O ímã de neodímio sinterizado é preparado com as matérias-primas sendo derretidas sob vácuo ou atmosfera inerte em um forno de fusão por indução, então processadas no fundidor de tiras e resfriadas para formar tiras de liga Nd-Fe-B. As tiras de liga são pulverizadas para formar um pó fino com vários mícrons de diâmetro. O pó fino é subsequentemente compactado em um campo magnético de orientação e sinterizado em corpos densos. Os corpos são então usinados em formas específicas, tratados na superfície e magnetizados.
Pesagem
A pesagem de matéria-prima qualificada está diretamente relacionada à precisão da composição do ímã. Pureza ou matéria-prima e estabilidade da composição química são a base da qualidade do produto. O ímã de neodímio sinterizado normalmente seleciona liga de terras raras como Praseodímio-Neodímio Pr-Nd mischmetal, Lantânio-Cério La-Ce mischmetal e liga de Disprósio Ferro Dy-Fe como material por razões de custo. Elementos de alto ponto de fusão Boro, Molibdênio ou Nióbio são adicionados na forma de ferroliga. Camada de ferrugem, inclusão, óxido e sujeira na superfície da matéria-prima precisam ser removidos por máquina de microjateamento. Além disso, a matéria-prima deve ter tamanho adequado para atender à eficiência no processo de fusão subsequente. O neodímio possui baixa pressão de vapor e propriedades químicas ativas, então o metal de terras raras existe um certo grau de perda por volatilização e perda por oxidação durante o processo de fusão, portanto, o processo de pesagem do ímã de neodímio sinterizado deve considerar adicionar metal de terras raras adicional para garantir a precisão da composição do ímã.
Fundição e fundição em tiras
A fusão e a fundição em tiras são cruciais para a composição, estado cristalino e distribuição de fase, impactando assim o processo subsequente e o desempenho magnético. A matéria-prima é aquecida até o estado fundido por meio de fusão por indução de média e baixa frequência sob vácuo ou atmosfera inerte. A fundição pode ser processada quando a liga fundida realiza homogeneização, exaustão e escória. Uma boa microestrutura de lingote fundido deve possuir cristal colunar bem desenvolvido e de tamanho fino, então a fase rica em Nd deve se distribuir ao longo do contorno do grão. Além disso, a microestrutura do lingote fundido deve estar livre da fase -Fe. O diagrama de fase Re-Fe indica que a liga ternária de terras raras é inevitável para produzir a fase -Fe durante o resfriamento lento. As propriedades magnéticas suaves da fase -Fe em temperatura ambiente danificarão seriamente o desempenho magnético do ímã, portanto, devem ser inibidas pelo resfriamento rápido. A fim de satisfazer o efeito de resfriamento rápido desejado para inibir a produção da fase -Fe, a Showa Denko KK desenvolveu a Tecnologia de Fundição em Tiras e logo se tornou uma tecnologia de rotina na indústria. A distribuição uniforme da fase rica em Nd e o efeito inibitório na fase -Fe podem efetivamente reduzir o conteúdo total de terras raras, o que é favorável à fabricação de ímãs de alto desempenho e à redução de custos.
Decrepitação do Hidrogênio
O comportamento de hidrogenação de metais de terras raras, ligas ou compostos intermetálicos e as propriedades físico-químicas do hidreto sempre foram questões importantes na aplicação de terras raras. O lingote de liga Nd-Fe-B também exibe uma tendência de hidrogenação muito forte. Átomos de hidrogênio entram no sítio intersticial entre a fase principal do composto intermetálico e a fase de contorno de grão rica em Nd e formam o composto intersticial. Então a distância interatômica aumenta e o volume da rede se expande. O estresse interno resultante produzirá rachaduras no contorno de grão (fratura intergranular), fratura de cristal (fratura transcristalina) ou fratura dúctil. Essas decrepitações vêm com rachaduras e, portanto, são conhecidas como decrepitações de hidrogênio. O processo de decrepitações de hidrogênio do ímã de neodímio sinterizado também é referenciado como processo HD. As rachaduras no contorno de grão e as fraturas de cristal geradas no processo de decrepitações de hidrogênio tornaram o pó de Nd-Fe-B muito frágil e altamente vantajoso para o processo de moagem a jato subsequente. Além de aumentar a eficiência do processo de moagem a jato, o processo de decrepitação de hidrogênio também é favorável para ajustar o tamanho médio do pó fino.
Fresagem a jato
A moagem a jato provou ser a solução mais prática e eficiente no processo de pó. A moagem a jato utiliza um jato de gás inerte de alta velocidade para acelerar o pó grosso para velocidade supersônica e impactar o pó um no outro. O propósito básico do processo de pó é buscar o tamanho médio de partícula apropriado e a distribuição do tamanho de partícula. A diferença das características acima exibe características diferentes em escalas macroscópicas que impactam diretamente no enchimento do pó, orientação, compactação, desmoldagem e microestrutura gerada no processo de sinterização, influenciando sensivelmente o desempenho magnético, propriedades mecânicas, termoeletricidade e estabilidade química do ímã de neodímio sinterizado. A microestrutura ideal é um grão fino e uniforme da fase principal cercado por uma fase adicional lisa e fina. Além disso, a direção de magnetização fácil do grão da fase principal deve ser organizada ao longo da direção de orientação o mais consistente possível. Vazios, grãos grandes ou fase magnética suave levarão a uma redução significativa na coercividade intrínseca. A remanência e a quadratura da curva de desmagnetização diminuirão simultaneamente enquanto a direção de magnetização fácil do grão se desvia da direção de orientação. Dessa forma, as ligas devem ser pulverizadas até formar partículas monocristalinas com diâmetro variando de 3 a 5 mícrons.
Compactação
A compactação da orientação do campo magnético é referida para utilizar a interação entre o pó magnético e o campo magnético externo para alinhar o pó ao longo da direção de magnetização fácil e torná-lo consistente com a direção de magnetização final. A compactação da orientação do campo magnético é o caminho mais comum para fabricar ímã anisotrópico. A liga Nd-Fe-B foi esmagada na partícula de cristal único no processo de moagem a jato anterior. A partícula de cristal único é anisotropia uniaxial e cada uma delas tem apenas uma direção de magnetização fácil. O pó magnético se transformará no domínio único de multidomínio sob a ação do campo magnético externo após ser preenchido frouxamente no molde, então ajuste seu eixo c de direção de magnetização fácil para ser consistente com a direção do campo magnético externo por meio de rotação ou movimento. O eixo C do pó de liga basicamente manteve seu status de arranjo durante o processo de compactação. As peças compactadas devem passar pelo tratamento de desmagnetização antes da desmoldagem. O índice mais importante do processo de compactação é o grau de orientação. O grau de orientação dos ímãs de neodímio sinterizados é determinado por vários fatores, incluindo a força do campo magnético de orientação, tamanho da partícula, densidade aparente, método de compactação, pressão de compactação, etc.
Sinterização
A densidade da parte compactada pode atingir mais de 95% da densidade teórica após o processo de sinterização processado sob alto vácuo ou atmosfera inerte pura. Portanto, os vazios no ímã de neodímio sinterizado são fechados, o que garante a uniformidade da densidade do fluxo magnético e a estabilidade química. Como as propriedades magnéticas permanentes dos ímãs de neodímio sinterizados estão intimamente relacionadas à sua própria microestrutura, o tratamento térmico após o processo de sinterização também é crítico para o ajuste do desempenho magnético, especialmente a coercividade intrínseca. A fase limite de grão rica em Nd está servindo como a fase líquida que é capaz de promover a reação de sinterização e restaurar defeitos de superfície no grão da fase principal. A temperatura de sinterização do ímã de neodímio geralmente varia de 1050 a 1180 graus Celsius. Temperatura excessiva levará ao crescimento do grão e diminuirá a coercividade intrínseca. Para obter coercividade intrínseca ideal, quadratura da curva de desmagnetização e perda irreversível em alta temperatura, o ímã de neodímio sinterizado geralmente precisa passar por um tratamento térmico de têmpera em dois estágios a 900 e 500 graus Celsius.
Usinagem
Além do formato regular com tamanho moderado, o ímã de neodímio sinterizado é difícil de atingir diretamente o formato e a precisão dimensional necessários de uma só vez devido às limitações técnicas no processo de compactação da orientação do campo magnético, portanto, a usinagem é um processo inevitável para o ímã de neodímio sinterizado. Como um material cermet típico, o ímã de neodímio sinterizado é consideravelmente duro e quebradiço, então há apenas corte, perfuração e retificação que podem ser aplicáveis ao seu processo de usinagem entre a tecnologia de usinagem convencional. O corte de lâmina normalmente utiliza lâmina revestida de diamante ou CBN. O corte com fio e o corte a laser são bem adequados para a usinagem de ímã de formato especial, mas acusados de baixa eficiência de produção e alto custo de processamento no meio tempo. O processo de perfuração do ímã de neodímio sinterizado é adotado principalmente por diamante e laser. É necessário selecionar o processo de trepanação quando o furo interno do ímã de anel for maior que 4 mm. Como subproduto no processo de trepanação, o núcleo trepanado pode ser usado para fabricar outro ímã menor adequado e, assim, aumentar significativamente a taxa de utilização do material. A roda de desbaste para retificação de cópias é produzida com base na superfície de desbaste.
Tratamento da superfície
O tratamento de proteção de superfície é um procedimento necessário para o ímã de Neodímio, especialmente o ímã de Neodímio sinterizado. O ímã de Neodímio sinterizado possui microestrutura multifásica e consiste em Nd2Fé14Fase principal B, fase rica em Nd e fase rica em B. A fase rica em Nd exibe uma tendência de oxidação muito forte e constituirá a bateria primária com a fase principal em ambiente úmido. Uma pequena quantidade de elementos substitucionais é capaz de aumentar a estabilidade química dos ímãs, mas custa o desempenho magnético. Portanto, a proteção do ímã de neodímio sinterizado é principalmente voltada para sua superfície. O tratamento de superfície do ímã de neodímio sinterizado pode ser classificado em processo úmido e processo seco. O processo úmido se refere a ímãs que são processados com tratamento de proteção de superfície em água pura ou solução. O processo úmido inclui fosfato, galvanoplastia, galvanoplastia, eletroforese, revestimento por pulverização e revestimento por imersão. O processo seco se refere a ímãs que são processados com tratamento de proteção de superfície por meio de processo físico ou químico sem contato com a solução. O processo seco geralmente contém deposição física de vapor (PVD) e deposição química de vapor (CVD).
Magnetização
A maioria dos ímãs permanentes são magnetizados antes de servir para suas aplicações pretendidas. O processo de magnetização se refere à aplicação de um campo magnético ao longo da direção de orientação do ímã permanente e à saturação técnica alcançada com o aumento da força do campo magnético externo. Cada tipo de material magnético permanente precisa de uma força de campo magnético distinta para cumprir a saturação técnica na direção da magnetização. A remanência e a coercividade intrínseca serão menores do que seus valores devidos, a menos que a força do campo magnético externo seja menor do que o campo magnético de saturação técnica. O ímã permanente pode ser dividido em tipo isotrópico e tipo anisotrópico de acordo com se tem uma direção de magnetização fácil ou não. Como um ímã anisotrópico com alta coercividade intrínseca, o ímã de neodímio sinterizado precisa ser magnetizado por meio de magnetização de impulso. O capacitor será carregado após a retificação, então a energia elétrica no capacitor descarrega instantaneamente para o dispositivo de magnetização. O dispositivo de magnetização pode gerar o campo magnético pulsado durante a forte corrente instantânea através dele. Portanto, o ímã permanente na bobina será magnetizado. Existem vários padrões de magnetização que podem ser obtidos em ímãs de neodímio sinterizados, desde que não entrem em conflito com sua direção de orientação.
