Procesul de preparare a magneților NdFeB sinterizați-(1) Pregătirea materiei prime

Magneții sinterizați folosesc de obicei metale pure sau aliaje intermediare ca materii prime. Ei folosesc principiul de încălzire prin inducție electromagnetică al câmpurilor magnetice alternative pentru a genera curenți turbionari în materiile prime. Materiile prime sunt topite prin inducție de frecvență medie și joasă într-un mediu de vid sau gaz inert, astfel încât materiile prime să fie încălzite și topite. Topitura este agitată pentru a o omogeniza. Punctele de topire ale metalelor pământurilor rare sunt între 800 și 1500 de grade, Fe și Co sunt de 1536 de grade, respectiv 1495 de grade, iar B pur este la 2077 de grade. Punctele de topire ale unor metale cu punct de topire ridicat utilizate ca aditivi precum Ti, Cr, Mo sau Nb sunt la 1600 ~ 3400 grade. Luând în considerare suprimarea volatilizării elementelor pământurilor rare, temperatura de topire este de obicei controlată la 1000 ~ 1600 de grade. Elementele cu punct de topire înalt sunt topite prin alierea topiturii de metal cu pământuri rare, sau aliajele elementelor cu punct de topire înalt (de obicei aliaje de fier) ​​sunt utilizate direct ca materii prime, cum ar fi B-Fe (punct de topire ~ 1500 de grade), aliaj Nb-Fe (punct de topire ~1600 de grade), etc. Pentru a asigura un mediu cu oxigen scăzut pentru topire și turnare, este necesar să se evacueze corpurile cuptorului de topire și turnare și să se dezumfle complet componentele și materiile prime în cuptorul. Nivelul de vid atinge de obicei 10-2~10-3.

Corpul cuptorului este încălzit. Rata de creștere a presiunii (eliberarea internă a gazului și scurgerea aerului extern) trebuie de asemenea controlată la un nivel scăzut. De exemplu, pentru un cuptor de topire cu o capacitate de 1 t, viteza de creștere a presiunii ar trebui să fie mai mică de 5×10-4~1×10-3 L/s. Topirea în vid poate dezumfla complet lichidul topit, poate îndepărta impuritățile cu punct de fierbere scăzut și elementele gazoase dăunătoare și poate îmbunătăți puritatea aliajului. Cu toate acestea, deoarece presiunea de vapori a metalelor pământurilor rare este foarte scăzută (mai puțin de 1 Pa), pierderea prin volatilizare este foarte considerabilă, deci este utilizată de obicei în timpul procesului de topire. Corpul cuptorului este umplut cu gaz inert pentru a crește presiunea aerului ambiental pentru a suprima volatilizarea pământurilor rare. Este mai convenabil să utilizați gaz argon de înaltă puritate, care este în general umplut la un nivel de 50kPa. După ce topitura de aliaj este omogenizată, aerisită și zgura este complet finalizată, turnarea poate începe. Turnarea aliajului este un proces foarte critic deoarece compoziția, starea de cristalizare și distribuția spațială a fazelor sunt cruciale pentru performanța magnetului sinterizat. Lingoul de aliaj a experimentat „ghile de tun”, „cărți” groase de 20 mm și „clătite” de 5 mm „În prezent, s-a dezvoltat la fulgi cu priză rapidă cu o grosime de numai 0,3 mm. Specialiștii din industrie au depus diverse eforturi pentru a evita segregarea componentelor. și generarea fazelor de impurități și pentru a distribui în mod rezonabil distribuția fazelor bogate în neodim.

1. Topire

Materiile prime din pământuri rare iau, de obicei, forma de metale pure, iar aliajele de pământuri rare sunt adesea selectate din motive de cost, cum ar fi praseodim și neodim metal, lantan și ceriu, amestec de pământuri rare și feroaliaje cu disproziu etc.; Componentele elementelor cu punct de topire ridicat (cum ar fi: B, Mo, Nb etc.) Se adaugă în mare parte sub formă de feroaliaj. Magneții Nd-Fe-B au caracteristicile fazelor multimetalice. Faza bogată în Nd este o condiție necesară pentru o coercivitate ridicată, iar faza bogată în B trebuie, de asemenea, să coexiste. Prin urmare, pământul rar și B din formula originală trebuie de obicei să fie mai mari decât componentele pozitive ale R2Fe14B, dar uneori pentru a ajusta compoziția fazei limită a cerealelor (mai ales când se adaugă Cu, Al și Ga), B conținutul este puțin mai mic decât componenta pozitivă. Datorită reacției dintre metalele pământurilor rare și materialele din creuzet și volatilizarea în timpul topirii și sinterizării, trebuie luată în considerare o anumită cantitate de pierdere a metalelor pământurilor rare la formulare. Pentru a reduce conținutul de impurități din aliaj, puritatea materiilor prime trebuie să fie strict controlată, iar stratul de oxid și atașamentele de pe suprafață trebuie îndepărtate complet. Sursa de căldură a topirii prin inducție de frecvență medie și joasă este curentul turbionar indus format în materia primă de câmpul magnetic alternativ. Efectul de piele al curentului turbionar face ca curentul să se concentreze pe suprafața materiei prime. Dacă dimensiunea blocului de materie primă este prea mare, curentul turbionar nu poate pătrunde în centrul blocului și numai miezul poate fi topit prin conducerea căldurii, ceea ce este foarte nerealist în producția reală. Prin urmare, dimensiunea materiei prime trebuie ajustată în funcție de selecția frecvenței și controlată la 3 până la 6 ori adâncimea pielii. Figura de mai jos arată relația dintre frecvența puterii - adâncimea pielii - și dimensiunea materiei prime. Se poate observa că cu cât frecvența este mai mare, cu atât efectul pielii este mai semnificativ și cu atât dimensiunea materiei prime necesare este mai mică.

Alegerea frecvenței de topire este supusă unei alte funcții importante de topire prin inducție - agitarea electromagnetică, care folosește interacțiunea forței dintre metalul topit și câmpul magnetic alternativ pentru a promova topirea solidelor netopite și omogenizarea metalului topit. Forța electromagnetică Mărimea este invers proporțională cu rădăcina pătrată a frecvenței curente. O frecvență prea mare va slăbi efectul de agitare electromagnetică al sursei de alimentare alternativă. Banda de frecvență utilizată în producția reală este de aproximativ 1000 ~ 2500 Hz, iar dimensiunea materiei prime trebuie controlată sub 100 mm.

Stivuirea materiilor prime în creuzet trebuie să țină cont de distribuția spațială a câmpului magnetic indus și a temperaturii în timpul procesului de topire. De obicei, bobina de inducție este înfășurată în jurul exteriorului creuzetului. Câmpul magnetic este cel mai puternic în interiorul creuzetului și slăbește treptat spre centru, dar părțile laterale, inferioare și superioare ale creuzetului Deschiderea este calea principală de evacuare a căldurii, astfel încât temperatura părții inferioare a creuzetului este în mijloc, temperatura stratului superior și mijlocul inferior este mai scăzută, iar temperatura părții din mijloc este cea mai ridicată. Prin urmare, la încărcare, este recomandabil să plasați bucăți mici de materiale cu punct de topire scăzut la fundul creuzetului; materialele cu punct de topire înalt și bucăți mari de materiale trebuie plasate în părțile mijlocii și inferioare; bucăți mari de materiale cu punct de topire scăzut ar trebui să fie plasate în partea superioară și să fie libere pentru a preveni formarea punților. În zilele noastre, tehnologia de topire-turnare continuă a fost utilizată pe scară largă. Materiile prime sunt adăugate continuu în creuzet la temperaturi ridicate printr-o cameră de încărcare. Pentru a controla volatilizarea materialelor cu pământuri rare, de obicei se adaugă mai întâi fier pur pentru a-l topi, apoi se adaugă secvențial metale sau aliaje cu punct de topire ridicat și, în final, se adaugă pământuri rare.

2. Turnare

Aliajele binare sau ternare de pământuri rare generează inevitabil faze -Co sau -Fe în condiții de răcire lentă (aproape de echilibru). Proprietățile lor magnetice moi la temperatura camerei vor deteriora grav proprietățile magnetului permanenți ale magneților și trebuie răciți rapid pentru a inhiba formarea lor.

Pentru a obține efectul de răcire rapidă necesar, tehnologia tradițională de turnare a lingoului a lucrat la reducerea grosimii lingoului de aliaj. Avantajele turnării cu lingoterae sunt costul redus al echipamentului, operarea simplă și capacitatea de a îndeplini cerințele generale de producție de magnet. Dezavantajul este că mărimea granulelor este neuniformă și fazele -Co sau -Fe precipită adesea. Tratamentul termic pe termen lung al lingourilor de aliaj la temperaturi sub punctul de topire al aliajului poate ajuta la eliminarea fazei -Co sau -Fe, dar va provoca acumularea de faze bogate în Nd, ceea ce nu este propice pentru distribuția optimă a cerealelor. fazele limită în magneții sinterizați.

Pentru a reduce și mai mult grosimea lingoului de aliaj, a fost dezvoltată o structură „disc-screper” similară cu împrăștierea unei clătite, făcând ca grosimea aliajului să ajungă la aproximativ 1 cm. Cu toate acestea, creșterea suprafeței de aliaj a adus multe probleme la colectarea cuptoarelor de topire de mare capacitate. . O altă cale eficientă de dezvoltare a tehnologiei merge în direcția opusă, pornind de la viteza de răcire extrem de ridicată pentru prepararea aliajelor Nd-Fe-B cu răcire rapidă și încercând să reducă viteza de răcire pentru a prepara aliaje cristaline cu răcire rapidă, care sunt numite benzi. a luat ființă tehnologia turnării sau a fulgilor cu priză rapidă (turnare în bandă sau SC). Toarnă aliajul topit printr-un jgheab de deviere pe o roată metalică răcită cu apă care se rotește rapid pentru a obține o grosime de 0,2~0,6 mm, compoziție de fază și textură ideale. Fulgi de aliaj. În structura aliajului turnat în bandă, distribuția uniformă a fazei bogate în Nd și suprimarea -Fe reduc conținutul total de pământuri rare, ceea ce este benefic pentru obținerea de magneți de înaltă performanță și reducerea costurilor cu magnetul; Dezavantajul este că, din cauza reducerii fracției de volum a fazei bogate în Nd, în comparație cu magneții produși prin turnarea lingoteroi, fragilitatea magneților crește și post-procesarea devine mai dificilă.