Proces přípravy slinutých NdFeB magnetů-(1) Příprava suroviny

Slinuté magnety obvykle používají jako suroviny čisté kovy nebo mezislitiny. Používají princip elektromagnetického indukčního ohřevu střídavých magnetických polí k vytváření vířivých proudů v surovinách. Suroviny se taví středně a nízkofrekvenční indukcí v prostředí vakua nebo inertního plynu tak, že se suroviny zahřejí a roztaví. Tavenina se míchá, aby se homogenizovala. Teploty tání kovů vzácných zemin jsou mezi 800 a 1500 stupni, Fe a Co jsou 1536 stupňů a 1495 stupňů, a čistý B je až 2077 stupňů. Teploty tání některých kovů s vysokou teplotou tání používaných jako přísady, jako je Ti, Cr, Mo nebo Nb, jsou 1600 až 3400 stupňů. S přihlédnutím k potlačení těkání prvků vzácných zemin je teplota tání obvykle řízena na 1000 ~ 1600 stupňů. Prvky s vysokým bodem tání se taví legováním taveniny kovů vzácných zemin nebo se jako suroviny přímo používají slitiny prvků s vysokým bodem tání (obvykle slitiny železa), jako je B-Fe (bod tání ~ 1500 stupňů), slitina Nb-Fe (bod tání ~1600 stupňů) atd. Pro zajištění prostředí s nízkým obsahem kyslíku pro tavení a odlévání je nutné evakuovat tělesa tavicí a licí pece a zcela vypustit součásti a suroviny v pec. Úroveň vakua obvykle dosahuje 10-2~10-3.

Těleso pece je ohříváno. Rychlost zvyšování tlaku (vnitřní uvolňování plynu a vnější únik vzduchu) je také třeba řídit na nízké úrovni. Například pro tavicí pec o kapacitě 1t by rychlost nárůstu tlaku měla být nižší než 5×10-4~1×10-3 L/s. Vakuové tavení může plně vypustit roztavenou kapalinu, odstranit nízkovroucí nečistoty a škodlivé plynné prvky a zlepšit čistotu slitiny. Protože je však tlak par kovů vzácných zemin velmi nízký (méně než 1 Pa), je ztráta těkáním velmi značná, proto se obvykle používá během procesu tavení. Těleso pece je naplněno inertním plynem pro zvýšení okolního tlaku vzduchu pro potlačení těkání vzácných zemin. Vhodnější je použít vysoce čistý argonový plyn, který se obvykle plní na úroveň 50kPa. Poté, co je tavenina slitiny homogenizována, odvzdušněna a struska je zcela dokončena, může začít odlévání. Odlévání slitin je velmi kritickým procesem, protože složení, stav krystalizace a prostorové rozložení fází jsou rozhodující pro výkon slinutého magnetu. Slitinový ingot zažil těžké „dělové koule“, 20 mm tlusté „knihy“ a 5 mm „palačinky“ „V současné době se vyvinul do rychle tuhnoucích vloček o tloušťce pouze 0,3 mm. Zasvěcenci z průmyslu vynaložili různé snahy, aby se vyhnuli segregaci součástí a vytváření fází nečistot a k rozumné distribuci fází bohatých na neodym.

1. Tavení

Suroviny vzácných zemin mají obvykle formu čistých kovů a slitiny vzácných zemin jsou často vybírány z cenových důvodů, jako je praseodym a neodymový kov, lanthan a cer, smíšené vzácné zeminy a feroslitiny dysprosia atd.; složky prvků s vysokým bodem tání (jako: B, Mo, Nb atd.) Většinou se přidává ve formě feroslitiny. Nd-Fe-B magnety mají vlastnosti multi-metalických fází. Fáze bohatá na Nd je nezbytnou podmínkou vysoké koercitivity a fáze bohatá na B musí také koexistovat. Proto se obvykle požaduje, aby vzácná zemina a B v původním vzorci byly vyšší než kladné složky R2Fe14B, ale někdy kvůli úpravě složení fáze na hranicích zrn (zejména když se přidá Cu, Al a Ga), B obsah je o něco nižší než pozitivní složka. Kvůli reakci mezi kovy vzácných zemin a materiály kelímku a těkavosti během tavení a slinování je třeba při formulaci zvážit určitou ztrátu kovů vzácných zemin. Aby se snížil obsah nečistot ve slitině, musí být přísně kontrolována čistota surovin a vrstva oxidu a nánosy na povrchu musí být zcela odstraněny. Zdrojem tepla středně a nízkofrekvenčního indukčního tavení je indukovaný vířivý proud vznikající v surovině střídavým magnetickým polem. Kožní efekt vířivého proudu způsobí, že se proud soustředí na povrch suroviny. Pokud je velikost bloku suroviny příliš velká, nemůže vířivý proud proniknout středem bloku a pouze jádro může být roztaveno vedením tepla, což je ve skutečné výrobě velmi nereálné. Proto musí být velikost suroviny upravena podle výběru frekvence a řízena na 3 až 6 násobek hloubky slupky. Obrázek níže ukazuje vztah mezi frekvencí napájení – hloubkou slupky – a velikostí suroviny. Je vidět, že čím vyšší frekvence, tím výraznější je efekt kůže a tím menší je velikost požadované suroviny.

Volba frekvence tavení je podřízena další důležité funkci indukčního tavení - elektromagnetickému míchání, které využívá interakce síly mezi roztaveným kovem a střídavým magnetickým polem k podpoře tavení neroztavených pevných látek a homogenizaci roztaveného kovu. Elektromagnetická síla Velikost je nepřímo úměrná druhé odmocnině aktuální frekvence. Příliš vysoká frekvence oslabí elektromagnetický míchací účinek střídavého zdroje energie. Frekvenční pásmo používané ve skutečné výrobě je kolem 1000 ~ 2500 Hz a velikost suroviny musí být řízena pod 100 mm.

Stohování surovin v kelímku musí brát v úvahu prostorové rozložení indukovaného magnetického pole a teplotu během procesu tavení. Obvykle je indukční cívka navinuta kolem vnější strany kelímku. Magnetické pole je nejsilnější na vnitřní straně kelímku a postupně slábne směrem ke středu, ale boky, dno a vršek kelímku Otvor je hlavní způsob úniku tepla, takže teplota spodní strany kelímku je uprostřed, teplota horní vrstvy a středu dna je nižší a teplota střední části je nejvyšší. Proto je při nakládání vhodné umístit malé kousky materiálů s nízkou teplotou tání hustě na dno kelímku; materiály s vysokým bodem tání a velké kusy materiálů by měly být umístěny ve střední a spodní části; velké kusy materiálů s nízkou teplotou tání by měly být umístěny v horní části a měly by být volné, aby se zabránilo přemostění. V současné době je široce používána technologie kontinuálního odlévání. Suroviny jsou kontinuálně přidávány do kelímku při vysokých teplotách přes vsázkovou komoru. Pro kontrolu těkání materiálů vzácných zemin se obvykle nejprve přidává čisté železo, aby se roztavilo, pak se postupně přidávají kovy nebo slitiny s vysokým bodem tání a nakonec se přidávají vzácné zeminy.

2. Odlévání

Binární nebo ternární slitiny vzácných zemin nevyhnutelně generují -Co nebo -Fe fáze za podmínek pomalého (téměř rovnovážného) chlazení. Jejich měkké magnetické vlastnosti při pokojové teplotě vážně poškodí vlastnosti permanentních magnetů a musí být rychle ochlazeny, aby se zabránilo jejich tvorbě.

Aby bylo dosaženo požadovaného účinku rychlého chlazení, tradiční technologie lití do kokil se snažila snížit tloušťku slitinového ingotu. Výhody lití do kokil jsou nízké náklady na zařízení, jednoduchá obsluha a schopnost splnit obecné požadavky na výrobu magnetů. Nevýhodou je nerovnoměrná velikost zrna a často se vysrážejí fáze -Co nebo -Fe. Dlouhodobé tepelné zpracování slitinových ingotů při teplotách pod bodem tavení slitiny může pomoci eliminovat fázi -Co nebo -Fe, ale způsobí akumulaci fází bohatých na Nd, což neprospívá optimální distribuci zrna. hraniční fáze ve slinutých magnetech.

Pro další snížení tloušťky slitinového ingotu byla vyvinuta struktura "disc-škrabka" podobná rozprostření palačinky, díky čemuž tloušťka slitiny dosáhla asi 1 cm. Nárůst plochy slitiny však přinesl do sbírky velkokapacitních tavicích pecí mnoho problémů. . Další efektivní cesta vývoje technologie jde opačným směrem, počínaje extrémně vysokou rychlostí ochlazování pro přípravu rychle kalitelných slitin Nd-Fe-B a snahou snížit rychlost ochlazování pro přípravu rychle ochlazujících krystalických slitin, které se nazývají pásy. vznikla technologie odlévání nebo rychle tuhnoucích vloček (pásové lití nebo SC). Nalévá roztavenou slitinu přes odkloněný žlab na rychle se otáčející vodou chlazené kovové kolo, aby se získala tloušťka 0,2~0,6 mm, ideální fázové složení a textura. Slitinové vločky. Ve struktuře pásově lité slitiny snižuje rovnoměrná distribuce fáze bohaté na Nd a potlačení -Fe celkový obsah vzácných zemin, což je výhodné pro získání vysoce výkonných magnetů a snížení nákladů na magnety; nevýhodou je, že v důsledku snížení objemového podílu fáze bohaté na Nd ve srovnání s magnety vyrobenými litím do kokil se zvyšuje křehkost magnetů a následné zpracování je obtížnější.