תהליך הכנה של מגנטים מסוג NdFeB מחוטאים-(1) הכנת חומר גלם

מגנטים מרוסקים משתמשים בדרך כלל במתכות טהורות או בסגסוגות ביניים כחומרי גלם. הם משתמשים בעקרון חימום אינדוקציה אלקטרומגנטי של שדות מגנטיים מתחלפים כדי ליצור זרמי מערבולת בחומרי הגלם. חומרי הגלם מותכים באינדוקציה בתדר בינוני ונמוך בסביבת ואקום או גז אינרטי כך שחומרי הגלם מתחממים ומומסים. את ההמסה מערבבים להומוגנית. נקודות ההיתוך של מתכות אדמה נדירות הן בין 800 ל-1500 מעלות, Fe ו-Co הן 1536 מעלות ו-1495 מעלות בהתאמה, ו-B טהור גבוה עד 2077 מעלות. נקודות ההיתוך של כמה מתכות בנקודת התכה גבוהה המשמשות כתוספות כגון Ti, Cr, Mo או Nb הן ב-1600 ~ 3400 מעלות. בהתחשב בדיכוי הנידוף של יסודות אדמה נדירים, טמפרטורת ההיתוך נשלטת בדרך כלל ב-1000 ~ 1600 מעלות. היסודות בעלי נקודת התכה גבוהה מומסים על ידי סגסוג של התכת מתכת אדמה נדירה, או סגסוגות של יסודות בעלי נקודת התכה גבוהה (בדרך כלל סגסוגות ברזל) משמשות ישירות כחומרי גלם, כגון B-Fe (נקודת התכה ~ 1500 מעלות ), סגסוגת Nb-Fe (נקודת התכה ~1600 מעלות ) וכו'. כדי להבטיח סביבה דלת חמצן להתכה ויציקה, יש צורך לפנות את גופי תנור ההיתוך והיציקה ולרוקן לחלוטין את הרכיבים וחומרי הגלם ב את התנור. רמת הוואקום בדרך כלל מגיעה ל-10-2~10-3.

גוף התנור מחומם קצב עליית הלחץ (שחרור גז פנימי וזליגת אוויר חיצונית) גם צריך להיות בשליטה ברמה נמוכה. לדוגמה, עבור תנור התכה עם קיבולת של 1t, קצב עליית הלחץ צריך להיות נמוך מ-5×10-4~1×10-3 L/s. התכה בוואקום יכולה לרוקן לחלוטין את הנוזל המותך, להסיר זיהומים בעלי רתיחה נמוכה ויסודות גז מזיקים ולשפר את טוהר הסגסוגת. עם זאת, מכיוון שלחץ האדים של מתכות אדמה נדירות הוא נמוך מאוד (פחות מ-1 Pa), אובדן הנידוף הוא ניכר מאוד, ולכן הוא משמש בדרך כלל במהלך תהליך ההיתוך. גוף התנור מלא בגז אינרטי כדי להגביר את לחץ האוויר הסביבתי כדי לדכא את הנידוף של כדורי אדמה נדירים. נוח יותר להשתמש בגז ארגון בטוהר גבוה, שבדרך כלל מלא עד לרמה של 50kPa. לאחר ההמסה של הסגסוגת הומוגנית, מאווררת והשלמה מלאה של הגילוח, ניתן להתחיל את היציקה. יציקת סגסוגת היא תהליך קריטי מאוד מכיוון שההרכב, מצב ההתגבשות וההפצה המרחבית של השלבים הם קריטיים לביצועים של המגנט המוטבע. מטיל הסגסוגת חווה "כדורי תותח" כבדים, "ספרים" בעובי 20 מ"מ, ו"פנקייקים" בקוטר 5 מ"מ. "נכון לעכשיו, הוא התפתח לפתיתים מהירים בעובי של 0.3 מ"מ בלבד. מקורבים בתעשייה עשו מאמצים שונים כדי למנוע הפרדת רכיבים ויצירת שלבי טומאה ולהפצה סבירה של התפלגות שלבים עשירים בניאודימיום.

1. התכה

חומרי גלם של אדמה נדירה בדרך כלל לובשים צורה של מתכות טהורות וסגסוגות אדמה נדירות נבחרות לעתים קרובות מסיבות עלות, כגון מתכת פרסאודימיום ומתכת ניאודימיום, מתכת לנתנום וצריום, אדמה נדירה מעורבת וסגסוגות ברזל דיספרוזיום וכו'; רכיבי יסוד בנקודת התכה גבוהה (כגון: B, Mo, Nb וכו') הוא מתווסף בעיקר בצורה של סגסוגת ברזל. למגנטים Nd-Fe-B יש את המאפיינים של פאזות רב-מתכתיות. השלב העשיר ב-Nd הוא תנאי הכרחי לכפייה גבוהה, וגם השלב העשיר ב-B חייב להתקיים במקביל. לכן, כדור הארץ הנדיר ו-B בנוסחה המקורית נדרשים בדרך כלל להיות גבוהים יותר מהרכיבים החיוביים של R2Fe14B, אך לפעמים כדי להתאים את הרכב שלב גבול הדגן (במיוחד כאשר מוסיפים Cu, Al ו-Ga), ה-B התוכן נמוך מעט מהרכיב החיובי. עקב התגובה בין מתכות אדמה נדירות לחומרי כור היתוך והתנדפות במהלך ההתכה והסינטר, יש לקחת בחשבון כמות מסוימת של אובדן של מתכות אדמה נדירות בעת הניסוח. כדי להפחית את תכולת הטומאה בסגסוגת, יש לשלוט בקפדנות על טוהר חומרי הגלם, ולהסיר לחלוטין את שכבת התחמוצת והקבצים המצורפים על פני השטח. מקור החום של התכת אינדוקציה בתדר בינוני ונמוך הוא זרם המערבולת המושרה שנוצר בחומר הגלם על ידי השדה המגנטי המתחלף. השפעת העור של זרם המערבולת גורמת לזרם להתרכז על פני חומר הגלם. אם גודל בלוק חומר הגלם גדול מדי, זרם המערבולת אינו יכול לחדור למרכז הבלוק, ורק את הליבה ניתן להמיס על ידי הולכת חום, שהיא מאוד לא ריאלית בייצור בפועל. לכן יש להתאים את גודל חומר הגלם לפי בחירת התדר ולשלוט לפי 3 עד 6 מעומק העור. האיור שלהלן מציג את הקשר בין תדר הספק - עומק העור - וגודל חומר הגלם. ניתן לראות שככל שהתדירות גבוהה יותר, כך אפקט העור משמעותי יותר, וגודל חומר הגלם הנדרש קטן יותר.

בחירת תדירות ההיתוך כפופה לפונקציה חשובה נוספת של התכת אינדוקציה - ערבוב אלקטרומגנטי, המשתמש באינטראקציה של הכוח בין המתכת המותכת לשדה המגנטי המתחלף כדי לקדם התכה של מוצקים לא מומסים וההומוגניזציה של המתכת המותכת. הכוח האלקטרומגנטי הגודל הוא ביחס הפוך לשורש הריבועי של התדר הנוכחי. תדר גבוה מדי יחליש את אפקט הערבול האלקטרומגנטי של ספק הכוח המתחלף. פס התדרים המשמש בייצור בפועל הוא סביב 1000~2500Hz, ויש לשלוט בגודל חומר הגלם מתחת ל-100 מ"מ.

הערימה של חומרי הגלם בכור ההיתוך חייבת לקחת בחשבון את ההתפלגות המרחבית של השדה המגנטי המושרה והטמפרטורה במהלך תהליך ההיתוך. בדרך כלל, סליל האינדוקציה כרוך סביב החלק החיצוני של כור ההיתוך. השדה המגנטי הוא החזק ביותר בחלק הפנימי של כור ההיתוך ונחלש בהדרגה לכיוון המרכז, אך הצדדים, התחתון והחלק העליון של הכור היתוך הפתח הוא הדרך העיקרית לבריחת חום, ולכן הטמפרטורה של הצד התחתון של הכור ההיתוך. הוא באמצע, הטמפרטורה של השכבה העליונה ואמצע התחתונה נמוכה יותר, והטמפרטורה של החלק האמצעי היא הגבוהה ביותר. לכן, בעת העמסה, רצוי להניח חתיכות קטנות של חומרים בעלי נקודת התכה נמוכה בצפיפות בתחתית כור ההיתוך; יש למקם חומרים בנקודת התכה גבוהה וחתיכות גדולות של חומרים בחלקים האמצעיים והתחתונים; יש למקם חלקים גדולים של חומרים בנקודת התכה נמוכה בחלק העליון ולהיות משוחררים כדי למנוע גישור. כיום, נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיית יציקת התכה מתמשכת. חומרי גלם מתווספים ברציפות לכור היתוך בטמפרטורות גבוהות דרך תא טעינה. כדי לשלוט על הנידוף של חומרי אדמה נדירים, בדרך כלל מוסיפים תחילה ברזל טהור כדי להמיס אותו, לאחר מכן מוסיפים מתכות או סגסוגות גבוהות בנקודת התכה וברצף, ולבסוף מוסיפים אדמה נדירה.

2. ליהוק

סגסוגות בינאריות או משולשות של אדמה נדירה מייצרות בהכרח שלבי -Co או -Fe בתנאי קירור איטיים (קרוב לשיווי משקל). התכונות המגנטיות הרכות שלהם בטמפרטורת החדר יפגעו קשות בתכונות המגנט הקבוע של המגנטים ויש לקרר אותם במהירות כדי לעכב את היווצרותם.

כדי להשיג את אפקט הקירור המהיר הנדרש, הטכנולוגיה המסורתית של יציקת תבנית מטיל פועלת להפחתת עובי מטיל הסגסוגת. היתרונות של יציקת תבנית מטיל הם עלות ציוד נמוכה, פעולה פשוטה ויכולת לעמוד בדרישות ייצור מגנטים כלליות. החיסרון הוא שגודל הגרגירים אינו אחיד ושלבי -Co או -Fe נושרים לעתים קרובות. טיפול בחום ארוך טווח של מטילי סגסוגת בטמפרטורות מתחת לנקודת ההיתוך של הסגסוגת יכול לסייע בביטול שלב -Co או -Fe, אך הוא יגרום להצטברות של פאזות עשירות ב-Nd, שאינה תורמת לפיזור אופטימלי של הדגן. שלבי גבול במגנטים מחוטאים.

כדי לצמצם עוד יותר את עובי מטיל הסגסוגת, פותח מבנה "מגרד דיסק" הדומה למריחת פנקייק, מה שגרם לעובי הסגסוגת להגיע לכ-1 ס"מ. עם זאת, הגידול בשטח הסגסוגת הביא צרות רבות לאיסוף תנורי התכה בעלי קיבולת גדולה. . נתיב פיתוח טכנולוגי אפקטיבי נוסף הולך בכיוון ההפוך, החל מקצב הקירור הגבוה ביותר להכנת סגסוגות Nd-Fe-B המרווה במהירות, ומנסה להפחית את קצב הקירור להכנת סגסוגות גבישיות המתקררות במהירות, הנקראות רצועות. טכנולוגיה של יציקה או נתזים מהירים (יציקת רצועות או SC) נוצרה. הוא יוצק את הסגסוגת המותכת דרך שוקת הסחה אל גלגל מתכת המסתובב במהירות שמקורר מים כדי להשיג עובי 0.2~0.6 מ"מ, הרכב פאזה ומרקם אידיאליים. פתיתי סגסוגת. במבנה הסגסוגת היצוקה ברצועה, הפיזור האחיד של הפאזה העשירה ב-Nd ודיכוי -Fe מפחיתים את סך תכולת האדמה הנדירה, מה שמועיל להשגת מגנטים בעלי ביצועים גבוהים והפחתת עלויות המגנטים; החיסרון הוא שבשל הפחתת חלק הנפח של פאזה עשירה ב-Nd, בהשוואה למגנטים המיוצרים ביציקת תבנית מטיל, שבריריות המגנטים גוברת והעיבוד שלאחר העיבוד הופך לקשה יותר.