Die beiden Hauptvorteile der NdFeB-Magnete aus Seltenen Erden gegenüber der herkömmlichen pulvermetallurgischen Methode sind die Vermeidung von Oxidation und die Ausrichtung des Magnetfelds. Die Herstellung von gesintertem NdFeB hängt hauptsächlich vom Formgebungsverfahren ab, das auch die Größe, Form und Ausrichtung des Magneten bestimmt. Es gibt zwei Haupttypen des Pressens: Nasspressen und Trockenpressen.
1. Nassformung
Sowohl in der Funktionskeramik als auch in anderen Bereichen wird häufig das Nassformverfahren eingesetzt. Unter Verwendung von Mineralöl als Lösungsmittel und Methyloleat als Tensid hat Hitachi im Jahr 2001 einen Hochleistungsmagneten mit Br = 1,46 T (14,6 kG) und 1,20 MA/m (15,1 kOe) hergestellt. Organische Reagenzien haben eine schmierende Wirkung, die die Fließfähigkeit und Ausrichtung des Pulvers verbessern kann, was zur Bildung eines sehr gleichmäßigen Presslings führt. Das Nasspressen ist jedoch ein sehr ineffizientes und kompliziertes Verfahren. Das Nassgussverfahren wird aufgegeben, da die erhebliche Menge an Lösungsmitteln, die während des Sinterprozesses freigesetzt wird, das Vakuumsystem beschädigt und der Restkohlenstoff die Funktion des Magneten beeinträchtigen würde.
2. Trockengießen
Nach jahrelanger Praxis und Verbesserung durch Magnetwerkstoffexperten hat sich das Trockenpressen als bevorzugte Methode für die Massenproduktion durchgesetzt. Das Magnetpulver wird durch ein Magnetfeld in einem Formhohlraum mit einer bestimmten Form ausgerichtet, und der Eindringkörper wird geschlossen, um den Druck zu vervollständigen. Mit zunehmender Dichte des Grünlings wird die Ausrichtung jedoch unweigerlich zerstört. Je nach dem Verhältnis zwischen der Richtung des Magnetfelds und der Pressrichtung kann das Trockenpressen in Parallelpressen und Vertikalpressen unterteilt werden. Die Methode des vertikalen Pressens ist weiter verbreitet, da sie weniger Schäden an den Seltenerdmagneten mit Pulverorientierung verursacht.
In China wird häufig ein zweistufiges Pressverfahren angewandt, d.h. die Dichte des Grünlings wird auf 3,8-4,1 g/cm3 gepresst, und anschließend wird der Druck gleichmäßig reduziert (ca. 180 MPa), um die Dichte des Grünlings zu erhöhen (ca. 4,5 g/cm3), ohne das bestehende Orientierungsniveau zu zerstören. Auf diese Weise können verschiedene Arten von Formen, wie automatische Formen und kombinierte Formen, mit hoher Produktionseffizienz und stabiler Leistung ausprobiert werden. Die Methoden des vertikalen Pressens, des isostatischen Pressens, des Nachmahlens und des Schneidens haben jedoch die folgenden Mängel:
(1) Aufgrund der Begrenzung des Verformungsgrades des Rohlings und der Oxidschicht ist die Bearbeitungszugabe des Rohlings groß und die Ausbeute gering;
(2) Das sekundäre Pressverfahren erfordert eine Vakuumversiegelung nach dem Grünling, was einen langen Prozesszyklus und einen geringen Automatisierungsgrad zur Folge hat;
(3) Der Orientierungsgrad wird während des Schließens der Form und des Pressvorgangs weiterhin beschädigt.
Das Produkt hat ein Near-Net-Molding-Verfahren und ein verarbeitungsfreies Formverfahren entwickelt, um direkt Produkte herzustellen, die der Form des Endprodukts entsprechen oder ihr nahe kommen. Derzeit sind die wichtigsten Richtungen für die Verbesserung: erstens, um isostatisches Pressen zu stornieren und zu realisieren automatisierte Produktion vom Formen bis zum Sintern; zweitens, um drucklose Formgebung und andere Methoden zu verwenden, um den Grad der Orientierung weiter zu verbessern; und schließlich, für Kachel-förmige, ringförmige, dünne Blätter und verschiedene komplexe Formen seltene Erde ndfeb Magneten.
1. Einmaliges Formgebungsverfahren
Durch die Erhöhung des Drucks in der Formpresse wird die Dichte des Grünlings auf über 4,2 g/cm3 erhöht, wodurch das isostatische Pressen entfällt. Nach dem Pressen durch die vollautomatische Formpresse wird er von einem Roboter automatisch in die Sinterbox gestapelt und durch einen abgedichteten, mit Inertgas geschützten Kanal transportiert. Der Eingang zum kontinuierlichen Sinterofen erfolgt durch einen Schieber, wodurch die Produktion automatisiert und die Arbeitskosten gesenkt werden. Der gesamte Prozess wird in einer sauerstoffarmen Umgebung durchgeführt, was der Stabilität des Prozesses und der Leistung der Seltenerdmagnete förderlich ist.
2. Druckloses Gießen
Um eine Beschädigung des Orientierungsgrades während des Formgebungsprozesses zu vermeiden, wird die Orientierung in einem lockeren Zustand oder unter Mikrodruck durchgeführt, und die Form wird zum Vakuum- oder Hochdruck-Sintern verwendet. Dieses Verfahren stellt hohe Anforderungen an das Material der Form, die magnetische Permeabilität und die Rauheit der inneren Hohlraumwand. Da der Pulverspalt jedoch zu groß ist, ist es schwierig, sich allein durch Kapillarwirkung während des Sinterprozesses zu verdichten, und es ist leicht, Seltenerdmagnete zu schrumpfen und zu verformen.
3. Isostatisches Druckimpuls-Magnetfeld-Formen von Gummifolien
Die mit Magnetpulver gefüllte Gummiform wird in die Metallform gelegt. Durch die Ausrichtung des Impulsmagnetfeldes komprimiert der Metalleindringkörper die Gummischicht und das Magnetpulver. Aufgrund der Begrenzung des Hohlraums der Metallform dehnt sich die Gummiform in Richtung des inneren Hohlraums aus und übt ihren isostatischen Druck auf das Pulver aus. Da es keine Relativbewegung zwischen der Innenwand des Formhohlraums und dem Pulver gibt, bleibt die Ausrichtung der Probe gut erhalten. Aufgrund der unterschiedlichen Härte und des Elastizitätsmoduls zwischen dem Gummifilm und der Stahlform neigt der Pressling jedoch zu ungleichmäßiger Verformung.
4. Near-Net-Molding-Verfahren (Pressen aus einem Stück)
Die Parallelpresse weist weitaus mehr Orientierungsschäden auf als die Vertikalpresse, da ihre Magnetfeldorientierung mit der Pressrichtung übereinstimmt. Außerdem ist der Pressbereich des Produkts aufgrund der Größenbeschränkung des Orientierungspols reduziert. Dennoch können mit der Parallelpresse Zylinder, Ringe, Sonderformen und Einzelteile in einem Arbeitsgang geformt und gepresst werden, da sie die Vorteile der Zuführung und Ausrichtung nutzen. Die ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften und die hohe Pressgenauigkeit optimieren den Materialverbrauch durch die Senkung der Bearbeitungszugabe. Die Kriterien für die Fließfähigkeit des Pulvers, die Presse (Genauigkeit der Servosteuerung, Größe und Homogenität des Magnetfelds, automatische Pulververteilung usw.), die Form und den Sinterprozess sind beim einteiligen Pressverfahren für Seltene-Erden-NDfeb-Magnete höher.
5. 3D-Drucktechnologie
Der 3D-Druck ist eine additive Fertigungstechnologie, bei der Metallpulver Schicht für Schicht gedruckt wird, um Werkstücke zu konstruieren. Wenn ein regionales, gerichtetes Magnetfeld zur Ausrichtung der Hauptphasenkörner verwendet werden kann und die bei niedriger Temperatur geschmolzenen Korngrenzen-Phasenpartikel die Hauptphasenkörner umhüllen, um eine Verdichtung des Magneten zu erreichen, ist es theoretisch möglich, Magnete verschiedener Größen und komplexer Formen mit hoher Ausrichtung und gleichmäßiger Korngrenzenverteilung herzustellen. Es ist nicht mehr schwierig, eine annähernde Nettoform des Stahls zu erreichen und gleichzeitig verschiedene Produkte wie strahlende Magnetringe und schräg magnetisierten Stahl herzustellen.
Sobald die 3D-Drucktechnologie aufkam, erregte sie daher die Aufmerksamkeit von Forschern, die sich mit Seltenerd-Ndfeb-Magneten beschäftigen. Neben der Unterstützung des Sinterns und der Verdichtung spielt die Korngrenzenphase jedoch auch eine wichtige Rolle für die magnetischen Eigenschaften, insbesondere für die Koerzitivkraft von Seltenerd-NDfeb-Magneten. Derzeit ist der Einflussmechanismus der Zusammensetzung, Verteilung und Kristallstrukturentwicklung der Korngrenzenphase auf die magnetischen Eigenschaften noch nicht vollständig aufgeklärt. Die Gestaltung der Zusammensetzung der Partikel der Hilfsphase und der Korngrenzengröße erfordert noch immer die Bemühungen des technischen Forschungs- und Entwicklungspersonals.
Seltene Erde ndfeb-Magnete
Seltenerdmagnete (Neodym-Eisen-Bor) sind eine Art von Dauermagnetmaterial, das für seine starken magnetischen Eigenschaften bekannt ist. Der Formgebungsprozess für Seltenerd-Ndfeb-Magnete umfasst mehrere Schritte:
1, Aufbereitung des Rohmaterials: Der Prozess beginnt mit der Aufbereitung der Rohstoffe, die in der Regel Neodym, Eisen, Bor und andere kleinere Zusatzstoffe wie Dysprosium oder Terbium zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften enthalten. Diese Materialien werden in präzisen Anteilen gemischt, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu erzielen.
2, Mahlen: Die gemischten Rohstoffe werden dann gemahlen, um ein feines Pulver herzustellen. Durch das Mahlen wird sichergestellt, dass die Partikel gut gemischt und homogenisiert sind, was für die Erzielung gleichmäßiger magnetischer Eigenschaften im Endprodukt aus Seltenerdmagneten entscheidend ist.
3, Pressen: Das gemahlene Pulver wird durch einen Pressvorgang in die gewünschte Form gebracht. Dieser Schritt wird häufig mit einer hydraulischen Presse oder einer mechanischen Presse durchgeführt. Das Pulver wird in der Regel in einen Formhohlraum gegeben und unter hohem Druck in eine feste Form gepresst, z. B. in einen Zylinder oder Block.
4, Sintern: Der gepresste Pressling wird anschließend in einem Ofen gesintert. Beim Sintern wird das gepresste Pulver auf eine hohe Temperatur erhitzt, die in der Regel über der Curie-Temperatur des Materials, aber unter seinem Schmelzpunkt liegt. Dadurch verbinden sich die Teilchen miteinander und bilden ein festes Material mit verbesserten magnetischen Eigenschaften Seltene Erden ndfeb-Magnete.
5, Wärmebehandlung: Nach dem Sintern kann das Material zusätzlichen Wärmebehandlungsprozessen unterzogen werden, um seine magnetischen Eigenschaften weiter zu verbessern und seine Mikrostruktur zu stabilisieren. Dieser Schritt ist besonders wichtig für die Kontrolle der Korngröße und die Optimierung der magnetischen Leistung.
6, maschinelle Bearbeitung und Oberflächenbehandlung: Sobald das gesinterte Material abgekühlt ist, kann es maschinell bearbeitet werden, um die gewünschte endgültige Form und Abmessung zu erhalten. Oberflächenbehandlungen wie Beschichtungen oder Plattierungen können ebenfalls vorgenommen werden, um den Magneten vor Korrosion zu schützen und seine Haltbarkeit zu erhöhen.
7, Qualitätskontrolle: Während des gesamten Prozesses werden Qualitätskontrollmaßnahmen durchgeführt, um sicherzustellen, dass das Endprodukt die erforderlichen Spezifikationen für magnetische Eigenschaften, Maßhaltigkeit und strukturelle Integrität erfüllt.
8, Prüfung: Schließlich werden die fertigen Magnete verschiedenen Tests unterzogen, um ihre magnetische Leistung zu bewerten, z. B. die magnetische Flussdichte, die Koerzitivfeldstärke und die Remanenz. Es können auch andere Tests durchgeführt werden, um die mechanischen Eigenschaften zu bewerten und die Zuverlässigkeit der Seltenerdmagnete zu gewährleisten.
Insgesamt umfasst das Formgebungsverfahren für gesinterte Seltenerdmagnete eine Reihe sorgfältig kontrollierter Schritte zur Herstellung hochwertiger Magnete mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind, von der Unterhaltungselektronik bis zu Industriemaschinen.
