Spiekany magnes neodymowy jest przygotowywany przez stopienie surowców w próżni lub atmosferze obojętnej w piecu indukcyjnym, a następnie przetwarzanie w odlewarce taśmowej i chłodzenie w celu utworzenia paska stopu Nd-Fe-B. Paski stopu są proszkowane w celu utworzenia drobnego proszku o średnicy kilku mikronów. Drobny proszek jest następnie zagęszczany w zorientowanym polu magnetycznym i spiekany w gęste bryły. Następnie bryły są obrabiane maszynowo do określonych kształtów, poddawane obróbce powierzchniowej i namagnesowane.
Ważenie
Ważenie kwalifikowanego surowca jest bezpośrednio związane z dokładnością składu magnesu. Czystość surowca i stabilność składu chemicznego stanowią podstawę jakości produktu. Spiekany magnes neodymowy zwykle wybiera stop ziem rzadkich, taki jak prazeodym-neodym Pr-Nd mischmetal, lantan-cer La-Ce mischmetal i dysproz żelazo Dy-Fe stop jako materiał ze względu na koszty. Pierwiastek o wysokiej temperaturze topnienia, bor, molibden lub niob, jest dodawany w postaci ferrostopu. Warstwa rdzy, wtrącenia, tlenek i brud na powierzchni surowca muszą zostać usunięte za pomocą mikropiaskarki. Ponadto surowiec powinien mieć odpowiedni rozmiar, aby spełnić wymagania wydajności w późniejszym procesie topienia. Neodym posiada niską prężność pary i aktywne właściwości chemiczne, wówczas metal ziem rzadkich wykazuje pewien stopień utraty lotności i utraty utleniania podczas procesu topienia, dlatego proces ważenia spiekanego magnesu neodymowego powinien uwzględniać dodanie dodatkowego metalu ziem rzadkich w celu zapewnienia dokładności składu magnesu.
Topienie i odlewanie taśm
Topienie i odlewanie taśmowe ma kluczowe znaczenie dla składu, stanu krystalicznego i dystrybucji fazy, a zatem wpływa na późniejszy proces i wydajność magnetyczną. Surowce są podgrzewane do stanu stopionego poprzez topienie indukcyjne o średniej i niskiej częstotliwości w próżni lub atmosferze obojętnej. Odlew może być przetwarzany, gdy stop stopu zostanie ujednorodniony, wyczerpie się i upłynni. Dobra mikrostruktura odlewanego wlewka powinna posiadać dobrze rozwinięty i drobny kryształ kolumnowy, a następnie faza bogata w Nd powinna rozprowadzać się wzdłuż granicy ziarna. Ponadto mikrostruktura odlewanego wlewka powinna być wolna od fazy -Fe. Diagram fazowy Re-Fe wskazuje, że stop ziem rzadkich nieuchronnie wytwarza fazę -Fe podczas powolnego chłodzenia. Miękkie właściwości magnetyczne fazy -Fe w temperaturze pokojowej poważnie uszkodzą wydajność magnetyczną magnesu, dlatego muszą zostać zahamowane przez szybkie chłodzenie. Aby spełnić pożądany efekt szybkiego chłodzenia w celu zahamowania produkcji fazy -Fe, Showa Denko KK opracował technologię odlewania taśmowego, która wkrótce stała się rutynową technologią w branży. Jednorodne rozmieszczenie fazy bogatej w Nd i hamujący wpływ na fazę -Fe może skutecznie obniżyć całkowitą zawartość pierwiastków ziem rzadkich, co sprzyja produkcji magnesów o wysokiej wydajności i redukcji kosztów.
Dekrepitacja wodoru
Zachowanie uwodornienia metali ziem rzadkich, stopów lub związków międzymetalicznych oraz właściwości fizykochemiczne wodorku zawsze były ważną kwestią w zastosowaniach metali ziem rzadkich. Sztabka stopu Nd-Fe-B wykazuje również bardzo silną tendencję do uwodornienia. Atomy wodoru wchodzą w miejsce międzywęzłowe między główną fazą związku międzymetalicznego a bogatą w Nd fazą granicy ziarna i tworzą związek międzywęzłowy. Następnie odległość międzyatomowa wzrasta, a objętość sieci krystalicznej się rozszerza. Powstałe naprężenia wewnętrzne powodują pękanie granicy ziarna (pęknięcie międzykrystaliczne), pęknięcie kryształu (pęknięcie transkrystaliczne) lub pęknięcie ciągliwe. Te dekrepitacje wiążą się z trzaskami i dlatego są znane jako dekrepitacja wodoru. Proces dekrepitacji wodoru spiekanego magnesu neodymowego jest również określany jako proces HD. Pękanie granicy ziarna i pękanie kryształu, które powstają w procesie dekrepitacji wodoru, sprawiły, że proszek Nd-Fe-B jest bardzo kruchy i wysoce korzystny dla późniejszego procesu mielenia strumieniowego. Oprócz zwiększenia wydajności procesu mielenia strumieniowego, proces dekrepitacji wodorowej jest również korzystny w dostosowywaniu średniej wielkości drobnego proszku.
Frezowanie strumieniowe
Frezowanie strumieniowe okazało się najbardziej praktycznym i wydajnym rozwiązaniem w procesie proszkowym. Frezowanie strumieniowe wykorzystuje strumień gazu obojętnego o dużej prędkości, aby przyspieszyć gruby proszek do prędkości naddźwiękowej i uderzać proszek w siebie. Podstawowym celem procesu proszkowego jest poszukiwanie odpowiedniej średniej wielkości cząstek i rozkładu wielkości cząstek. Różnica powyższych cech wykazuje różne charakterystyki w skali makroskopowej, które bezpośrednio wpływają na napełnianie proszkiem, orientację, zagęszczanie, wyjmowanie z formy i mikrostrukturę generowaną w procesie spiekania, a następnie wrażliwie wpływają na wydajność magnetyczną, właściwości mechaniczne, termoelektryczność i stabilność chemiczną spiekanego magnesu neodymowego. Idealna mikrostruktura to drobne i jednorodne ziarno fazy głównej otoczone gładką i cienką fazą dodatkową. Ponadto łatwy kierunek namagnesowania ziarna fazy głównej powinien być ułożony wzdłuż kierunku orientacji tak spójnie, jak to możliwe. Pustki, duże ziarna lub miękka faza magnetyczna doprowadzą do znacznego zmniejszenia wewnętrznej koercji. Remanencja i kwadratowość krzywej rozmagnesowania jednocześnie zmniejszą się, podczas gdy łatwy kierunek namagnesowania ziarna odchyli się od kierunku orientacji. W ten sposób stopy powinny zostać rozdrobnione do postaci monokrystalicznych cząstek o średnicy od 3 do 5 mikronów.
Kompaktowanie
Kompaktowanie orientacji pola magnetycznego odnosi się do wykorzystania interakcji między proszkiem magnetycznym a zewnętrznym polem magnetycznym w celu wyrównania proszku wzdłuż łatwego kierunku namagnesowania i uczynienia go zgodnym z końcowym kierunkiem namagnesowania. Kompaktowanie orientacji pola magnetycznego jest najczęstszą ścieżką wytwarzania magnesu anizotropowego. Stop Nd-Fe-B został rozdrobniony na pojedynczą cząstkę krystaliczną w poprzednim procesie mielenia strumieniowego. Pojedyncza cząstka krystaliczna jest jednoosiowa anizotropia, a każda z nich ma tylko jeden łatwy kierunek namagnesowania. Proszek magnetyczny przekształci się w pojedynczą domenę z wielodomenowej pod działaniem zewnętrznego pola magnetycznego po luźnym wypełnieniu formy, a następnie dostosuje swój łatwy kierunek namagnesowania osi c, aby był zgodny z kierunkiem zewnętrznego pola magnetycznego poprzez obracanie lub przesuwanie. Oś C proszku stopowego zasadniczo zachowała swój stan ułożenia podczas procesu kompaktowania. Kompaktowane części powinny przejść obróbkę demagnetyzacyjną przed wyjęciem z formy. Najważniejszym wskaźnikiem procesu kompaktowania jest stopień orientacji. Stopień orientacji spiekanych magnesów neodymowych jest określany przez różne czynniki, w tym siłę pola magnetycznego orientacji, wielkość cząstek, gęstość pozorną, metodę kompaktowania, ciśnienie kompaktowania itp.
Spiekanie
Gęstość zagęszczonej części może osiągnąć ponad 95% gęstości teoretycznej po przetworzonym procesie spiekania w wysokiej próżni lub w czystej atmosferze obojętnej. Dlatego puste przestrzenie w spiekanym magnesie neodymowym są zamknięte, co zapewnia jednorodność gęstości strumienia magnetycznego i stabilność chemiczną. Ponieważ trwałe właściwości magnetyczne spiekanych magnesów neodymowych są ściśle związane z ich własną mikrostrukturą, obróbka cieplna po procesie spiekania jest również krytyczna dla dostosowania wydajności magnetycznej, zwłaszcza wewnętrznej koercji. Faza graniczna ziarna bogata w Nd służy jako faza ciekła, która jest w stanie promować reakcję spiekania i przywracać defekty powierzchniowe na ziarnie fazy głównej. Temperatura spiekania magnesu neodymowego zwykle waha się od 1050 do 1180 stopni Celsjusza. Nadmierna temperatura doprowadzi do wzrostu ziarna i zmniejszenia wewnętrznej koercji. Aby uzyskać idealną wewnętrzną koercję, prostopadłościenność krzywej rozmagnesowania i nieodwracalną utratę w wysokiej temperaturze, spiekany magnes neodymowy zazwyczaj wymaga dwuetapowej obróbki cieplnej w temperaturze 900 i 500 stopni Celsjusza.
Obróbka skrawaniem
Oprócz regularnego kształtu o umiarkowanym rozmiarze, spiekany magnes neodymowy jest trudny do bezpośredniego osiągnięcia wymaganej dokładności kształtu i wymiarów w jednym czasie ze względu na ograniczenia techniczne w procesie zagęszczania orientacji pola magnetycznego, w związku z czym obróbka skrawaniem jest nieuniknionym procesem dla spiekanego magnesu neodymowego. Jako typowy materiał cermetowy, spiekany magnes neodymowy jest znacznie twardy i kruchy, więc istnieją jedynie cięcie, wiercenie i szlifowanie, które mogą być stosowane do jego procesu obróbki wśród konwencjonalnej technologii obróbki. Cięcie ostrza zwykle wykorzystuje ostrze pokryte diamentem lub CBN. Cięcie drutem i cięcie laserowe są dobrze dostosowane do obróbki magnesów o specjalnym kształcie, ale oskarżane o niską wydajność produkcji i wysokie koszty przetwarzania w międzyczasie. Proces wiercenia spiekanego magnesu neodymowego jest przyjmowany przede wszystkim diamentem i laserem. Konieczne jest wybranie procesu trepanacji, gdy wewnętrzny otwór magnesu pierścieniowego jest większy niż 4 mm. Jako produkt uboczny w procesie trepanacji, trepanowany rdzeń może być używany do produkcji innych odpowiednich mniejszych magnesów, a tym samym znacznie zwiększać współczynnik wykorzystania materiału. Ściernica do szlifowania kopiowego jest produkowana na podstawie powierzchni szlifującej.
Obróbka powierzchniowa
Obróbka ochronna powierzchni jest niezbędną procedurą dla magnesu neodymowego, zwłaszcza spiekanego magnesu neodymowego. Spiekany magnes neodymowy posiada wielofazową mikrostrukturę i składa się z Nd2Fe14Faza główna B, faza bogata w Nd i faza bogata w B. Faza bogata w Nd wykazuje bardzo silną tendencję do utleniania i będzie stanowić baterię główną z fazą główną w wilgotnym środowisku. Niewielka ilość pierwiastków zastępczych jest w stanie zwiększyć stabilność chemiczną magnesów, ale odbywa się to kosztem wydajności magnetycznej. Dlatego ochrona spiekanego magnesu neodymowego jest skierowana przede wszystkim na jego powierzchnię. Obróbka powierzchni spiekanego magnesu neodymowego może być sklasyfikowana jako proces mokry i proces suchy. Proces mokry odnosi się do magnesów, które są przetwarzane przez ochronną obróbkę powierzchni w czystej wodzie lub roztworze. Proces mokry obejmuje fosforanowanie, galwanizację, powlekanie bezelektrolityczne, elektroforezę, powlekanie natryskowe i powlekanie zanurzeniowe. Proces suchy odnosi się do magnesów, które są przetwarzane przez ochronną obróbkę powierzchni poprzez proces fizyczny lub chemiczny bez kontaktu z roztworem. Proces suchy zazwyczaj obejmuje fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD) i chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD).
Namagnesowanie
Większość magnesów trwałych jest namagnesowana przed użyciem do zamierzonych zastosowań. Proces namagnesowania odnosi się do zastosowania pola magnetycznego wzdłuż kierunku orientacji magnesu trwałego i osiągnięcia technicznego nasycenia ze zwiększoną siłą zewnętrznego pola magnetycznego. Każdy rodzaj materiału magnetycznego trwałego potrzebuje odrębnej siły pola magnetycznego, aby spełnić techniczne nasycenie w kierunku namagnesowania. Remanencja i wewnętrzna koercja będą mniejsze od swoich należnych wartości, chyba że siła zewnętrznego pola magnetycznego będzie niższa od technicznego pola magnetycznego nasycenia. Magnes trwały można podzielić na typ izotropowy i typ anizotropowy w zależności od tego, czy ma łatwy kierunek namagnesowania, czy nie. Jako magnes anizotropowy o wysokiej wewnętrznej koercji, spiekany magnes neodymowy musi zostać namagnesowany poprzez impulsowe namagnesowanie. Kondensator zostanie naładowany po wyprostowaniu, a następnie energia elektryczna w kondensatorze natychmiastowo rozładowuje się do urządzenia magnesującego. Urządzenie magnesujące może generować impulsowe pole magnetyczne podczas chwilowego silnego prądu przez nie przepływającego. Dlatego magnes trwały w cewce zostanie namagnesowany. Na spiekanych magnesach neodymowych można uzyskać różne wzory namagnesowania, pod warunkiem, że nie kolidują one z kierunkiem ich orientacji.
