Kuidas valmistatakse neodüümmagneteid?

Paagutatud neodüümmagnet valmistatakse nii, et toormaterjalid sulatatakse vaakumis või inertses atmosfääris induktsioonsulatusahjus, seejärel töödeldakse ribavalus ja jahutatakse, et moodustada Nd-Fe-B sulamist riba. Sulamiribad pulbristatakse mitme mikromeetrise läbimõõduga peeneks pulbriks. Seejärel tihendatakse peen pulber orientatsiooniga magnetväljas ja paagutatakse tihedateks kehadeks. Seejärel töödeldakse kehad kindla kujuga, töödeldakse pinda ja magnetiseeritakse.

Kaalumine

Kvalifitseeritud tooraine kaalumine on otseselt seotud magneti koostise täpsusega. Puhtus ehk tooraine ja keemilise koostise stabiilsus on toote kvaliteedi aluseks. Paagutatud neodüümmagnet valib kulupõhjusena materjaliks tavaliselt haruldaste muldmetallide sulami, nagu praseodüüm-neodüüm Pr-Nd segametall, lantaan-tseerium La-Ce segametall ja düsproosiumraudvärvi-Fe sulam. Kõrge sulamistemperatuuriga element boor, molübdeen või nioobium lisatakse ferrosulami teel. Roostekiht, inklusioon, oksiid ja mustus tooraine pinnal tuleb eemaldada mikropuhastusmasinaga. Lisaks peaks toormaterjal olema sobiva suurusega, et tagada järgneva sulamisprotsessi efektiivsus. Neodüümil on madal aururõhk ja aktiivsed keemilised omadused, siis on haruldastel muldmetallidel sulamisprotsessi ajal teatav lendumise ja oksüdatsioonikadu, seetõttu tuleks paagutatud neodüümmagneti kaalumisprotsessis kaaluda täiendava haruldaste muldmetallide lisamist, et tagada magneti koostise täpsus.

Sulatamine ja ribavalu

Sulamine ja ribavalu on koostise, kristalse oleku ja faasi jaotuse seisukohalt üliolulised, mõjutades seega järgnevat protsessi ja magnetilist jõudlust. Tooraine kuumutatakse sulaolekusse keskmise ja madala sagedusega induktsioonsulatamise teel vaakumis või inertses atmosfääris. Valamist saab töödelda, kui sulam on homogeniseerinud, heitgaas ja räbu. Hea valatud valuploki mikrostruktuur peaks omama hästi kasvanud ja peene suurusega sammaskristalli, seejärel peaks Nd-rikas faas jaotuma piki tera piiri. Lisaks peaks valatud valuploki mikrostruktuur olema vaba -Fe faasist. Re-Fe faasidiagramm näitab, et haruldaste muldmetallide kolmekomponentsete sulamite puhul tekib aeglase jahutamise ajal -Fe faas. -Fe faasi toatemperatuuril pehmed magnetilised omadused kahjustavad tõsiselt magneti magnetilist jõudlust, mistõttu tuleb neid kiire jahutamisega takistada. Soovitud kiire jahutusefekti rahuldamiseks, et pärssida -Fe faasi tootmist, töötas Showa Denko KK välja ribavalutehnoloogia ja muutus peagi tööstuses rutiinseks tehnoloogiaks. Nd-rikka faasi ühtlane jaotus ja inhibeeriv toime -Fe faasile võivad tõhusalt vähendada haruldaste muldmetallide kogusisaldust, mis on kasulik suure jõudlusega magneti tootmiseks ja kulude vähendamiseks.

Vesiniku dekrepitatsioon

Haruldaste muldmetallide, sulamite või intermetalliliste ühendite hüdrogeenimiskäitumine ja hüdriidi füüsikalis-keemilised omadused on haruldaste muldmetallide kasutamisel alati olnud olulised küsimused. Nd-Fe-B sulamist valuplokkidel on samuti väga tugev hüdrogeenimissuundumus. Vesinikuaatomid sisenevad interstitsiaalsesse kohta intermetallilise ühendi põhifaasi ja Nd-rikka tera piirfaasi vahel ning moodustuvad interstitsiaalne ühend. Seejärel suurenes aatomitevaheline kaugus ja võre maht laienes. Tekkiv sisemine pinge põhjustab tera piiri pragunemise (teradevaheline murd), kristallide purunemine (transkristalne purunemine) või plastiline purunemine. Need dekrepitatsioonid kaasnevad pragunemisega ja on seetõttu tuntud vesiniku dekrepitatsioonina. Paagutatud neodüümmagneti vesiniku dekrepitatsiooni protsessi nimetatakse ka HD-protsessiks. Vesiniku dekrepitatsiooniprotsessis tekkinud tera piiri pragunemine ja kristallide purunemine muutis Nd-Fe-B kihi pulbri väga hapraks ja väga kasulikuks järgnevas jugajahvatamise protsessis. Lisaks reaktiivjahvatamise protsessi efektiivsuse suurendamisele on vesiniku dekrepitatsiooniprotsess soodne ka peene pulbri keskmise pulbri suuruse reguleerimiseks.

Jet Milling

Jet freesimine on osutunud kõige praktilisemaks ja tõhusamaks lahenduseks pulberprotsessis. Jet-jahvatamine, milles kasutatakse suure kiirusega inertgaasi juga, et kiirendada jämedat pulbrit ülehelikiiruseks ja pulbri üksteisesse löömiseks. Pulberprotsessi põhieesmärk on sobiva keskmise osakeste suuruse ja osakeste suuruse jaotuse otsimine. Ülaltoodud omaduste erinevusel on makroskoopilistes skaalades erinevad omadused, mis mõjutavad otseselt pulbri täitmist, orientatsiooni, tihendamist, vormimist ja paagutamisprotsessis tekkivat mikrostruktuuri, seejärel mõjutavad tundlikult paagutatud neodüümmagneti magnetilist jõudlust, mehaanilisi omadusi, termoelektrilisust ja keemilist stabiilsust. Ideaalne mikrostruktuur on peen ja ühtlane põhifaasi tera, mida ümbritseb sile ja õhuke lisafaas. Lisaks peaks põhifaasi tera lihtne magnetiseerimissuund olema võimalikult ühtlane orientatsiooni suunas. Tühjad, suured terad või pehme magnetfaas vähendavad oluliselt sisemist koertsitiivi. Demagnetiseerimiskõvera remanents ja nelinurksus vähenevad samaaegselt, samal ajal kui terade hõlpsa magnetiseerimise suund kaldub orientatsiooni suunast kõrvale. Seega tuleks sulamid pulbristada ühekristallilisteks osakesteks, mille läbimõõt on vahemikus 3 kuni 5 mikronit.

Tihendamine

Magnetvälja orientatsiooni tihendamiseks nimetatakse magnetpulbri ja välise magnetvälja vastastikmõju, et joondada pulber mööda lihtsat magnetiseerimissuunda ja viia see kooskõlla lõpliku magnetiseerimissuunaga. Magnetvälja orientatsiooniga tihendamine on kõige levinum viis anisotroopse magneti valmistamiseks. Nd-Fe-B sulam on eelmises jugajahvatamise protsessis purustatud monokristalli osakesteks. Üksikkristallosakesel on üheteljeline anisotroopia ja igal neist on ainult üks lihtne magnetiseerimissuund. Magnetpulber muundub välise magnetvälja toimel välise magnetvälja toimel üksikuks domeeniks, seejärel reguleerib selle hõlpsat magnetiseerimissuunda c-telge, et see oleks pöörlemise või liikumise kaudu kooskõlas välise magnetvälja suunaga. Sulamipulbri C-telg säilitas tihendamise ajal põhimõtteliselt oma paigutuse. Tihendatud osad tuleb enne vormimist demagnetiseerida. Tihendusprotsessi kõige olulisem näitaja on orientatsiooniaste. Paagutatud neodüümmagnetite orientatsiooniastme määravad erinevad tegurid, sealhulgas orientatsiooni magnetvälja tugevus, osakeste suurus, näivtihedus, tihendusmeetod, tihendusrõhk jne.

Paagutamine

Tihendatud osa tihedus võib pärast töödeldud paagutamisprotsessi kõrgvaakumis või puhtas inertses atmosfääris saavutada rohkem kui 95% teoreetilisest tihedusest. Seetõttu on paagutatud neodüümmagnetis olevad tühimikud suletud, mis tagas magnetvoo tiheduse ja keemilise stabiilsuse ühtluse. Kuna paagutatud neodüümmagnetite püsimagnetilised omadused on tihedalt seotud nende enda mikrostruktuuriga, on paagutamisprotsessijärgne kuumtöötlus samuti kriitiline magnetilise jõudluse, eriti sisemise koertsitiivsuse reguleerimiseks. Nd-rikas terade piirfaas toimib vedela faasina, mis on võimeline soodustama paagutamisreaktsiooni ja taastama põhifaasi tera pinnadefekte. Neodüümmagneti paagutamistemperatuur on tavaliselt vahemikus 1050 kuni 1180 kraadi Celsiuse järgi. Liigne temperatuur põhjustab terade kasvu ja vähendab sisemist koertsitiivi. Ideaalse sisemise koertsitiivsuse, demagnetiseerimiskõvera ruudukujulisuse ja kõrgel temperatuuril pöördumatu kadu saavutamiseks peab paagutatud neodüümmagnet tavaliselt töötlema kaheastmelist karastamise kuumtöötlust 900 ja 500 kraadi Celsiuse järgi.

Mehaaniline töötlemine

Lisaks tavalisele ja mõõduka suurusega kujule on paagutatud neodüümmagnetiga raske korraga saavutada vajalikku kuju ja mõõtmete täpsust magnetvälja orientatsiooni tihendamise protsessi tehniliste piirangute tõttu, mistõttu on töötlemine paagutatud neodüümmagnetiga vältimatu protsess. . Tüüpilise metallkeraamika materjalina on paagutatud neodüümmagnet märkimisväärselt kõva ja rabe, siis saab selle töötlemisprotsessis tavapärase töötlustehnoloogia hulgas kasutada ainult lõikamist, puurimist ja lihvimist. Tera lõikamisel kasutatakse tavaliselt teemantkattega või CBN-ga kaetud tera. Traadi lõikamine ja laserlõikamine sobivad hästi spetsiaalse kujuga magneti töötlemiseks, kuid vahepeal süüdistatakse madalas tootmisefektiivsuses ja kõrges töötlemiskulus. Paagutatud neodüümmagneti puurimisprotsessis kasutatakse peamiselt teemant ja laser. Trepaneerimisprotsess on vajalik, kui rõngasmagneti sisemine auk on suurem kui 4 mm. Trepaneerimisprotsessi kõrvalsaadusena saab trepaneeritud südamikku kasutada muude sobivate väiksemate magnetite valmistamiseks, mis suurendab oluliselt materjali kasutamise suhet. Koopialihvimiseks mõeldud lihvketas toodetakse lihvimispinna alusel.

Pinnatöötlus

Pinna kaitsetöötlus on neodüümmagneti, eriti paagutatud neodüümmagneti jaoks vajalik protseduur. Paagutatud neodüümmagnetil on mitmefaasiline mikrostruktuur ja see koosneb Nd-st₂Fe₁₄B põhifaas, Nd-rikas faas ja B-rikas faas. Nd-rikkal faasil on väga tugev oksüdatsioonitendents ja see moodustab peamise aku, mille põhifaas on niiskes keskkonnas. Väike kogus asenduselemente on võimeline suurendama magnetite keemilist stabiilsust, kuid see tuleb magnetilise jõudluse hinnaga. Seetõttu on paagutatud neodüümmagneti kaitse suunatud eelkõige selle pinnale. Paagutatud neodüümmagneti pinnatöötlus võib jagada märg- ja kuivprotsessiks. Märgprotsess viitab magnetitele, mida töödeldakse pinna kaitsva töötlemisega puhtas vees või lahuses. Märgprotsess hõlmab fosfaati, galvaniseerimist, elektrivaba katmist, elektroforeesi, pihustuskatmist ja kastmist. Kuivprotsess viitab magnetitele, mida töödeldakse pinna kaitsva töötlemisega füüsikalise või keemilise protsessiga ilma lahusega kokku puutumata. Kuivprotsess sisaldab üldiselt füüsilist aurustamise-sadestamise (PVD) ja keemilise aurustamise-sadestamise (CVD).

Magnetiseerimine

Enamik püsimagneteid magnetiseeritakse enne nende kavandatud kasutusotstarbeks kasutamist. Magnetiseerimisprotsess tähendab magnetvälja rakendamist püsimagneti orientatsiooni suunas ja tehnilise küllastuse saavutamist suurenenud välise magnetvälja tugevusega. Iga püsimagnetmaterjali tüüp vajab magnetiseerimissuuna tehnilise küllastuse saavutamiseks erinevat magnetvälja tugevust. Remanents ja sisemine koertsitiivsus on väiksemad selle ettenähtud väärtustest, välja arvatud juhul, kui välise magnetvälja tugevus on madalam tehnilise küllastuse magnetväljast. Püsimagneti saab jagada isotroopseks ja anisotroopseks tüübiks vastavalt sellele, kas sellel on lihtne magnetiseerimissuund või mitte. Suure sisemise koertsitiivsusega anisotroopse magnetina tuleb paagutatud neodüümmagnetit magnetiseerida impulssmagnetiseerimise teel. Kondensaator laetakse pärast alaldamist, seejärel kondensaatori elektrienergia hetkeline tühjenemine magnetiseerimisseadmesse. Magnetiseeriv seade võib tekitada impulssmagnetvälja selle läbiva hetkelise tugeva voolu ajal. Seetõttu magnetiseeritakse mähises olev püsimagnet. Paagutatud neodüümmagnetiga saab saavutada erinevaid magnetiseerimismustreid seni, kuni see ei ole vastuolus selle orientatsiooni suunaga.