Nam châm Neodymium thiêu kết được chế tạo bằng cách nung chảy nguyên liệu thô trong môi trường chân không hoặc khí trơ trong lò nung cảm ứng, sau đó được xử lý trong máy đúc dải và làm nguội để tạo thành dải hợp kim Nd-Fe-B. Dải hợp kim được nghiền thành bột mịn có đường kính vài micron. Bột mịn sau đó được nén chặt trong từ trường định hướng và thiêu kết thành các khối đặc. Sau đó, các khối được gia công theo các hình dạng cụ thể, xử lý bề mặt và từ hóa.
Cân nặng
Việc cân nguyên liệu thô đủ tiêu chuẩn có liên quan trực tiếp đến độ chính xác của thành phần nam châm. Độ tinh khiết hoặc nguyên liệu thô và độ ổn định của thành phần hóa học là nền tảng của chất lượng sản phẩm. Nam châm Neodymium thiêu kết thường chọn hợp kim đất hiếm như Praseodymium-Neodymium Pr-Nd mischmetal, Lanthanum-Cerium La-Ce mischmetal và Dysprosium Iron Dy-Fe hợp kim làm vật liệu vì lý do chi phí. Nguyên tố có điểm nóng chảy cao Boron, Molypden hoặc Niobium được thêm vào theo cách hợp kim ferro. Lớp gỉ, tạp chất, oxit và bụi bẩn trên bề mặt nguyên liệu thô cần được loại bỏ bằng máy phun cát vi mô. Ngoài ra, nguyên liệu thô phải có kích thước phù hợp để đáp ứng hiệu quả trong quá trình nấu chảy tiếp theo. Neodymium có áp suất hơi thấp và các đặc tính hóa học hoạt động, sau đó kim loại đất hiếm tồn tại một mức độ nhất định bị mất do bay hơi và mất oxy hóa trong quá trình nấu chảy, do đó, quá trình cân nam châm Neodymium thiêu kết nên cân nhắc thêm kim loại đất hiếm bổ sung để đảm bảo độ chính xác của thành phần nam châm.
Đúc nóng chảy và đúc dải
Quá trình nấu chảy và đúc dải đóng vai trò quan trọng đối với thành phần, trạng thái tinh thể và sự phân bố pha, do đó ảnh hưởng đến quá trình tiếp theo và hiệu suất từ tính. Nguyên liệu thô được nung nóng đến trạng thái nóng chảy thông qua quá trình nấu chảy cảm ứng tần số trung bình và thấp trong môi trường chân không hoặc khí trơ. Quá trình đúc có thể được xử lý khi hợp kim nóng chảy đạt được sự đồng nhất, xả và tạo xỉ. Một cấu trúc vi mô thỏi đúc tốt phải có tinh thể dạng cột phát triển tốt và có kích thước mịn, sau đó pha giàu Nd phải phân bố dọc theo ranh giới hạt. Ngoài ra, cấu trúc vi mô thỏi đúc phải không có pha -Fe. Biểu đồ pha Re-Fe chỉ ra rằng hợp kim ba thành phần đất hiếm chắc chắn sẽ tạo ra pha -Fe trong quá trình làm nguội chậm. Tính chất từ mềm ở nhiệt độ phòng của pha -Fe sẽ làm hỏng nghiêm trọng hiệu suất từ tính của nam châm, do đó phải được ức chế bằng cách làm nguội nhanh. Để đáp ứng hiệu ứng làm nguội nhanh mong muốn nhằm ức chế quá trình tạo ra pha -Fe, Showa Denko KK đã phát triển Công nghệ đúc dải và sớm trở thành công nghệ thường quy trong ngành. Sự phân bố đồng đều của pha giàu Nd và tác dụng ức chế pha -Fe có thể làm giảm hiệu quả tổng hàm lượng đất hiếm, thuận lợi cho việc sản xuất nam châm hiệu suất cao và giảm chi phí.
Sự phân hủy của hydro
Hành vi hydro hóa của kim loại đất hiếm, hợp kim hoặc hợp chất liên kim loại và tính chất lý hóa của hydride luôn là vấn đề quan trọng trong ứng dụng đất hiếm. Thỏi hợp kim Nd-Fe-B cũng thể hiện xu hướng hydro hóa rất mạnh. Các nguyên tử hydro đi vào vị trí xen kẽ giữa pha chính của hợp chất liên kim loại và pha ranh giới hạt giàu Nd và hình thành hợp chất xen kẽ. Sau đó, khoảng cách giữa các nguyên tử tăng lên và thể tích mạng mở rộng. Ứng suất bên trong kết quả sẽ tạo ra vết nứt ranh giới hạt (vết nứt liên hạt), vết nứt tinh thể (vết nứt xuyên tinh thể) hoặc vết nứt dẻo. Sự phá hủy này đi kèm với tiếng nổ và do đó được gọi là sự phá hủy hydro. Quá trình phá hủy hydro của nam châm Neodymium thiêu kết cũng được gọi là quá trình HD. Sự phá hủy ranh giới hạt và vết nứt tinh thể phát sinh trong quá trình phá hủy hydro làm cho bột Nd-Fe-B rất giòn và có lợi thế cao cho quá trình nghiền tia tiếp theo. Ngoài việc tăng cường hiệu quả của quá trình nghiền tia, quá trình phá hủy hydro cũng có lợi cho việc điều chỉnh kích thước bột trung bình của bột mịn.
Phay tia
Nghiền bằng tia đã được chứng minh là giải pháp thực tế và hiệu quả nhất trong quy trình bột. Nghiền bằng tia sử dụng luồng khí trơ tốc độ cao để tăng tốc bột thô lên vận tốc siêu thanh và va đập bột vào nhau. Mục đích cơ bản của quy trình bột là tìm kiếm kích thước hạt trung bình và phân bố kích thước hạt phù hợp. Sự khác biệt của các tính năng trên thể hiện các đặc điểm khác nhau ở quy mô vĩ mô ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình nạp bột, định hướng, nén, tháo khuôn và cấu trúc vi mô được tạo ra trong quá trình thiêu kết, sau đó ảnh hưởng nhạy cảm đến hiệu suất từ tính, tính chất cơ học, nhiệt điện và độ ổn định hóa học của nam châm Neodymium thiêu kết. Cấu trúc vi mô lý tưởng là hạt pha chính mịn và đồng nhất được bao quanh bởi pha phụ mịn và mỏng. Bên cạnh đó, hướng từ hóa dễ dàng của hạt pha chính nên được sắp xếp theo hướng định hướng nhất quán nhất có thể. Các lỗ rỗng, hạt lớn hoặc pha từ mềm sẽ dẫn đến giảm đáng kể lực kháng từ nội tại. Độ từ dư và độ vuông góc của đường cong khử từ sẽ đồng thời giảm trong khi hướng từ hóa dễ dàng của hạt lệch khỏi hướng định hướng. Nhờ đó, hợp kim sẽ được nghiền thành các hạt tinh thể đơn có đường kính từ 3 đến 5 micron.
Nén chặt
Nén định hướng từ trường được gọi là sử dụng tương tác giữa bột từ và từ trường bên ngoài để căn chỉnh bột theo hướng từ hóa dễ dàng và làm cho nó nhất quán với hướng từ hóa cuối cùng. Nén định hướng từ trường là con đường phổ biến nhất để sản xuất nam châm dị hướng. Hợp kim Nd-Fe-B đã được nghiền thành hạt tinh thể đơn trong quy trình nghiền tia trước đó. Hạt tinh thể đơn là dị hướng đơn trục và mỗi hạt chỉ có một hướng từ hóa dễ dàng. Bột từ sẽ chuyển thành miền đơn từ đa miền dưới tác động của từ trường bên ngoài sau khi được đổ lỏng vào khuôn, sau đó điều chỉnh hướng từ hóa dễ dàng của nó theo trục c để nhất quán với hướng từ trường bên ngoài thông qua việc quay hoặc di chuyển. Trục C của bột hợp kim về cơ bản vẫn giữ nguyên trạng thái sắp xếp của nó trong quá trình nén. Các bộ phận được nén phải tiến hành xử lý khử từ trước khi tháo khuôn. Chỉ số quan trọng nhất của quá trình nén là độ định hướng. Độ định hướng của nam châm Neodymium thiêu kết được xác định bởi nhiều yếu tố, bao gồm cường độ từ trường định hướng, kích thước hạt, mật độ biểu kiến, phương pháp nén, áp suất nén, v.v.
Thiêu kết
Mật độ của phần nén có thể đạt được hơn 95% mật độ lý thuyết sau quá trình thiêu kết được xử lý trong điều kiện chân không cao hoặc khí trơ tinh khiết. Do đó, các lỗ rỗng trong nam châm Neodymium thiêu kết được khép lại, đảm bảo tính đồng nhất của mật độ từ thông và độ ổn định hóa học. Vì các tính chất từ vĩnh cửu của nam châm Neodymium thiêu kết có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc vi mô của chính nó, nên xử lý nhiệt sau quá trình thiêu kết cũng rất quan trọng đối với việc điều chỉnh hiệu suất từ, đặc biệt là lực kháng từ nội tại. Pha ranh giới hạt giàu Nd đóng vai trò là pha lỏng có khả năng thúc đẩy phản ứng thiêu kết và phục hồi các khuyết tật bề mặt trên hạt pha chính. Nhiệt độ thiêu kết của nam châm Neodymium thường nằm trong khoảng từ 1050 đến 1180 độ C. Nhiệt độ quá cao sẽ dẫn đến sự phát triển của hạt và làm giảm lực kháng từ nội tại. Để đạt được lực kháng từ nội tại lý tưởng, độ vuông góc của đường cong khử từ và tổn thất không thể đảo ngược ở nhiệt độ cao, nam châm Neodymium thiêu kết thường cần xử lý nhiệt tôi luyện hai giai đoạn ở nhiệt độ 900 và 500 độ C.
Gia công
Ngoài hình dạng thông thường với kích thước vừa phải, nam châm Neodymium thiêu kết khó có thể đạt được hình dạng và độ chính xác về kích thước theo yêu cầu cùng một lúc do những hạn chế về mặt kỹ thuật trong quá trình nén định hướng từ trường, do đó, gia công là một quá trình không thể tránh khỏi đối với nam châm Neodymium thiêu kết. Là một vật liệu gốm kim loại điển hình, nam châm Neodymium thiêu kết khá cứng và giòn, sau đó chỉ cần cắt, khoan và mài là có thể áp dụng cho quy trình gia công của nó trong số các công nghệ gia công thông thường. Cắt lưỡi thường sử dụng lưỡi phủ kim cương hoặc phủ CBN. Cắt dây và cắt laser rất phù hợp để gia công nam châm có hình dạng đặc biệt, nhưng trong khi đó bị cáo buộc là hiệu quả sản xuất thấp và chi phí gia công cao. Quy trình khoan nam châm Neodymium thiêu kết chủ yếu áp dụng kim cương và laser. Cần phải chọn quy trình khoan khi lỗ bên trong của nam châm vòng lớn hơn 4mm. Là sản phẩm phụ trong quy trình khoan, lõi khoan có thể được sử dụng để sản xuất các nam châm nhỏ hơn phù hợp khác và do đó tăng đáng kể tỷ lệ sử dụng vật liệu. Đá mài dùng để mài bản sao được sản xuất dựa trên bề mặt mài.
Xử lý bề mặt
Xử lý bảo vệ bề mặt là một quy trình cần thiết đối với nam châm Neodymium, đặc biệt là nam châm Neodymium thiêu kết. Nam châm Neodymium thiêu kết sở hữu cấu trúc vi mô đa pha và bao gồm Nd2Fe14Pha chính B, pha giàu Nd và pha giàu B. Pha giàu Nd thể hiện xu hướng oxy hóa rất mạnh và sẽ tạo thành pin chính với pha chính trong môi trường ẩm ướt. Một lượng nhỏ các nguyên tố thay thế có khả năng tăng cường độ ổn định hóa học của nam châm, nhưng phải trả giá bằng hiệu suất từ tính. Do đó, việc bảo vệ nam châm Neodymium thiêu kết chủ yếu nhắm vào bề mặt của nó. Xử lý bề mặt nam châm Neodymium thiêu kết có thể được phân loại thành quy trình ướt và quy trình khô. Quy trình ướt đề cập đến nam châm được xử lý xử lý bảo vệ bề mặt trong nước tinh khiết hoặc dung dịch. Quy trình ướt bao gồm phosphate, mạ điện, mạ điện không điện, điện di, phủ phun và phủ nhúng. Quy trình khô đề cập đến nam châm được xử lý xử lý bảo vệ bề mặt thông qua quy trình vật lý hoặc hóa học mà không tiếp xúc với dung dịch. Quy trình khô thường bao gồm lắng đọng hơi vật lý (PVD) và lắng đọng hơi hóa học (CVD).
Từ hóa
Phần lớn nam châm vĩnh cửu được từ hóa trước khi phục vụ cho các ứng dụng dự định của chúng. Quá trình từ hóa đề cập đến việc áp dụng một từ trường dọc theo hướng định hướng của nam châm vĩnh cửu và đạt được độ bão hòa kỹ thuật với cường độ từ trường bên ngoài tăng lên. Mỗi loại vật liệu từ vĩnh cửu cần có cường độ từ trường riêng biệt để đạt được độ bão hòa kỹ thuật theo hướng từ hóa. Độ từ dư và lực kháng từ bên trong sẽ nhỏ hơn giá trị của nó trừ khi cường độ từ trường bên ngoài thấp hơn từ trường bão hòa kỹ thuật. Nam châm vĩnh cửu có thể được chia thành loại đẳng hướng và loại dị hướng tùy theo có hướng từ hóa dễ hay không. Là một nam châm dị hướng có lực kháng từ bên trong cao, nam châm Neodymium thiêu kết cần được từ hóa thông qua từ hóa xung. Tụ điện sẽ được tích điện sau khi chỉnh lưu, sau đó năng lượng điện trong tụ điện sẽ phóng điện tức thời đến thiết bị từ hóa. Thiết bị từ hóa có thể tạo ra từ trường xung trong quá trình dòng điện mạnh tức thời chạy qua nó. Do đó, nam châm vĩnh cửu trong cuộn dây sẽ được từ hóa. Có nhiều kiểu từ hóa khác nhau có thể đạt được trên nam châm Neodymium thiêu kết miễn là không xung đột với hướng định hướng của nó.
