Il magnete al neodimio sinterizzato viene preparato fondendo le materie prime sotto vuoto o in atmosfera inerte in un forno di fusione a induzione, quindi lavorate nella fonderia a strisce e raffreddate per formare una striscia di lega Nd-Fe-B. Le strisce di lega vengono polverizzate per formare una polvere fine con diversi micron di diametro. La polvere fine viene successivamente compattata in un campo magnetico di orientamento e sinterizzata in corpi densi. I corpi vengono quindi lavorati alle forme specifiche, trattati superficialmente e magnetizzati.
Pesatura
La pesatura della materia prima qualificata è direttamente correlata all'accuratezza della composizione del magnete. La purezza della materia prima e la stabilità della composizione chimica sono il fondamento della qualità del prodotto. Il magnete al neodimio sinterizzato normalmente seleziona una lega di terre rare come il mischmetal di praseodimio-neodimio Pr-Nd, il mischmetal di lantanio-cerio La-Ce e la lega di ferro disprosio Dy-Fe come materiale per motivi di costo. L'elemento con punto di fusione elevato boro, molibdeno o niobio viene aggiunto in modo ferrolega. Lo strato di ruggine, l'inclusione, l'ossido e lo sporco sulla superficie della materia prima devono essere rimossi tramite una macchina per microsabbiatura. Inoltre, la materia prima deve essere di dimensioni adatte per soddisfare l'efficienza nel successivo processo di fusione. Il neodimio possiede una bassa pressione di vapore e proprietà chimiche attive, quindi il metallo delle terre rare esiste un certo grado di perdita per volatilizzazione e perdita di ossidazione durante il processo di fusione, pertanto, il processo di pesatura del magnete al neodimio sinterizzato dovrebbe considerare l'aggiunta di ulteriore metallo delle terre rare per garantire l'accuratezza della composizione del magnete.
Fusione e fusione a nastro
La fusione e la colata a strisce sono fondamentali per la composizione, lo stato cristallino e la distribuzione della fase, influenzando così il processo successivo e le prestazioni magnetiche. Le materie prime vengono riscaldate allo stato fuso tramite fusione a induzione a media e bassa frequenza sotto vuoto o in atmosfera inerte. La colata può essere elaborata quando la lega fusa realizza omogeneizzazione, scarico e scorificazione. Una buona microstruttura del lingotto colato dovrebbe possedere un cristallo colonnare ben sviluppato e di piccole dimensioni, quindi la fase ricca di Nd dovrebbe distribuirsi lungo il confine del grano. Inoltre, la microstruttura del lingotto colato dovrebbe essere priva di fase -Fe. Il diagramma di fase Re-Fe indica che la lega ternaria di terre rare è inevitabile per produrre fase -Fe durante il raffreddamento lento. Le proprietà magnetiche morbide a temperatura ambiente della fase -Fe danneggeranno seriamente le prestazioni magnetiche del magnete, quindi devono essere inibite dal raffreddamento rapido. Per soddisfare l'effetto di raffreddamento rapido desiderato per inibire la produzione di fase -Fe, Showa Denko KK ha sviluppato la tecnologia della colata a strisce ed è presto diventata una tecnologia di routine nel settore. La distribuzione uniforme della fase ricca di Nd e l'effetto inibitorio sulla fase -Fe possono ridurre efficacemente il contenuto totale di terre rare, favorendo la produzione di magneti ad alte prestazioni e riducendo i costi.
Decrepitazione dell'idrogeno
Il comportamento di idrogenazione di metalli delle terre rare, leghe o composti intermetallici e le proprietà fisico-chimiche dell'idruro sono sempre stati un problema importante nell'applicazione delle terre rare. Anche il lingotto di lega Nd-Fe-B mostra una tendenza all'idrogenazione molto forte. Gli atomi di idrogeno entrano nel sito interstiziale tra la fase principale del composto intermetallico e la fase del confine del grano ricco di Nd e formano il composto interstiziale. Quindi la distanza interatomica aumenta e il volume del reticolo si espande. La sollecitazione interna risultante produrrà crepe nel confine del grano (frattura intergranulare), fratture cristalline (frattura transcristallina) o fratture duttili. Queste decrepitazioni si presentano con crepe e sono quindi note come decrepitazione dell'idrogeno. Il processo di decrepitazione dell'idrogeno del magnete al neodimio sinterizzato è anche denominato processo HD. Le crepe nel confine del grano e le fratture cristalline generate nel processo di decrepitazione dell'idrogeno hanno reso la polvere di Nd-Fe-B molto fragile e altamente vantaggiosa per il successivo processo di fresatura a getto. Oltre a migliorare l'efficienza del processo di macinazione a getto, il processo di decrepitazione dell'idrogeno è utile anche per regolare la dimensione media della polvere fine.
Fresatura a getto
La fresatura a getto ha dimostrato di essere la soluzione più pratica ed efficiente nel processo di polverizzazione. La fresatura a getto utilizza un getto ad alta velocità di gas inerte per accelerare la polvere grossolana a velocità supersonica e far impattare la polvere l'una contro l'altra. Lo scopo principale del processo di polverizzazione è la ricerca di una dimensione media delle particelle e di una distribuzione delle dimensioni delle particelle appropriate. La differenza delle caratteristiche di cui sopra mostra caratteristiche diverse in scale macroscopiche che hanno un impatto diretto sul riempimento, l'orientamento, la compattazione, la sformatura e la microstruttura della polvere generata nel processo di sinterizzazione, influenzando quindi sensibilmente le prestazioni magnetiche, le proprietà meccaniche, la termoelettricità e la stabilità chimica del magnete al neodimio sinterizzato. La microstruttura ideale è una grana di fase principale fine e uniforme circondata da una fase aggiuntiva liscia e sottile. Inoltre, la direzione di facile magnetizzazione della grana di fase principale dovrebbe essere disposta lungo la direzione di orientamento il più coerente possibile. I vuoti, i grani grandi o la fase magnetica morbida porteranno a una riduzione significativa della coercitività intrinseca. La rimanenza e la squadratura della curva di smagnetizzazione diminuiranno simultaneamente mentre la direzione di facile magnetizzazione della grana devierà dalla direzione di orientamento. Le leghe devono essere polverizzate fino a ottenere particelle monocristalline con un diametro compreso tra 3 e 5 micron.
Compattazione
La compattazione con orientamento del campo magnetico è indicata per utilizzare l'interazione tra polvere magnetica e campo magnetico esterno per allineare la polvere lungo la direzione di facile magnetizzazione e renderla coerente con la direzione di magnetizzazione finale. La compattazione con orientamento del campo magnetico è il percorso più comune per produrre magneti anisotropici. La lega Nd-Fe-B è stata frantumata in particelle monocristalline nel precedente processo di fresatura a getto. Le particelle monocristalline sono anisotrope uniassiali e ciascuna di esse ha solo una direzione di facile magnetizzazione. La polvere magnetica si trasformerà nel dominio singolo da multi-dominio sotto l'azione del campo magnetico esterno dopo essere stata riempita liberamente nello stampo, quindi regolerà il suo asse c della direzione di facile magnetizzazione per essere coerente con la direzione del campo magnetico esterno tramite rotazione o movimento. L'asse C della polvere di lega ha sostanzialmente mantenuto il suo stato di disposizione durante il processo di compattazione. Le parti compattate devono essere sottoposte a trattamento di smagnetizzazione prima della sformatura. L'indice più importante del processo di compattazione è il grado di orientamento. Il grado di orientamento dei magneti al neodimio sinterizzati è determinato da vari fattori, tra cui l'intensità del campo magnetico di orientamento, la dimensione delle particelle, la densità apparente, il metodo di compattazione, la pressione di compattazione, ecc.
Sinterizzazione
La densità della parte compattata può raggiungere oltre il 95% della densità teorica dopo il processo di sinterizzazione elaborato sotto alto vuoto o in atmosfera puramente inerte. Pertanto, i vuoti nel magnete al neodimio sinterizzato sono chiusi, il che garantisce uniformità della densità del flusso magnetico e stabilità chimica. Poiché le proprietà magnetiche permanenti dei magneti al neodimio sinterizzati sono strettamente correlate alla sua microstruttura, il trattamento termico dopo il processo di sinterizzazione è anche fondamentale per la regolazione delle prestazioni magnetiche, in particolare della coercitività intrinseca. La fase di confine del grano ricca di Nd funge da fase liquida in grado di promuovere la reazione di sinterizzazione e ripristinare i difetti superficiali sul grano della fase principale. La temperatura di sinterizzazione del magnete al neodimio varia comunemente da 1050 a 1180 gradi Celsius. Una temperatura eccessiva porterà alla crescita del grano e diminuirà la coercitività intrinseca. Per ottenere una coercitività intrinseca ideale, la perpendicolarità della curva di smagnetizzazione e la perdita irreversibile ad alta temperatura, i magneti al neodimio sinterizzati solitamente devono essere sottoposti a un trattamento termico di rinvenimento in due fasi a 900 e 500 gradi Celsius.
Lavorazione meccanica
Oltre alla forma regolare con dimensioni moderate, è difficile ottenere direttamente la forma richiesta e la precisione dimensionale in una volta a causa delle limitazioni tecniche nel processo di compattazione dell'orientamento del campo magnetico, quindi la lavorazione è un processo inevitabile per il magnete al neodimio sinterizzato. Come tipico materiale cermet, il magnete al neodimio sinterizzato è notevolmente duro e fragile, quindi ci sono solo taglio, foratura e rettifica che possono essere applicabili al suo processo di lavorazione tra le tecnologie di lavorazione convenzionali. Il taglio della lama in genere utilizza una lama rivestita di diamante o rivestita in CBN. Il taglio a filo e il taglio laser sono adatti alla lavorazione di magneti di forma speciale, ma accusati di bassa efficienza produttiva e costi di lavorazione elevati nel frattempo. Il processo di foratura del magnete al neodimio sinterizzato è principalmente adottato con diamante e laser. È necessario selezionare il processo di trapanazione quando il foro interno del magnete ad anello è più grande di 4 mm. Come sottoprodotto nel processo di trapanazione, il nucleo trapanato può essere utilizzato per la produzione di altri magneti più piccoli adatti e quindi migliorare significativamente il rapporto di utilizzo del materiale. La mola per la rettifica di copie viene prodotta sulla base della superficie di rettifica.
Trattamento della superficie
Il trattamento protettivo superficiale è una procedura necessaria per il magnete al neodimio, in particolare per il magnete al neodimio sinterizzato. Il magnete al neodimio sinterizzato possiede una microstruttura multifase ed è costituito da Nd2Per me14Fase principale B, fase ricca di Nd e fase ricca di B. La fase ricca di Nd mostra una tendenza all'ossidazione molto forte e costituirà la batteria primaria con fase principale in ambiente umido. Una piccola quantità di elementi sostitutivi è in grado di migliorare la stabilità chimica dei magneti, ma a scapito delle prestazioni magnetiche. Pertanto, la protezione del magnete al neodimio sinterizzato è principalmente mirata alla sua superficie. Il trattamento superficiale del magnete al neodimio sinterizzato può essere classificato in processo a umido e processo a secco. Il processo a umido si riferisce ai magneti che sono trattati con trattamento protettivo superficiale in acqua pura o soluzione. Il processo a umido include fosfatazione, elettrodeposizione, elettrodeposizione chimica, elettroforesi, rivestimento a spruzzo e rivestimento a immersione. Il processo a secco si riferisce ai magneti che sono trattati con trattamento protettivo superficiale tramite processo fisico o chimico senza contatto con la soluzione. Il processo a secco generalmente contiene deposizione fisica da vapore (PVD) e deposizione chimica da vapore (CVD).
Magnetizzazione
La maggior parte dei magneti permanenti viene magnetizzata prima di essere utilizzata per le applicazioni previste. Il processo di magnetizzazione si riferisce all'applicazione di un campo magnetico lungo la direzione di orientamento del magnete permanente e alla saturazione tecnica ottenuta con l'aumentata intensità del campo magnetico esterno. Ogni tipo di materiale magnetico permanente necessita di un'intensità di campo magnetico distinta per soddisfare la saturazione tecnica nella direzione di magnetizzazione. La rimanenza e la coercitività intrinseca saranno inferiori ai valori dovuti a meno che l'intensità del campo magnetico esterno non sia inferiore al campo magnetico di saturazione tecnica. Il magnete permanente può essere suddiviso in tipo isotropico e tipo anisotropico a seconda che abbia o meno una direzione di magnetizzazione facile. Come magnete anisotropico con elevata coercitività intrinseca, il magnete al neodimio sinterizzato deve essere magnetizzato tramite magnetizzazione a impulsi. Il condensatore verrà caricato dopo la rettifica, quindi l'energia elettrica nel condensatore si scarica istantaneamente nel dispositivo di magnetizzazione. Il dispositivo di magnetizzazione può generare il campo magnetico pulsato durante la forte corrente istantanea che lo attraversa. Pertanto, il magnete permanente nella bobina verrà magnetizzato. È possibile ottenere vari modelli di magnetizzazione sui magneti al neodimio sinterizzati, purché non siano in conflitto con la direzione del loro orientamento.
