitrostni curek inertnega plina za pospeševanje grobega prahu do nadzvočne hitrosti in udarjanje prahu drug v drugega. Osnovni namen postopka s prahom je iskanje ustrezne povprečne velikosti delcev in porazdelitve velikosti delcev. Razlika zgornjih značilnosti kaže različne značilnosti v makroskopskih merilih, ki neposredno vplivajo na polnjenje prahu, orientacijo, stiskanje, razstavljanje in mikrostrukturo, ki nastane v postopku sintranja, nato pa občutljivo vplivajo na magnetno zmogljivost, mehanske lastnosti, termoelektriko in kemično stabilnost sintranega neodimovega magneta. Idealna mikrostruktura je fina in enakomerna glavna faza zrn, obdana z gladko in tanko dodatno fazo. Poleg tega mora biti smer enostavne magnetizacije glavne faze zrn razporejena vzdolž smeri orientacije, kolikor je to mogoče. Praznine, velika zrna ali mehka magnetna faza bodo povzročile znatno zmanjšanje intrinzične koercitivnosti. Remanenca in kvadratnost demagnetizacijske krivulje se bosta sočasno zmanjšali, medtem ko se smer enostavne magnetizacije zrn odmakne od smeri orientacije. Zato je treba zlitine pulverizirati v enokristalne delce s premerom od 3 do 5 mikronov.

Stiskanje

Stiskanje z orientacijo magnetnega polja se nanaša na uporabo interakcije med magnetnim prahom in zunanjim magnetnim poljem za poravnavo prahu vzdolž smeri enostavne magnetizacije in uskladitev s končno smerjo magnetizacije. Stiskanje z orientacijo magnetnega polja je najpogostejša pot za izdelavo anizotropnega magneta. Zlitina Nd-Fe-B je bila zdrobljena v enokristalni delec v prejšnjem postopku reaktivnega mletja. Enokristalni delec je enoosna anizotropija in vsak od njih ima samo eno smer enostavne magnetizacije. Magnetni prah se bo preoblikoval v eno domeno iz več domen pod delovanjem zunanjega magnetnega polja, potem ko se ohlapno napolni v kalup, nato pa prilagodi svojo smer enostavne magnetizacije c-os, da bo usklajena z zunanjo smerjo magnetnega polja prek vrtenja ali premikanja. C-os prahu zlitine v bistvu ohrani svoje stanje razporeditve med postopkom stiskanja. Stisnjeni deli morajo opraviti obdelavo demagnetizacije pred razstavljanjem. Najpomembnejši indeks postopka stiskanja je stopnja orientacije. Stopnjo orientacije sintranih neodimovih magnetov določajo različni dejavniki, vključno z jakostjo orientacijskega magnetnega polja, velikostjo delcev, navidezno gostoto, metodo stiskanja, tlakom stiskanja itd.

Sinteriranje

Gostota stisnjenega dela lahko doseže več kot 95% teoretične gostote po postopku sintranja v visokem vakuumu ali čisti inertni atmosferi. Zato so praznine v sintranem neodimovem magnetu zaprte, kar je zagotovilo enakomernost gostote magnetnega pretoka in kemično stabilnost. Ker so trajne magnetne lastnosti sintranih neodimovih magnetov tesno povezane z njegovo lastno mikrostrukturo, je toplotna obdelava po postopku sintranja prav tako ključnega pomena za prilagajanje magnetne zmogljivosti, zlasti intrinzične koercitivnosti. Faza meje zrn, bogata z Nd, služi kot tekoča faza, ki lahko spodbuja reakcijo sintranja in obnovi površinske napake na zrnu glavne faze. Temperatura sintranja neodimovega magneta se običajno giblje od 1050 do 1180 stopinj Celzija. Previsoka temperatura bo povzročila rast zrn in zmanjšanje intrinzične koercitivnosti. Da bi dobili idealno intrinzično koercitivnost, kvadratnost demagnetizacijske krivulje in visokotemperaturno ireverzibilno izgubo, je treba sintrani neodimov magnet običajno obdelati z dvostopenjsko toplotno obdelavo pri 900 in 500 stopinjah Celzija.

Obdelava

Poleg običajne oblike z zmerno velikostjo je sintrani neodimov magnet težko neposredno doseči zahtevano obliko in dimenzijsko natančnost hkrati zaradi tehničnih omejitev v postopku stiskanja z orientacijo magnetnega polja, zato je obdelava neizogiben postopek za sintrani neodimov magnet. Kot tipičen cermetni material je sintrani neodimov magnet precej trd in krhek, zato je med običajno tehnologijo obdelave mogoče uporabiti samo rezanje, vrtanje in brušenje. Rezanje z rezili običajno uporablja rezilo, prevlečeno z diamantom ali CBN. Žično rezanje in lasersko rezanje sta primerna za obdelavo magnetov posebne oblike, vendar sta medtem obtožena nizke proizvodne učinkovitosti in visokih stroškov obdelave. Postopek vrtanja sintranega neodimovega magneta se uporablja predvsem diamant in laser. Izbrati je treba postopek trepaniranja, ko je notranja luknja obročastega magneta večja od 4 mm. Kot stranski proizvod v postopku trepaniranja se lahko trepanirano jedro uporabi za izdelavo drugih primernih manjših magnetov in tako znatno poveča stopnjo izkoriščenosti materiala. Brusilno kolo za kopirno brušenje je izdelano na podlagi brusilne površine.