Ο πυροσυσσωματωμένος μαγνήτης νεοδυμίου παρασκευάζεται με την τήξη των πρώτων υλών υπό κενό ή αδρανή ατμόσφαιρα σε έναν επαγωγικό κλίβανο τήξης, στη συνέχεια επεξεργάζεται στον χυτήρα λωρίδων και ψύχεται για να σχηματίσει λωρίδα κράματος Nd-Fe-B. Οι λωρίδες κράματος κονιοποιούνται για να σχηματίσουν μια λεπτή σκόνη με διάμετρο πολλών μικρών. Η λεπτή σκόνη στη συνέχεια συμπιέζεται σε ένα μαγνητικό πεδίο προσανατολισμού και πυροσυσσωματώνεται σε πυκνά σώματα. Τα σώματα στη συνέχεια υποβάλλονται σε μηχανική επεξεργασία στα συγκεκριμένα σχήματα, υποβάλλονται σε επεξεργασία στην επιφάνεια και μαγνητίζονται.
Ζύγισμα
Η ζύγιση της κατάλληλης πρώτης ύλης σχετίζεται άμεσα με την ακρίβεια της σύνθεσης του μαγνήτη. Η καθαρότητα ή η πρώτη ύλη και η σταθερότητα της χημικής σύνθεσης είναι το θεμέλιο της ποιότητας του προϊόντος. Ο πυροσυσσωματωμένος μαγνήτης νεοδυμίου συνήθως επιλέγει το κράμα σπάνιων γαιών όπως το μικ μέταλλο Praseodymium-Neodymium Pr-Nd, το mischmetal Lanthanum-Cerium La-Ce και το κράμα Dysprosium Iron Dy-Fe ως υλικό για λόγους κόστους. Στοιχείο υψηλού σημείου τήξης Το βόριο, το μολυβδαίνιο ή το νιόβιο προστίθενται με τρόπο σιδηροκράματος. Το στρώμα σκουριάς, η έγκλειση, το οξείδιο και η βρωμιά στην επιφάνεια της πρώτης ύλης πρέπει να αφαιρεθούν με μηχανή μικροβολής. Επιπλέον, η πρώτη ύλη θα πρέπει να είναι σε κατάλληλο μέγεθος για να πληροί την αποτελεσματικότητα στην επόμενη διαδικασία τήξης. Το νεοδύμιο έχει χαμηλή τάση ατμών και ενεργές χημικές ιδιότητες, τότε το μέταλλο σπανίων γαιών έχει έναν ορισμένο βαθμό απώλειας εξάτμισης και απώλειας οξείδωσης κατά τη διαδικασία τήξης, επομένως, η διαδικασία ζύγισης του πυροσυσσωματωμένου μαγνήτη νεοδυμίου θα πρέπει να εξετάσει το ενδεχόμενο προσθήκης επιπλέον μετάλλου σπανίων γαιών για να διασφαλιστεί η ακρίβεια της σύνθεσης του μαγνήτη.
Τήξη και Strip Casting
Η τήξη και η χύτευση ταινιών είναι ζωτικής σημασίας για τη σύνθεση, την κρυσταλλική κατάσταση και την κατανομή της φάσης, επηρεάζοντας έτσι την επακόλουθη διεργασία και τη μαγνητική απόδοση. Η πρώτη ύλη θερμαίνεται σε τετηγμένη κατάσταση μέσω επαγωγικής τήξης μέσης και χαμηλής συχνότητας υπό κενό ή αδρανή ατμόσφαιρα. Η χύτευση μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία όταν το λιωμένο κράμα πραγματοποιήσει ομογενοποίηση, εξάτμιση και σκωρίαση. Μια καλή μικροδομή χυτού πλινθώματος θα πρέπει να διαθέτει καλά αναπτυγμένους και μικρού μεγέθους κολονοειδείς κρύσταλλους, τότε η φάση πλούσια σε Nd θα πρέπει να κατανέμεται κατά μήκος του ορίου των κόκκων. Επιπλέον, η μικροδομή του χυτού πλινθώματος θα πρέπει να είναι απαλλαγμένη από φάση -Fe. Το διάγραμμα φάσης Re-Fe δείχνει ότι το τριμερές κράμα σπάνιων γαιών είναι αναπόφευκτο να παραχθεί φάση -Fe κατά την αργή ψύξη. Οι μαλακές μαγνητικές ιδιότητες της φάσης -Fe σε θερμοκρασία δωματίου θα βλάψουν σοβαρά τη μαγνητική απόδοση του μαγνήτη, επομένως πρέπει να παρεμποδιστούν από την ταχεία ψύξη. Προκειμένου να ικανοποιήσει το επιθυμητό αποτέλεσμα ταχείας ψύξης για την αναστολή της παραγωγής της φάσης -Fe, η Showa Denko KK, ανέπτυξε την τεχνολογία Strip Casting και σύντομα έγινε τεχνολογία ρουτίνας στη βιομηχανία. Η ομοιόμορφη κατανομή της φάσης πλούσιας σε Nd και η ανασταλτική επίδραση στη φάση -Fe μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά τη συνολική περιεκτικότητα σε σπάνιες γαίες που ευνοούν την κατασκευή μαγνητών υψηλής απόδοσης και τη μείωση του κόστους.
Απώλεια υδρογόνου
Η συμπεριφορά υδρογόνωσης μετάλλων σπάνιων γαιών, κραμάτων ή διαμεταλλικών ενώσεων και οι φυσικοχημικές ιδιότητες του υδριδίου ήταν πάντα το σημαντικό ζήτημα στην εφαρμογή σπάνιων γαιών. Το πλινθίο κράματος Nd-Fe-B παρουσιάζει επίσης πολύ ισχυρή τάση υδρογόνωσης. Τα άτομα υδρογόνου εισέρχονται στην ενδιάμεση θέση μεταξύ της κύριας φάσης της διαμεταλλικής ένωσης και της οριακής φάσης των κόκκων πλούσια σε Nd και σχηματίζουν την ενδιάμεση ένωση. Στη συνέχεια η διατομική απόσταση αυξήθηκε και ο όγκος του πλέγματος επεκτάθηκε. Η προκύπτουσα εσωτερική τάση θα προκαλέσει ρωγμές στα όρια του κόκκου (διακοκκώδες κάταγμα), θραύση κρυστάλλου (διακρυσταλλικό κάταγμα) ή όλκιμο κάταγμα. Αυτές οι αποτριβές συνοδεύονται από τριξίματα και επομένως είναι γνωστές ως αποδυνάμωση υδρογόνου. Η διαδικασία απορρόφησης υδρογόνου του πυροσυσσωματωμένου μαγνήτη νεοδυμίου αναφέρεται επίσης ως διαδικασία HD. Η ρωγμή των ορίων των κόκκων και η θραύση των κρυστάλλων που προκλήθηκαν στη διαδικασία απορρόφησης υδρογόνου κατέστησαν τη σκόνη φυσικού Nd-Fe-B πολύ εύθραυστη και εξαιρετικά πλεονεκτική για την επακόλουθη διαδικασία άλεσης με πίδακα. Εκτός από την ενίσχυση της αποτελεσματικότητας της διαδικασίας άλεσης με πίδακα, η διαδικασία απορρόφησης υδρογόνου είναι επίσης ευνοϊκή για την προσαρμογή του μέσου μεγέθους σκόνης της λεπτής σκόνης.
Φρέζα με αεριωθούμενα
Η άλεση με πίδακα έχει αποδειχθεί ότι είναι η πιο πρακτική και αποτελεσματική λύση στη διαδικασία σκόνης. Άλεση με πίδακα που χρησιμοποιεί πίδακα αδρανούς αερίου υψηλής ταχύτητας για την επιτάχυνση της χονδροειδούς σκόνης σε υπερηχητική ταχύτητα και της σκόνης κρούσης μεταξύ τους. Ο βασικός σκοπός της διαδικασίας σκόνης είναι η αναζήτηση κατάλληλου μέσου μεγέθους σωματιδίων και κατανομής μεγέθους σωματιδίων. Η διαφορά των παραπάνω χαρακτηριστικών εμφανίζει διαφορετικά χαρακτηριστικά σε μακροσκοπικές κλίμακες που επηρεάζουν άμεσα το γέμισμα σκόνης, τον προσανατολισμό, τη συμπίεση, το ξεκαλούπωμα και τη μικροδομή που δημιουργείται στη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης, και στη συνέχεια επηρεάζουν ευαίσθητα τη μαγνητική απόδοση, τις μηχανικές ιδιότητες, τον θερμοηλεκτρισμό και τη χημική σταθερότητα του συντηγμένου μαγνήτη νεοδυμίου. Η ιδανική μικροδομή είναι λεπτός και ομοιόμορφος κόκκος κύριας φάσης που περιβάλλεται από λεία και λεπτή πρόσθετη φάση. Επιπλέον, η κατεύθυνση εύκολης μαγνήτισης του κόκκου κύριας φάσης θα πρέπει να είναι διατεταγμένη κατά την κατεύθυνση προσανατολισμού όσο το δυνατόν πιο συνεπής. Τα κενά, οι μεγάλοι κόκκοι ή η μαλακή μαγνητική φάση θα οδηγήσουν σε σημαντική μείωση της εγγενούς καταναγκασμού. Η παραμονή και το τετράγωνο της καμπύλης απομαγνήτισης θα μειωθούν ταυτόχρονα ενώ η κατεύθυνση εύκολης μαγνήτισης του κόκκου αποκλίνει από την κατεύθυνση προσανατολισμού. Έτσι, τα κράματα θα πρέπει να κονιοποιούνται στο μονοκρυσταλλικό σωματίδιο με διάμετρο από 3 έως 5 μικρά.
Συμπίεση
Η συμπίεση με προσανατολισμό μαγνητικού πεδίου αναφέρεται στη χρήση της αλληλεπίδρασης μεταξύ της μαγνητικής σκόνης και του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου για να ευθυγραμμιστεί η σκόνη κατά μήκος της κατεύθυνσης εύκολης μαγνήτισης και να γίνει σύμφωνη με την τελική κατεύθυνση μαγνήτισης. Η συμπίεση με προσανατολισμό μαγνητικού πεδίου είναι η πιο κοινή διαδρομή για την κατασκευή ανισότροπου μαγνήτη. Το κράμα Nd-Fe-B έχει θρυμματιστεί στο μονοκρυσταλλικό σωματίδιο σε προηγούμενη διαδικασία άλεσης με πίδακα. Το μονοκρυσταλλικό σωματίδιο είναι μονοαξονική ανισοτροπία και καθένα από αυτά έχει μόνο μια εύκολη κατεύθυνση μαγνήτισης. Η μαγνητική σκόνη θα μετατραπεί στον ενιαίο τομέα από πολλαπλούς τομείς υπό τη δράση εξωτερικού μαγνητικού πεδίου αφού γεμίσει χαλαρά στο καλούπι και στη συνέχεια προσαρμόσει τον άξονα c της κατεύθυνσης εύκολης μαγνήτισης ώστε να είναι συνεπής με την κατεύθυνση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου μέσω περιστροφής ή κίνησης. Ο άξονας C της σκόνης κράματος διατήρησε βασικά την κατάσταση διάταξης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συμπίεσης. Τα συμπιεσμένα μέρη θα πρέπει να προχωρήσουν σε επεξεργασία απομαγνήτισης πριν από το ξεκαλούπωμα. Ο πιο σημαντικός δείκτης της διαδικασίας συμπίεσης είναι ο βαθμός προσανατολισμού. Ο βαθμός προσανατολισμού των συντηγμένων μαγνητών νεοδυμίου καθορίζεται από διάφορους παράγοντες, όπως η ένταση του μαγνητικού πεδίου προσανατολισμού, το μέγεθος των σωματιδίων, η φαινόμενη πυκνότητα, η μέθοδος συμπίεσης, η πίεση συμπίεσης κ.λπ.
Πυροσυσσωμάτωση
Η πυκνότητα του συμπιεσμένου τμήματος μπορεί να επιτύχει περισσότερο από το 95% της θεωρητικής πυκνότητας μετά από επεξεργασμένη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης υπό υψηλό κενό ή καθαρή αδρανή ατμόσφαιρα. Επομένως, τα κενά στον πυροσυσσωματωμένο μαγνήτη νεοδυμίου είναι κλειστά, γεγονός που εξασφάλισε ομοιομορφία πυκνότητας μαγνητικής ροής και χημική σταθερότητα. Δεδομένου ότι οι μόνιμες μαγνητικές ιδιότητες των συντηγμένων μαγνητών νεοδυμίου σχετίζονται στενά με τη δική τους μικροδομή, η θερμική επεξεργασία μετά τη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης είναι επίσης κρίσιμη για την προσαρμογή της μαγνητικής απόδοσης, ιδιαίτερα της εγγενούς καταναγκασμού. Η οριακή φάση κόκκων πλούσια σε Nd χρησιμεύει ως η υγρή φάση που μπορεί να προωθήσει την αντίδραση πυροσυσσωμάτωσης και να αποκαταστήσει τα επιφανειακά ελαττώματα στον κόκκο της κύριας φάσης. Η θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης του μαγνήτη νεοδυμίου κυμαίνεται συνήθως από 1050 έως 1180 βαθμούς Κελσίου. Η υπερβολική θερμοκρασία θα οδηγήσει σε ανάπτυξη των κόκκων και θα μειώσει την εγγενή καταναγκασμό. Προκειμένου να επιτευχθεί η ιδανική εγγενής καταναγκασμός, το τετράγωνο της καμπύλης απομαγνήτισης και η μη αναστρέψιμη απώλεια υψηλής θερμοκρασίας, ο πυροσυσσωματωμένος μαγνήτης νεοδυμίου συνήθως χρειάζεται να επεξεργαστεί θερμική επεξεργασία σκλήρυνσης δύο σταδίων στους 900 και 500 βαθμούς Κελσίου.
Μηχανουργική κατεργασία
Εκτός από το κανονικό σχήμα με μέτριο μέγεθος, ο πυροσυσσωματωμένος μαγνήτης νεοδυμίου είναι δύσκολο να επιτύχει άμεσα το απαιτούμενο σχήμα και ακρίβεια διαστάσεων ταυτόχρονα λόγω των τεχνικών περιορισμών στη διαδικασία συμπίεσης με προσανατολισμό του μαγνητικού πεδίου, επομένως, η μηχανική κατεργασία είναι μια αναπόφευκτη διαδικασία για τον πυροσυσσωματωμένο μαγνήτη νεοδυμίου . Ως τυπικό κεραμομεταλλικό υλικό, ο πυροσυσσωματωμένος μαγνήτης νεοδυμίου είναι αρκετά σκληρός και εύθραυστος, τότε μόνο η κοπή, η διάτρηση και η λείανση μπορούν να εφαρμοστούν στη διαδικασία κατεργασίας του μεταξύ της συμβατικής τεχνολογίας κατεργασίας. Η κοπή λεπίδας συνήθως χρησιμοποιεί λεπίδα με επίστρωση διαμαντιού ή με επίστρωση CBN. Η κοπή καλωδίων και η κοπή με λέιζερ είναι κατάλληλα για την κατεργασία ειδικού σχήματος μαγνήτη, αλλά κατηγορούνται για χαμηλή απόδοση παραγωγής και υψηλό κόστος επεξεργασίας στο μεταξύ. Η διαδικασία διάτρησης του πυροσυσσωματωμένου μαγνήτη νεοδυμίου υιοθετείται κυρίως από διαμάντι και λέιζερ. Είναι απαραίτητο να επιλέξετε τη διαδικασία κοψίματος όταν η εσωτερική οπή του μαγνήτη δακτυλίου είναι μεγαλύτερη από 4 mm. Ως υποπροϊόν στη διαδικασία κοψίματος, ο επεξεργασμένος πυρήνας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή άλλου κατάλληλου μικρότερου μαγνήτη και έτσι να αυξήσει σημαντικά την αναλογία χρήσης υλικού. Ο τροχός λείανσης για λείανση αντιγραφής παράγεται με βάση την επιφάνεια λείανσης.
Επιφανειακή επεξεργασία
Η επιφανειακή προστατευτική επεξεργασία είναι μια απαραίτητη διαδικασία για τον μαγνήτη νεοδυμίου, ειδικά τον πυροσυσσωματωμένο μαγνήτη νεοδυμίου. Ο μαγνήτης πυροσυσσωματωμένου νεοδυμίου διαθέτει πολυφασική μικροδομή και αποτελείται από Nd2Fe14Β κύρια φάση, φάση πλούσια σε Nd και φάση πλούσια σε Β. Η πλούσια σε Nd φάση παρουσιάζει πολύ ισχυρή τάση οξείδωσης και θα αποτελέσει την κύρια μπαταρία με την κύρια φάση σε υγρό περιβάλλον. Μια μικρή ποσότητα στοιχείων υποκατάστασης είναι ικανή να ενισχύσει τη χημική σταθερότητα των μαγνητών, αλλά έχει το κόστος της μαγνητικής απόδοσης. Επομένως, η προστασία του πυροσυσσωματωμένου μαγνήτη νεοδυμίου στοχεύει κυρίως στην επιφάνειά του. Η επιφανειακή επεξεργασία του πυροσυσσωματωμένου μαγνήτη νεοδυμίου μπορεί να ταξινομηθεί σε υγρή και ξηρή διαδικασία. Η υγρή διαδικασία αναφέρεται σε μαγνήτες που επεξεργάζονται προστατευτική επεξεργασία επιφάνειας σε καθαρό νερό ή διάλυμα. Η υγρή διαδικασία περιλαμβάνει φωσφορικά, ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, ηλεκτρολυτική επίστρωση, ηλεκτροφόρηση, επίστρωση ψεκασμού και επίστρωση εμβάπτισης. Η ξηρή διαδικασία αναφέρεται σε μαγνήτες που επεξεργάζονται προστατευτική επεξεργασία επιφάνειας μέσω φυσικής ή χημικής διαδικασίας χωρίς επαφή με διάλυμα. Η ξηρή διεργασία περιέχει γενικά φυσική εναπόθεση ατμού (PVD) και χημική εναπόθεση ατμού (CVD).
Μαγνήτιση
Η πλειονότητα των μόνιμων μαγνητών μαγνητίζεται πριν από την χρήση για τις προβλεπόμενες εφαρμογές τους. Η διαδικασία μαγνήτισης αναφέρεται στην εφαρμογή ενός μαγνητικού πεδίου κατά μήκος της κατεύθυνσης προσανατολισμού του μόνιμου μαγνήτη και στην επίτευξη τεχνικού κορεσμού με την αυξημένη ένταση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Κάθε τύπος μόνιμου μαγνητικού υλικού χρειάζεται ξεχωριστή ένταση μαγνητικού πεδίου για να εκπληρώσει τον τεχνικό κορεσμό στην κατεύθυνση μαγνήτισης. Η παραμονή και η εγγενής καταναγκασμός θα είναι μικρότερες από τις οφειλόμενες τιμές, εκτός εάν η ισχύς του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου είναι μικρότερη από το μαγνητικό πεδίο τεχνικού κορεσμού. Ο μόνιμος μαγνήτης μπορεί να χωριστεί σε ισότροπο και ανισότροπο ανάλογα με το αν έχει εύκολη κατεύθυνση μαγνήτισης ή όχι. Ως ανισότροπος μαγνήτης με υψηλή εγγενή καταναγκασμό, ο συντηγμένος μαγνήτης νεοδυμίου πρέπει να μαγνητιστεί μέσω παλμικής μαγνήτισης. Ο πυκνωτής θα φορτιστεί μετά την ανόρθωση και στη συνέχεια η ηλεκτρική ενέργεια στον πυκνωτή θα εκφορτιστεί στιγμιαία στο μαγνητιστικό εξάρτημα. Το μαγνητιστικό εξάρτημα μπορεί να δημιουργήσει το παλμικό μαγνητικό πεδίο κατά τη διάρκεια του στιγμιαίου ισχυρού ρεύματος μέσω αυτού. Επομένως, ο μόνιμος μαγνήτης στο πηνίο θα μαγνητιστεί. Υπάρχουν διάφορα μοτίβα μαγνήτισης που μπορούν να επιτευχθούν στον πυροσυσσωματωμένο μαγνήτη νεοδυμίου, αρκεί να μην έρχονται σε αντίθεση με την κατεύθυνση προσανατολισμού του.
