Jak produkowane są magnesy neodymowo-żelazowo-borowe (NdFeB)?

We współczesnym przemyśle Magnesy NdFeB nazywane są „Królami Magnesów” ze względu na swoje wyjątkowe właściwości magnetyczne. Od silników wibracyjnych smartfonów i silników napędowych pojazdów elektrycznych po turbiny wiatrowe – ten potężny magnes jest wszechobecny.

I. Przygotowanie surowców: precyzyjna sztuka formułowania

Pierwszym krokiem w produkcji magnesów NdFeB jest selekcja i dozowanie surowców. Jego głównymi składnikami są metale ziem rzadkich: neodym (Nd), żelazo (Fe) i bor (B). Aby poprawić odporność magnesu na wysokie temperatury i koercję, producenci zazwyczaj dodają niewielkie ilości pierwiastków pomocniczych, takich jak dysproz (Dy), terb (Tb) i miedź (Cu).

Ostrożne dozowanie: Surowce metalowe o wysokiej czystości są precyzyjnie odważane zgodnie z wymaganiami gatunku materiału magnetycznego (np. N35, N52, 50SH itp.).

II. Topienie próżniowe i szybkie zestalanie

Ponieważ neodym bardzo łatwo utlenia się w wysokich temperaturach, proces topienia należy prowadzić w próżni lub w osłonie gazu obojętnego o wysokiej czystości.

Topienie: Przygotowane surowce umieszcza się w próżniowym piecu indukcyjnym i podgrzewa do stopienia.

Szybkie krzepnięcie (SC): To kluczowy krok w nowoczesnej produkcji. Stopiony stop jest natryskiwany na szybko obracający się, chłodzony wodą, miedziany wałek, który szybko schładza się i krzepnie, tworząc ultracienki pasek stopu. Technologia ta pozwala uzyskać drobniejsze i bardziej jednolite ziarna, co stanowi podstawę do późniejszej produkcji magnesów o wysokiej wydajności.

III. Kruszenie wodoru i mielenie strumieniowe

Aby uzyskać dobrą anizotropię magnetyczną, arkusz stopu należy pokruszyć na proszek o wielkości mikrona.

Kruszenie wodoru (HD): Wykorzystując właściwości absorpcji wodoru i rozszerzalności metali ziem rzadkich, w pasku stopu powstają mikropęknięcia, powodując jego sproszkowanie.

Frezowanie strumieniowe: Za pomocą naddźwiękowego przepływu powietrza proszek zderza się ze sobą, rozdrobniając go na drobny proszek o średniej wielkości cząstek około 3-5 mikrometrów. Podczas tego procesu zawartość tlenu musi być ściśle kontrolowana.

IV. Orientacja i kształtowanie pola magnetycznego

Jest to kluczowy krok w określeniu kierunku pola magnetycznego Magnesy NdFeB .

Naciśnięcie: Drobny proszek umieszcza się w formie i prasuje pod silnym zewnętrznym polem magnetycznym. Długie osie cząstek proszku magnetycznego układają się dokładnie pod wpływem pola magnetycznego (tj. orientacji).

Prasowanie izostatyczne: Po wstępnym prasowaniu surowy półfabrykat zwykle poddaje się prasowaniu izostatycznemu na zimno, aby zapewnić jednolitą gęstość i zapobiec odkształceniom podczas spiekania.

V. Spiekanie próżniowe i obróbka cieplna

Spiekanie jest najważniejszym krokiem w poprawie gęstości i właściwości magnetycznych magnesów NdFeB.

Spiekanie: Zielony blankiet jest podgrzewany w środowisku próżniowym w wysokiej temperaturze (około 1000°C - 1100°C). Podczas tego procesu pomiędzy cząsteczkami zachodzą reakcje fizykochemiczne, powodujące skurcz objętościowy i zwiększoną gęstość, tworząc gęsty metalowy blok.

Odpuszczanie: Dwustopniowa obróbka cieplna reguluje rozkład faz granicznych ziaren, optymalizując koercję i produkt energetyczny materiału magnetycznego.

VI. Obróbka skrawaniem i powlekanie powierzchni

Magnesy spiekane to zazwyczaj duże, kwadratowe lub cylindryczne półfabrykaty o chropowatych powierzchniach, które łatwo ulegają korozji.

Obróbka: Duże bloki materiału są obrabiane do precyzyjnych wymiarów wymaganych przez klienta za pomocą maszyn do cięcia drutu, szlifowania lub krojenia.

Obróbka powierzchniowa: Magnesy neodymowo-żelazowo-borowe (NdFeB) są bardzo podatne na utlenianie, dlatego niezbędna jest obróbka antykorozyjna. Typowe metody powlekania obejmują cynkowanie, powlekanie niklem, miedzią i niklem oraz powlekanie żywicą epoksydową w celu przedłużenia ich żywotności w złożonych środowiskach.

VII. Magnetyzacja i testowanie

Ostatnim krokiem jest nadanie magnesowi „duszy”.

Namagnesowanie: Gotowy magnes umieszcza się w ultrasilnym pulsacyjnym polu magnetycznym, co powoduje, że jego wewnętrzne momenty magnetyczne całkowicie pokrywają się z kierunkiem orientacji, generując niezwykle silną remanencję.

Testowanie jakości: Poprzez pomiar krzywej rozmagnesowania, testy w wysokiej i niskiej temperaturze oraz testy w komorze solnej Magnesy NdFeB gwarantuje zgodność ze specyfikacją wydajności.

Produkcja magnesów NdFeB to złożony proces obejmujący inżynierię materiałową, technologię próżniową i precyzyjną obróbkę. To dzięki tak rygorystycznym procesom ten materiał z magnesami trwałymi zawierający pierwiastki ziem rzadkich uwalnia swoją zadziwiającą energię, napędzając ciągły rozwój nowoczesnej technologii.