Як зробити магніт NdFeB

Як виготовляються магніти з неодимом?

Синтерований неодимовий магніт готується шляхом плавлення сировини під вакуумом або інертною атмосферою у індукційній печі для плавлення, потім обробляється у стрічковому ковальському обладнанні та охолоджується для формування стрічки сплаву Nd-Fe-B. Сплавні стрічки подрібнюються до дрібного порошку діаметром кілька мікронів. Цей дрібний порошок потім ущільнюється у магнітному полі та синтерується у щільні тіла. Потім тіла обробляються для отримання потрібних форм, поверхнево обробляються та намагнічуються.

Ваги

Зважування кваліфікованої сировини безпосередньо пов’язане з точністю складу магніту. Чистота сировини та стабільність хімічного складу є основою якості продукту. Спечений неодимовий магніт зазвичай виготовляють із сплавів рідкоземельних металів, таких як прейзіодим-неодимовий Pr-Nd мішметал, лантан-церій La-Ce мішметал та сплав диспрозій-залізо Dy-Fe з міркувань вартості. Елементи з високою температурою плавлення, такі як бор, молібден або ніобій, додають у вигляді феросплавів. Іржавий шар, включення, оксиди та забруднення на поверхні сировини необхідно видаляти за допомогою мікропіскоструминної машини. Крім того, сировина повинна мати відповідний розмір для забезпечення ефективності подальшого процесу плавлення. Неодим має низький тиск пари та активні хімічні властивості, тому рідкоземельні метали зазнають певних втрат через випаровування та окиснення під час плавлення, тому процес зважування спеченого неодимового магніту повинен враховувати додавання додаткових рідкоземельних металів для забезпечення точності складу магніту.

Розплавлення та безперервне лиття

Плавлення та стрічкове лиття є ключовими для складу, кристалічного стану та розподілу фаз, що впливає на подальший процес і магнітні властивості. Сировина нагрівається до розплавленого стану за допомогою середньочастотного та низькочастотного індукційного плавлення у вакуумі або інертній атмосфері. Лиття може бути проведене, коли розплав сплаву досяг гомогенізації, видалення газів і шлаку. Хороша мікроструктура литого зливка повинна містити добре розвинені та дрібнозернисті стовпчасті кристали, а фаза, багата на Nd, має розподілятися вздовж меж зерен. Крім того, мікроструктура литого зливка не повинна містити фазу α-Fe. Діаграма фаз Re-Fe показує, що утворення фази α-Fe у трьохкомпонентному сплаві рідкоземельних елементів неминуче під час повільного охолодження. М'які магнітні властивості фази α-Fe при кімнатній температурі серйозно погіршують магнітні характеристики магніту, тому її утворення має бути пригнічено швидким охолодженням. Для досягнення необхідного ефекту швидкого охолодження, що запобігає утворенню фази α-Fe, компанія Showa Denko K. K. розробила технологію стрічкового лиття, яка незабаром стала стандартною у галузі. Рівномірний розподіл фази, багатої на Nd, та пригнічення фази α-Fe ефективно знижують загальний вміст рідкоземельних елементів, що сприяє виробництву високопродуктивних магнітів і зниженню витрат.

Гідрогенне руйнування

Поведение гидрогенізації рідкоземельного металу, сплавів або міжметалічних сполук та фізико-хімічні властивості гідриду завжди були важливими питаннями застосування рідкоземельних металів. Злиток сплаву Nd-Fe-B також виявляє дуже сильну тенденцію до гидрогенізації. Атоми водню проникають у міжклітинне місце між основною фазою міжметалічного сполуки та фазою зернового кордону, багатою на Nd, і утворюють міжклітинну сполуку. Потім міжатомна відстань збільшується, і об’єм кристалічної решітки розширюється. Виникає внутрішній напруження, яке спричиняє тріщини на зернових кордонах (міжзерновий розлом), кристалічний розлом (транскристалічний розлом) або пластичний розлом. Ці розпадання супроводжуються тріскотом і тому відомі як гідрогенізаційний розпад. Процес гідрогенізаційного розпаду спеченого неодимового магніту також називається процесом HD. Тріщини на зернових кордонах і кристалічний розлом, що виникають у процесі гідрогенізаційного розпаду, зробили Курсова порошкова NdFeB дуже крихка і має високу перевагу для подальшого процесу струминного подрібнення. Окрім підвищення ефективності процесу струминного подрібнення, процес гідрогенової депрепітації також сприяє регулюванню середнього розміру порошку дрібного порошку.

Меління струменем

Магнітне мілке подрібнення довело свою найвищу практичність та ефективність у процесі порошкового виробництва. Мілке подрібнення з використанням високошвидкісного струменя інертного газу для прискорення грубого порошку до супершвидкості та удару порошку один об одного. Основною метою порошкового процесу є пошук відповідного середнього розміру частинок та розподілу розміру частинок. Відмінності в цих характеристиках проявляються у макроскопічних масштабах, що безпосередньо впливає на заповнення порошком, орієнтацію, ущільнення, розгладжування та мікроструктуру, що утворюється у процесі спікання, а також чутливо впливає на магнітні характеристики, механічні властивості, термоелектричність і хімічну стабільність спеченого магніту з неодимом. Ідеальна мікроструктура — це дрібні та рівномірні зерна основної фази, оточені гладкою та тонкою додатковою фазою. Крім того, напрямок легкої магнітизації зерен основної фази має бути розташований уздовж орієнтаційного напрямку якомога послідовніше. Порожнини, великі зерна або м’яка магнітна фаза призведуть до значного зниження внутрішньої коерцивності. Залишкова магнітна індукція та квадратність кривої демагнітації одночасно зменшаться, якщо напрямок легкої магнітизації зерен відхилиться від орієнтаційного напрямку. Тому сплави слід подрібнювати до однокристалічних частинок діаметром від 3 до 5 мікрон.

Упакування

Орієнтація магнітного поля при ущільненні полягає у використанні взаємодії між магнітним порошком та зовнішнім магнітним полем для вирівнювання порошку вздовж легкої магнітної орієнтації та забезпечення її відповідності кінцевому напрямку магнітації. Орієнтація магнітного поля при ущільненні є найпоширенішим шляхом виробництва анізотропного магніту. Сплав Nd-Fe-B був подрібнений до частинок однокристалічної структури у попередньому процесі струменевого подрібнення. Частинка однокристалічної структури має уніаксіальну анізотропію, і кожна з них має лише один легкий напрямок магнітації. Магнітний порошок під впливом зовнішнього поля перетворюється з багатодоменного у однодоменний. магнітне поле після нерівномірного заповнення форми, потім налаштовується його легкий напрямок магнітації вздовж осі c для узгодження з напрямком зовнішнього магнітного поля шляхом обертання або переміщення. Осьа c сплаву порошку в основному зберігала свій стан розташування під час процесу ущільнення. Ущільнені частини повинні пройти обробку демагнітизації перед зняттям форми. Найважливішим показником процесу ущільнення є ступінь орієнтації. Ступінь орієнтації спечених магнітів неодиму визначається різними факторами, включаючи силу орієнтаційного магнітного поля, розмір частинок, очевидну щільність, метод ущільнення, тиск ущільнення тощо.

Випікання в піч

Щільність ущільненої частини може досягати більше ніж 95% теоретичної щільності після процесу спікання під високим вакуумом або в чистій інертній атмосфері. Тому порожнини в спеченому неодимовому магніті закриті, що забезпечує однорідність магнітної індукції та хімічну стабільність. Оскільки постійні магнітні властивості спечених неодимових магнітів тісно пов’язані з їхньою мікроструктурою, термічна обробка після процесу спікання також є критичною для регулювання магнітних характеристик, особливо внутрішньої коерцитивності. Фаза межі зерен, багата на неодим, служить як рідка фаза, що здатна сприяти реакції спікання та відновлювати поверхневі дефекти основної фази зерна. Температура спікання неодимового магніту зазвичай коливається від 1050 до 1180 градусів Цельсія. Надмірна температура призводить до росту зерен і зниження внутрішньої коерцитивності. Для досягнення ідеальної внутрішньої коерцитивності, квадратурності кривої розмагнічування та високотемпературних необоротних втрат, спечений неодимовий магніт зазвичай потребує двоетапної відпалу при 900 та 500 градусах Цельсія.

Обробка на верстатах

Крім звичайної форми середнього розміру, пресований неодимовий магніт важко одразу досягти потрібної форми та розмірної точності через технічні обмеження у процесі орієнтації магнітного поля при ущільненні, тому обробка є неминучим процесом для пресованого неодимового магніту. Як типовий керамозалізний матеріал, пресований неодимовий магніт є досить твердим і крихким, тому доступні лише різання, свердління та шліфування. застосовний до процесу обробки згідно з традиційною технологією обробки. Різання лезом зазвичай використовує алмазне або CBN-покриття. Різання дротом та лазерне різання добре підходять для обробки магнітів особливої форми, але водночас звинувачуються у низькій виробничій ефективності та високій вартості обробки. Процес свердління синтерованого неодимового магніту переважно здійснюється за допомогою алмазу та лазера. Необхідно обирати процес трепанування, коли внутрішній отвір кільця магніту більший за 4 мм. Як побічний продукт у процесі трепанування, трепанований сердечник може бути використаний для виготовлення інших підходящих менших магнітів і таким чином значно підвищити коефіцієнт використання матеріалу. Шліфувальне колесо для копіювального шліфування виготовляється на основі шліфувальної поверхні.