آهنرباهای نئودیمیم چگونه ساخته می شوند؟

آهنربای نئودیمیوم تف جوشی شده توسط مواد خام که در خلاء یا اتمسفر خنثی در یک کوره ذوب القایی ذوب می شوند، تهیه می شود، سپس در کاستور نواری پردازش می شود و برای تشکیل نوار آلیاژ Nd-Fe-B سرد می شود. نوارهای آلیاژی پودر می شوند تا پودر ریز با قطر چند میکرون تشکیل شود. پودر ریز متعاقباً در یک میدان مغناطیسی جهت‌گیری فشرده می‌شود و به اجسام متراکم تبدیل می‌شود. سپس اجسام به شکل‌های خاص ماشین‌کاری می‌شوند، سطح پردازش شده و مغناطیسی می‌شوند.

وزن کردن

توزین مواد خام واجد شرایط مستقیماً با دقت ترکیب آهنربا مرتبط است. خلوص یا مواد اولیه و پایداری ترکیب شیمیایی پایه و اساس کیفیت محصول است. آهنربای نئودیمیوم تف جوشی شده معمولاً آلیاژ خاکی کمیاب مانند میشمتال Praseodymium-Neodymium Pr-Nd، لانتانیم-سریم La-Ce و آلیاژ Dysprosium Iron Dy-Fe را به دلیل هزینه انتخاب می کند. عناصر با نقطه ذوب بالا بور، مولیبدن یا نیوبیم به روش فروآلیاژ اضافه می شوند. لایه زنگ زدگی، آخال، اکسید و کثیفی روی سطح مواد اولیه باید توسط دستگاه میکروبلاست حذف شود. علاوه بر این، مواد خام باید در اندازه مناسب باشد تا کارایی در فرآیند ذوب بعدی را برآورده کند. نئودیمیم دارای فشار بخار کم و خواص شیمیایی فعال است، سپس فلز خاکی کمیاب در طول فرآیند ذوب درجه خاصی از تبخیر و از دست دادن اکسیداسیون وجود دارد، بنابراین، فرآیند توزین آهنربای نئودیمیوم متخلخل باید اضافه کردن فلز خاکی کمیاب اضافی را برای اطمینان از دقت ترکیب آهنربا در نظر بگیرد.

ذوب و ریخته گری نواری

ذوب و ریخته گری نواری برای ترکیب، حالت کریستالی و توزیع فاز بسیار مهم است، بنابراین فرآیند بعدی و عملکرد مغناطیسی را تحت تأثیر قرار می دهد. مواد خام از طریق ذوب القایی با فرکانس متوسط ​​و پایین تحت خلاء یا اتمسفر بی اثر به حالت مذاب گرم می شوند. زمانی می توان ریخته گری را پردازش کرد که ذوب آلیاژ به همگن شدن، اگزوز و سرباره شدن پی برد. یک ریزساختار شمش ریخته‌گری شده خوب باید دارای کریستال ستونی با اندازه خوب و رشد یافته باشد، سپس فاز غنی از Nd باید در امتداد مرز دانه توزیع شود. بعلاوه، ریزساختار شمش ریخته گری باید عاری از فاز -Fe باشد. نمودار فاز Re-Fe نشان می دهد که آلیاژ سه تایی خاکی کمیاب برای تولید فاز -Fe در طول خنک شدن آهسته اجتناب ناپذیر است. خواص مغناطیسی نرم فاز -Fe در دمای اتاق به عملکرد مغناطیسی آهنربا آسیب جدی وارد می کند، بنابراین باید با خنک کردن سریع مهار شود. Showa Denko KK به منظور ارضای اثر خنک‌کننده سریع مورد نظر برای جلوگیری از تولید فاز -Fe، فناوری ریخته‌گری نواری را توسعه داد و به زودی به فناوری معمولی در صنعت تبدیل شد. توزیع یکنواخت فاز غنی از Nd و اثر بازدارندگی بر روی فاز -Fe می تواند به طور موثری محتوای کل خاک کمیاب را کاهش دهد که برای تولید آهنربا با کارایی بالا و کاهش هزینه مفید است.

کاهش هیدروژن

رفتار هیدروژناسیون فلزات خاکی کمیاب، آلیاژها یا ترکیبات بین فلزی و خصوصیات فیزیکوشیمیایی هیدرید همواره موضوع مهمی در کاربرد خاکی کمیاب بوده است. شمش آلیاژ Nd-Fe-B نیز تمایل بسیار قوی هیدروژناسیون را نشان می دهد. اتم های هیدروژن وارد محل بینابینی بین فاز اصلی ترکیب بین فلزی و فاز مرزی دانه غنی از Nd شده و ترکیب بینابینی را تشکیل می دهند. سپس فاصله بین اتمی افزایش یافت و حجم شبکه گسترش یافت. تنش داخلی حاصل باعث ایجاد ترک در مرز دانه (شکستگی بین دانه ای)، شکست کریستال (شکستگی ترانس کریستالی)، یا شکستگی شکل پذیر می شود. این ریزش ها همراه با ترقه زدن هستند و به همین دلیل به عنوان کاهش جریان هیدروژنی شناخته می شوند. فرآیند کاهش هیدروژن آهنربای نئودیمیوم متخلخل نیز به عنوان فرآیند HD ذکر شده است. ترک مرز دانه و شکست کریستال که در فرآیند کاهش هیدروژن ایجاد شد، پودر دوره Nd-Fe-B را بسیار شکننده و برای فرآیند فرز جت بعدی بسیار شکننده کرد. علاوه بر افزایش کارایی فرآیند فرز جت، فرآیند کاهش هیدروژن نیز برای تنظیم متوسط ​​اندازه پودر پودر ریز مطلوب است.

فرز جت

فرز جت ثابت کرده است که عملی ترین و کارآمدترین راه حل در فرآیند پودر است. فرز جت با استفاده از یک جت با سرعت بالا از گاز بی اثر برای شتاب دادن پودر درشت به سرعت مافوق صوت و ضربه پودر به یکدیگر. هدف اصلی فرآیند پودر، جستجوی اندازه متوسط ​​ذرات و توزیع اندازه ذرات مناسب است. تفاوت ویژگی‌های فوق ویژگی‌های متفاوتی را در مقیاس‌های ماکروسکوپی نشان می‌دهد که مستقیماً بر پر کردن پودر، جهت‌گیری، فشرده‌سازی، قالب‌گیری و ریزساختار تولید شده در فرآیند تف جوشی تأثیر می‌گذارد و سپس بر عملکرد مغناطیسی، خواص مکانیکی، ترموالکتریک و پایداری شیمیایی آهنربای نئودیمیم متخلخل تأثیر می‌گذارد. ریزساختار ایده آل دانه فاز اصلی ریز و یکنواخت است که توسط فاز اضافی صاف و نازک احاطه شده است. علاوه بر این، جهت مغناطیسی آسان دانه فاز اصلی باید در جهت جهت گیری تا حد امکان هماهنگ باشد. حفره ها، دانه های درشت یا فاز مغناطیسی نرم منجر به کاهش قابل توجهی در اجبار ذاتی می شود. باقی ماندن و مربع بودن منحنی مغناطیس زدایی به طور همزمان کاهش می یابد در حالی که جهت مغناطیسی آسان دانه از جهت جهت گیری منحرف می شود. بنابراین، آلیاژها باید به ذرات تک کریستالی با قطر 3 تا 5 میکرون تبدیل شوند.

فشرده سازی

فشرده سازی جهت میدان مغناطیسی به استفاده از تعامل بین پودر مغناطیسی و میدان مغناطیسی خارجی برای تراز کردن پودر در امتداد جهت مغناطیسی آسان و سازگار کردن آن با جهت مغناطیسی نهایی گفته می شود. فشرده سازی جهت میدان مغناطیسی رایج ترین مسیر برای ساخت آهنربای ناهمسانگرد است. آلیاژ Nd-Fe-B در فرآیند آسیاب جت قبلی به ذره تک کریستالی خرد شده است. ذرات تک کریستالی ناهمسانگردی تک محوری هستند و هر یک از آنها فقط یک جهت مغناطیسی آسان دارند. پودر مغناطیسی پس از پر شدن آزادانه در قالب، از چند دامنه تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی به یک دامنه منفرد تبدیل می‌شود، سپس جهت مغناطیسی آسان آن را تنظیم می‌کند تا از طریق چرخش یا حرکت با جهت میدان مغناطیسی خارجی سازگار باشد. محور C پودر آلیاژ اساساً وضعیت آرایش خود را در طول فرآیند فشرده سازی حفظ کرد. قطعات فشرده باید قبل از قالب‌گیری، عملیات مغناطیسی زدایی را انجام دهند. مهمترین شاخص فرآیند تراکم درجه جهت گیری است. درجه جهت گیری آهنرباهای نئودیمیوم متخلخل توسط عوامل مختلفی تعیین می شود، از جمله قدرت میدان مغناطیسی جهت، اندازه ذرات، چگالی ظاهری، روش فشرده سازی، فشار تراکم و غیره.

تف جوشی

چگالی قطعه متراکم شده می تواند بیش از 95 درصد چگالی تئوری را پس از فرآیند تف جوشی پردازش شده تحت خلاء بالا یا جو بی اثر خالص به دست آورد. بنابراین، حفره‌های موجود در آهنربای نئودیمیوم متخلخل بسته می‌شوند که یکنواختی چگالی شار مغناطیسی و پایداری شیمیایی را تضمین می‌کند. از آنجایی که خواص مغناطیسی دائمی آهنرباهای نئودیمیوم تف جوشی شده ارتباط نزدیکی با ریزساختار خود دارد، عملیات حرارتی پس از فرآیند تف جوشی نیز برای تنظیم عملکرد مغناطیسی، به ویژه اجبار ذاتی، حیاتی است. فاز مرزی دانه غنی از Nd به عنوان فاز مایعی عمل می کند که می تواند واکنش تف جوشی را ارتقا دهد و عیوب سطح دانه فاز اصلی را بازگرداند. دمای تف جوشی آهنربای نئودیمیوم معمولاً بین 1050 تا 1180 درجه سانتیگراد است. دمای بیش از حد منجر به رشد دانه و کاهش اجبار ذاتی می شود. برای به دست آوردن اجبار ذاتی ایده آل، مربع بودن منحنی مغناطیس زدایی و تلفات برگشت ناپذیر در دمای بالا، آهنربای نئودیمیوم متخلخل معمولاً نیاز به پردازش حرارتی حرارتی دو مرحله ای در دمای 900 و 500 درجه سانتیگراد دارد.

ماشینکاری

علاوه بر شکل منظم با اندازه متوسط، آهنربای نئودیمیم متخلخل به دلیل محدودیت‌های فنی در فرآیند فشرده‌سازی جهت میدان مغناطیسی، به سختی می‌توان مستقیماً شکل و دقت ابعادی مورد نیاز را در یک زمان به دست آورد، بنابراین، ماشین‌کاری فرآیندی اجتناب‌ناپذیر برای آهنربای نئودیمیوم متخلخل است. . آهنربای نئودیمیوم متخلخل به عنوان یک ماده سرمتی معمولی، سخت و شکننده است، پس فقط برش، حفاری و سنگ زنی می تواند در فرآیند ماشینکاری آن در میان تکنولوژی ماشینکاری معمولی قابل استفاده باشد. برش تیغه معمولاً از تیغه با پوشش الماس یا پوشش CBN استفاده می کند. برش سیم و برش لیزری به خوبی برای ماشینکاری آهنربای شکل خاص مناسب است، اما در عین حال متهم به راندمان تولید پایین و هزینه پردازش بالا است. فرآیند حفاری آهنربای نئودیمیم متخلخل عمدتاً از الماس و لیزر استفاده می شود. زمانی که سوراخ داخلی آهنربای حلقه بزرگتر از 4 میلی متر باشد، فرآیند ترپنینگ ضروری است. به عنوان محصول جانبی در فرآیند ترپنینگ، هسته ترپن شده را می توان برای ساخت آهنربای کوچکتر مناسب دیگر استفاده کرد و بنابراین نسبت استفاده از مواد را به طور قابل توجهی افزایش داد. چرخ سنگ زنی برای سنگ زنی کپی بر اساس سطح سنگ زنی تولید می شود.

درمان سطحی

عملیات حفاظتی سطح یک روش ضروری برای آهنربای نئودیمیوم، به ویژه آهنربای نئودیمیوم متخلخل است. آهنربای نئودیمیوم متخلخل دارای ریزساختار چند فازی است و از Nd تشکیل شده است₂Fe₁₄فاز اصلی B، فاز غنی از Nd و فاز غنی از B. فاز غنی از Nd تمایل بسیار زیادی به اکسیداسیون دارد و باتری اولیه را با فاز اصلی در محیط مرطوب تشکیل می دهد. مقدار کمی از عناصر جایگزین قادر به افزایش پایداری شیمیایی آهن ربا است، اما به قیمت عملکرد مغناطیسی است. بنابراین، حفاظت از آهنربای نئودیمیوم متخلخل در درجه اول در سطح آن است. عملیات سطحی آهنربای نئودیمیوم متخلخل را می توان به فرآیند مرطوب و فرآیند خشک طبقه بندی کرد. فرآیند مرطوب به آهنرباها اشاره دارد که در آب خالص یا محلول پردازش می شوند. فرآیند مرطوب شامل فسفات، آبکاری الکتریکی، آبکاری الکتریکی، الکتروفورز، پوشش اسپری و پوشش غوطه وری است. فرآیند خشک به آهنرباها اشاره دارد که از طریق فرآیند فیزیکی یا شیمیایی بدون تماس با محلول، عملیات محافظتی سطح را پردازش می کنند. فرآیند خشک به طور کلی شامل رسوب بخار فیزیکی (PVD) و رسوب بخار شیمیایی (CVD) است.

مغناطیس سازی

اکثر آهنرباهای دائمی قبل از استفاده برای کاربردهای مورد نظر خود مغناطیسی می شوند. فرآیند مغناطیسی به اعمال میدان مغناطیسی در جهت جهت مغناطیسی دائمی اشاره دارد و با افزایش قدرت میدان مغناطیسی خارجی به اشباع فنی دست می یابد. هر نوع ماده مغناطیسی دائمی به قدرت میدان مغناطیسی مشخصی نیاز دارد تا اشباع فنی در جهت مغناطیسی را برآورده کند. ماندگاری و اجبار ذاتی کمتر از مقادیر تعیین شده خواهد بود مگر اینکه قدرت میدان مغناطیسی خارجی کمتر از میدان مغناطیسی اشباع فنی باشد. آهنربای دائمی را می توان با توجه به اینکه آیا جهت مغناطیسی آسان دارد یا نه به دو نوع همسانگرد و ناهمسانگرد تقسیم کرد. به عنوان یک آهنربای ناهمسانگرد با اجبار ذاتی بالا، آهنربای نئودیمیوم متخلخل باید از طریق مغناطش ضربه ای مغناطیسی شود. خازن پس از یکسوسازی شارژ می شود، سپس انرژی الکتریکی در خازن تخلیه آنی به فیکسچر مغناطیسی می شود. دستگاه مغناطیسی می تواند میدان مغناطیسی پالسی را در طول جریان قوی آنی از طریق آن ایجاد کند. بنابراین آهنربای دائمی در سیم پیچ مغناطیسی می شود. الگوهای مغناطیسی مختلفی وجود دارد که می توان روی آهنربای نئودیمیوم متخلخل به دست آورد تا زمانی که با جهت جهت آن در تضاد نباشد.