Ndfeb Block Ferrit Magnet

Abstrakt
Wir untersuchen die magnetischen Eigenschaften von isotropen NdFeB-Pulvern, die zur Herstellung von Verbundmagneten verwendet werden. Die Eigenschaften von zwei kürzlich hergestellten Pulvern, MQP-13-9 und MQP-S-9-8, wurden mit denen von bereits existierenden Pulvern verglichen. Sphärische Pulver für das Spritzgießen haben mehrere Vorteile, die hervorgehoben wurden. NdFeB-Nanokomposite und die Entwicklungsziele der 180°C-Anwendung wurden ebenfalls erwähnt.

Einführung
Seit vielen Jahren werden Permanentmagnete in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, um elektrische Energie in mechanische Energie oder umgekehrt umzuwandeln [1], [2]. Die Remanenz (Br), die Eigenkoerzitivkraft (Hci) und das maximale Energieprodukt (BH)max sind drei entscheidende Merkmale, die die Leistung von Dauermagneten charakterisieren. Magnete mit größerem (BH)max benötigen oft weniger Volumen, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen.

Daher sollten Ingenieure, die Magnetschaltungen entwickeln, hohe (BH)max-Magnete verwenden, um ihre Schaltungen zu miniaturisieren.

Seit den ersten Berichten über Hochenergiemagnete auf der Basis von Nd2Fe14B Ende 1983 [3], [4] wurde viel geforscht, um die inhärenten Materialeigenschaften zu verbessern und Produktionsmethoden zu entwickeln. Metallische und gebundene Magnete sind die beiden großen Gruppen, in die der NdFeB-Magnet im Allgemeinen unterteilt werden kann. Metallische Magnete können entweder durch Warmverformung oder durch traditionelle Legierungsguss- und pulvermetallurgische Verfahren hergestellt werden [5]. Materialien, die durch schnelle Erstarrung geformt werden, dienen in der Regel als Vormaterial für das Heißpressen und/oder Gesenkstauchen (nanokristallin). Gebundene Magnete benötigen im Gegensatz zu metallischen Magneten ein Bindemittel, um die magnetischen Körner miteinander zu "verkleben".

Für gebundene Magnete ist in der Regel ein Formgebungsschritt erforderlich [6], [7]. Bei den meisten NdFeB-Verbundmagneten wird derzeit auch eine schnelle Erstarrung zur Herstellung von Pulvern verwendet.

Seit mehr als 15 Jahren werden Dauermagnete aus NdFeB-Materialien hergestellt, die schnell erstarren [3]. Die Primärphase dieses Materials ist eine intermetallische Kombination namens Nd2Fe14B. Traditionell wird das Schmelzspinnen zur Herstellung von Legierungen mit nominalen Zusammensetzungen verwendet, die nahe am stöchiometrischen Nd2Fe14B liegen. Die so entstandenen Bänder oder Flocken werden anschließend zu Partikeln mit einer Größe von weniger als 40 Mesh zerkleinert. Die erforderliche Mikrostruktur und die magnetischen Eigenschaften werden dann durch eine sorgfältig regulierte thermische Behandlung entwickelt. Die hergestellten Pulver sind aufgrund der geringen Kristallgröße häufig magnetisch isotrop.

Zur Herstellung von gebundenen Magneten werden Pulver mit thermisch abbindenden oder thermoplastischen Polymeren für das Formpressen bzw. Spritzgießen kombiniert. Sowohl beim Formpressen als auch beim Spritzgießen können mit dem richtigen Werkzeugdesign Magnete in annähernder Netzform hergestellt werden. In jüngster Zeit werden NdFeB-Magnete auch durch Extrusion oder Kalandrieren hergestellt, um bestimmten Anwendungssegmenten gerecht zu werden.

Um hohe (BH)max-Magnete für Haftmagnete herzustellen, sind die magnetischen Eigenschaften des Pulvers, der Belastungsfaktor und die Qualität der Formgebung entscheidend. Im Allgemeinen sind hohe (BH)max-Pulver erforderlich, um hohe (BH)max-Magnete herzustellen. Um hohe (BH)max-Magnete zu erzielen, muss eine hohe NdFeB-Pulverbeladung vorgenommen werden, wobei die Formgebung noch möglich sein muss.

In jedem Fall ist es notwendig, Magnete mit einer handelsüblichen Maschine zu formen, um die gewünschten Formen mit den richtigen magnetischen und mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Die Magnetisierbarkeit eines Magneten ist ein entscheidender Faktor bei der Beurteilung seiner Eignung für eine bestimmte Anwendung.

Für Anwendungen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sein können, sind neben dem (BH)max auch der Alterungsverlust des Flusses und die thermische Stabilität der Magnete entscheidend. Da es viele verschiedene Arten von Magnetpulver und Polymeren gibt, die zur Herstellung von Verbundmagneten verwendet werden können, ist es wichtig, ihre thermischen Eigenschaften zu bestimmen, um Verbundmagnete mit hohen (BH)max-Werten und den entsprechenden Eigenschaften herzustellen.

In dieser Studie wird die Leistung von NdFeB-Pulvern, die mit dem Schnellverfestigungsverfahren hergestellt wurden, mit den grundlegenden Eigenschaften von Polymeren verglichen, die häufig in Verbundmagneten verwendet werden.

Abbildung 1 zeigt die typischen Br- und Hci-Werte vieler im Handel erhältlicher Dauermagnete, einschließlich gebundener und metallischer Magnete. Wie zu sehen ist, hat jede Werkstofffamilie einen bestimmten Bereich von Br und Hci. Ferrite mit Br zwischen 130 und 420 mT und Hci zwischen 175 und 320 kA/m sind häufig in der unteren linken Ecke der Grafik zu finden, während metallische NdFeB-Magnete mit Br zwischen 1100 und 1400 mT und Hci bis zu 2600 kA/m in der oberen rechten Ecke zu finden sind.

Die Lücke zwischen den Ecken zweier verschiedener Magnettypen wird durch gebundene NdFeB-Magnete mit Br-Werten zwischen 400 und 800 mT und Hci-Werten zwischen 600 und 1400 kA/m gefüllt. Zufälligerweise reichen die Preise dieser Dauermagnete von billigen Ferriten bis zu teuren, völlig dichten NdFeB-Magneten, wobei die Preise der gebundenen NdFeB-Magnete wieder zwischen Ferriten und metallischen Seltenerdmagneten liegen. Neben den Br- und Hci-Werten sind auch die Eigenschaften Temperaturkoeffizient, Magnetisierbarkeit, elektrische Leitfähigkeit und Bearbeitbarkeit zu berücksichtigen. Die grundlegenden Eigenschaften häufig verwendeter Dauermagnete sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Herkömmliche, leicht zu beschaffende, handelsübliche Mengen schnell erstarrter isotroper Pulver mit Br von 800-920 mT, Hci von 320-1360 kA/m und (BH)max von 80-130 kJ/m3 bei Raumtemperatur finden Sie in Tabelle 2. Der Pulvertyp beeinflusst auch die Curie-Temperatur (Tc), den Temperaturkoeffizienten der Induktion oder die maximale Arbeitstemperatur. Für die Formgebung können diese Pulver mit verschiedenen polymeren Bindemitteln verwendet werden, die unterschiedliche Beladungsfaktoren aufweisen. In Tabelle 3 werden die verschiedenen Formgebungsverfahren, die damit verbundenen Eigenschaften und die üblichen Br- und (BH)max-Werte miteinander verglichen. Der maximale volumetrische Anteil an magnetischen Partikeln lässt sich häufig durch ein Formpressverfahren in Verbindung mit einem Epoxidbindemittel erzielen.

Das Pressformen ermöglicht die einfache Herstellung von Magneten mit Br-Werten zwischen 620 und 720 mT und (BH)max-Werten zwischen 48 und 85 kJ/m3. Der Belastungsfaktor beim Spritzgießen kann je nach Art der verwendeten Polymere, nämlich Polyamide (Nylon) oder Polyphenylensulfid (PPS), zwischen 50 und etwa 75 vol% liegen. Typischerweise können mit einem Spritzgussverfahren Magnete mit Br-Werten von 480-600 mT und (BH)max-Werten von 40-55 kJ/m3 hergestellt werden. Solche Magnete können in einer größeren Bandbreite von Größen und für eine breitere Palette von Anwendungen hergestellt werden [10]. Im Vergleich zu formgepressten Magneten sind die Br- und (BH)max-Werte von spritzgegossenen Magneten aufgrund des größeren Volumenanteils der verwendeten Polymere tendenziell niedriger.

Trotz der niedrigeren Br- und (BH)max-Werte ist die Spritzgusstechnik besonders attraktiv und anpassungsfähig, da sie die Herstellung kostengünstiger Magnete und Komponenten ermöglicht.
Mechanisch biegsame NdFeB-Magnete können auch durch Extrusion oder Kalandrieren für besondere Zwecke hergestellt werden. Je nach Verwendungszweck kann mit flexiblen Magneten fast jede gewünschte Form hergestellt werden. Die Br- und (BH)max-Werte der durch Kalandrieren erzeugten Magnete sind in der Regel niedriger als die durch Komprimieren, Einspritzen oder Strangpressen erzeugten Magnete, was auf die niedrigen Belastungsfaktoren zurückzuführen ist. Anwendungstechniker müssen oft die Br-, (BH)max- und Hci-Werte und ihre Temperatureigenschaften zusammen mit dem Formgebungsverfahren berücksichtigen, bevor der ideale Magnet auf der Grundlage der für eine bestimmte Anwendung erforderlichen Betriebstemperaturen ausgewählt werden kann.

Es gibt verschiedene Verwendungsmöglichkeiten für gebundene NdFeB-Magnete. Gebundene NdFeB-Magnete haben ein enormes Wachstumspotenzial aufgrund der Entwicklung bedeutender Schwellenländer, der Expansion der PC-Industrie und der damit verbundenen Technologien sowie staatlicher Vorschriften zur Förderung der Effizienz von Haushaltsgeräten und Fahrzeugen. Um mit der Nachfrage nach neuen Pulversorten und Produktionstechniken Schritt halten zu können, müssen sowohl die Pulver- als auch die Magnethersteller ihre Produkte ständig verbessern.

Fragmente von Abschnitten
neueste Entwicklung
Magnequench ist bestrebt, seine Verarbeitungseffizienz zu erhöhen, um den Verkaufspreis des beliebtesten MQP-B-Pulvers zu senken und so NdFeB-Magnete für neue Anwendungen zu ermöglichen. Unserer Einschätzung nach wird dieses Preissenkungsprogramm gebundenes NdFeB zu einer brauchbaren Alternative zu keramischen Ferriten oder hybriden gebundenen Magneten in Bezug auf Kosten und Fluss für eine Vielzahl von neuen Anwendungen machen. Magnequench hat außerdem eine neue Pulversorte, MQP-13-9, auf den Markt gebracht, um dem Bedarf an preiswerterem Pulver gerecht zu werden.

Schlussfolgerungen
Die Funktionsweise des im Handel erhältlichen isotropen NdFeB-Pulvers wurde dargelegt. Darüber hinaus wurden die grundlegenden Eigenschaften von Magneten behandelt, die mit industriellen Formgebungsverfahren hergestellt werden. Die Br- und (BH)max-Werte von gebundenen NdFeB-Magneten hängen hauptsächlich vom Beladungsfaktor des Bindemitteltyps und der Formungsmethode ab. Die Leistungen der kostengünstigen NdFeB-Pulver MQP-13-9 und des sphärisch geformten MQP-S-9-8 wurden mit denen des am häufigsten verwendeten MQP-B-Pulvers verglichen. Die Vorteile