Gebundene Magnete kamen in den 1970er Jahren auf. Zu dieser Zeit hatte SmCo die Kommerzialisierung erreicht. Die Marktlage für gesinterte NdFeB-Permanentmagnete war sehr gut, aber es war schwierig, sie präzise in spezielle Formen zu bringen, und sie waren anfällig für Risse und Beschädigungen, es gab Probleme wie herabfallende Kanten und Ecken, und sie waren nicht leicht zu montieren, was ihre Anwendung einschränkte. Um dieses Problem zu lösen, wird der Permanentmagnet zerkleinert, mit Kunststoff vermischt und in einem Magnetfeld gepresst. Dies ist wahrscheinlich die primitivste Herstellungsmethode für gebundene Magnete. Gebundene Nd-Fe-B-Magnete sind aufgrund ihrer geringen Kosten, hohen Maßgenauigkeit, großen Formfreiheit, guten mechanischen Festigkeit und ihres geringen Gewichts weit verbreitet.
1. Produktionsprozess:
Gebundenes NdFeB besteht aus Dauermagnetpulver, das mit Klebstoffen wie Gummi oder leichtem Kunststoff gemischt wird, und wird direkt zu Dauermagnetteilen in verschiedenen Formen entsprechend den Anforderungen der Benutzer geformt.
Die Herstellung von Magnetpulver ist ein Schlüsselprozess für die Verarbeitung von NdFeB-Dauermagneten, und die Leistung des Magnetpulvers wirkt sich direkt auf die magnetischen Eigenschaften der Dauermagnete aus. Zu den Methoden zur Herstellung von Nd-Fe-B-Magnetpulver gehören die mechanische Zerkleinerungsmethode, die Frittenabschreckungsmethode, die HDDR-Methode, die Gassprühmethode und die mechanische Legierungsmethode. Gegenwärtig wird hauptsächlich die HDDR-Methode angewandt, bei der hochleistungsfähiges Seltenerd-Permanentmagnetpulver durch den Prozess der Hydrierung-Zersetzung-Dehydrierung-Rekombination hergestellt wird: Zunächst wird die Legierung in grobes Pulver gebrochen, in einen Vakuumofen gegeben und bei einer bestimmten Temperatur kristallisiert. Die Legierung absorbiert Wasserstoff und durchläuft eine Disproportionierungsreaktion. Anschließend wird der Wasserstoff extrahiert, um ihn zu einem Seltenerd-Permanentmagnetpulver mit extrem kleinen Kristallkörnern zu rekombinieren. Mit dieser Methode können feine Körner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,3 μm gewonnen werden, wodurch ein magnetisches Pulver mit hoher Koerzitivkraft entsteht.
Derzeit gibt es 4 Verfahren für das Formpressen von gebundenem NdFeB: Kalandrieren, Spritzgießen, Extrudieren und Formpressen, wobei Kalandrieren und Spritzgießen die gängigsten sind.
1. Beim Kalandrieren werden das Magnetpulver und das Bindemittel in einem bestimmten Volumenverhältnis gleichmäßig gemischt, auf die gewünschte Dicke gewalzt und anschließend ausgehärtet, um das fertige Produkt herzustellen. Im Allgemeinen werden Vinylharz und Nitrilkautschuk als Bindemittel verwendet. Die Oberfläche des Produkts muss durch eine Do-Beschichtung geschützt werden.
2. Beim Spritzgießen wird das Magnetpulver mit dem Bindemittel (thermoplastisches Harz) gemischt, erhitzt und geknetet, granuliert, getrocknet und dann durch einen spiralförmigen Führungsstab zur Erwärmung in die Heizkammer geschickt, mit einer bestimmten Geschwindigkeit in den Formhohlraum gespritzt und abgekühlt, bis das fertige Produkt vorliegt. Aufgrund des hohen Harzanteils kann sich ein Schutzfilm auf der Oberfläche des Magneten bilden. Im Allgemeinen ist eine Oberflächenbehandlung zum Schutz vor Korrosion nicht erforderlich, es sei denn, es bestehen hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche.
3. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das erhitzte Granulat durch einen Hohlraum in die Form extrudiert wird, um kontinuierlich geformt zu werden.
4. Beim Formpressen werden das magnetische Pulver und das Bindemittel entsprechend dem Verhältnis gemischt, granuliert und eine bestimmte Menge an Haftvermittler hinzugefügt, gepresst und in der Form geformt, und bei 120°~150° verfestigt, um schließlich das fertige Produkt zu erhalten.
Leistung des Produkts
Durch die Zugabe von Bindemittel ist die magnetische Leistung geringer als die von gesinterten NdFeB-Magneten: Gebundene NdFeB-Magnete verwenden Bindemittel, um magnetisches Pulver in einen großen Magneten zu binden, und seine Dichte beträgt im Allgemeinen nur 80% der theoretischen Dichte. Der gesinterte NdFeB-Magnet wird bei hoher Temperatur durch einen komplizierten Prozess erhitzt, so dass in Bezug auf den Magnetismus, gebundene NdFeB-Magnete schwächer sind als gesinterte NdFeB-Magnete.
Das Produkt zeichnet sich durch hohe Präzision und große Formfreiheit aus: Gesintertes NdFeB wird durch Pulversintern hergestellt. Im Allgemeinen können nach dem Sintern nur Rohlinge hergestellt werden, die dann durch mechanische Bearbeitung (z. B. Drahtschneiden, Schneiden, Schleifen usw.) in verschiedene Magnetformen gebracht werden können. Im Vergleich zu gesinterten NdFeB-Permanentmagneten ist der Produktionsprozess von gebundenen NdFeB-Permanentmagneten einfacher, ohne sekundäre Verarbeitung, und die Produkte haben eine hohe Maßgenauigkeit und keine Verformung; gleichzeitig hat die Form einen großen Freiheitsgrad, und verschiedene Formen können entsprechend den tatsächlichen Nutzungsbedürfnissen hergestellt werden Produkte, wie lange Streifen, Bleche, Rohre, Ringe oder andere komplexe Formen, sind leicht massenautomatisch zu produzieren und haben eine hohe mechanische Festigkeit.
Isotrope Magnete, leicht in jede Richtung zu magnetisieren: Gebundene NdFeB-Magnete sind isotrope Magnete, die in allen Richtungen die gleichen magnetischen Eigenschaften aufweisen. Daher ist es praktisch, mehrpolige oder sogar unendlichpolige Gesamtmagnete herzustellen, was bei gesinterten Magneten normalerweise schwierig ist.
Anwendung des Produkts
Die magnetische Leistung von gebundenen NdFeB-Magneten ist nicht so gut wie die von gesinterten NdFeB-Magneten, aber es ist einfach, mehrstufig magnetisierte Ringmagnete herzustellen, mit hervorragender Leistungskonsistenz und Gleichmäßigkeit, und es ist einfach, mit anderen Metall- oder Kunststoffteilen zu integrieren, viel höher als die magnetischen Eigenschaften von gebundenem Ferrit, ist weit verbreitet in verschiedenen Arten von Mikromotoren und Sensorsystemen verwendet. Die spezifischen Verwendungszwecke von gebundenem NdFeB können wie folgt unterteilt werden:
Digitale Produkte: Magnete für Festplattenlaufwerke (HDD) - dies ist derzeit der größte Anwendungsbereich für gebundenes NdFeB
Office OA-Produkte: Antriebsmotoren für Drucker, Motoren für Scanner, Synchronvorschubmotoren (STP) für Kopierer, Magnetwalzen für Laserdrucker, usw.
Automotoren und magnetische Sensorprodukte: einschließlich EPS-Servolenkungssensor-Magneten, Scheibenwischermotoren, Fensterhebermotoren, Sitzverstellmotoren usw.
Andere Arten von Industrie- und Haushaltsmotoren: Dazu gehören vor allem verschiedene Servomotoren, Motoren für Elektrowerkzeuge, Motoren für Klimaanlagen und Kühlgeräte usw.
Aufgrund der großen Unterschiede bei den magnetischen Eigenschaften und der Formgebung ist die Schnittmenge zwischen gebundenem NdFeB und gesintertem NdFeB nicht groß. Gebondetes NdFeB wird hauptsächlich in Spindelmotoren für Festplattenlaufwerke und Mikromotoren mit geringer Leistung verwendet, während gesintertes NdFeB eher in Hochleistungsantriebsmotoren und anderen Bereichen eingesetzt wird.
Heißgepresstes NdFeB
Mit heißgepresstem NdFeB können ähnliche magnetische Eigenschaften wie mit gesintertem NdFeB erreicht werden, ohne dass schwere Seltene Erden hinzugefügt werden müssen. Es hat die Vorteile einer hohen Dichte, einer hohen Orientierung, einer guten Korrosionsbeständigkeit und einer hohen Koerzitivkraft, aber seine mechanischen Eigenschaften sind nicht so gut wie die von gesintertem NdFeB. Glücklicherweise verfügen aufgrund des Patentmonopols und der hohen Verarbeitungskosten nur GM, das japanische Unternehmen Daido und das europäische Unternehmen Delta über die Produktionstechnologie auf dem Markt, und nur das japanische Unternehmen Daido kann die Massenproduktion von heißgepressten NdFeB-Produkten realisieren. Im Februar 2018 baute Yinhe Magnet die erste heißgepresste NdFeB-Produktionslinie in China mit einer Produktionskapazität von 300 Tonnen pro Jahr, und die Massenproduktion wird bald erwartet.
Das heißgepresste NdFeB-Dauermagnetmaterial wird durch Heißpressen oder thermo-rheologische Technologie hergestellt. Zunächst wird der NdFeB-Schnellabschreckgürtel nach einem bestimmten Verhältnis der Bestandteile mit der NdFeB-Schnellabschreckmethode hergestellt und dann zu Pulver mit einer bestimmten Korngröße zerkleinert. Dann wird es in einer Inertgas- oder Vakuumumgebung bei einer bestimmten Temperatur verdichtet und in einen Rohling gepresst. Zu diesem Zeitpunkt ist das Produkt ein isotroper Magnetrohling; in einer Inertgas- oder Vakuumumgebung wird die Form ausgetauscht oder verändert, die Temperatur erhöht und der isotrope Magnetrohling wird einer thermischen Rheologie unterzogen, um Anisotropie zu erzeugen, und es wird ein anisotroper Magnetrohling erhalten. Schließlich wird der isotrope Magnetrohling oder der anisotrope Magnetrohling bearbeitet und magnetisiert (magnetisiert), um das endgültige isotrope oder anisotrope heißgepresste NdFeB-Dauermagnetmaterial zu erhalten.
Aufgrund der Beschränkungen der Formgebungstechnologie kann heißgepresstes NdFeB derzeit nur zu Ringen verarbeitet werden, und der Anwendungsbereich ist in gewissem Maße begrenzt. Derzeit wird er hauptsächlich in EPS-Motoren für die Automobilindustrie und anderen Bereichen eingesetzt. Der heißgepresste NdFeB-Magnet hat eine hohe magnetische Leistung, der Magnetring ist radial ausgerichtet, und die radiale magnetische Leistung ist gleichmäßig, wodurch der Motor leise läuft und das Drehmoment gleichmäßig abgegeben wird.
Der Ersatz des Sinterns durch Heißpressen konzentriert sich hauptsächlich auf den Bereich des Hochleistungs-NdFeB mit niedrigem Dysprosiumgehalt und hoher Koerzitivfeldstärke. Dies ist der profitabelste Bereich der Sinter-NdFeB-Unternehmen. Die NdFeB-Sinterunternehmen müssen gegen die Zeit anrennen und technologische Verbesserungen vornehmen. Dazu gehören auch neue Verfahren, die durch Dysprosium und PLP repräsentiert werden.
Sintern, Kleben und Heißpressen von NdFeB haben ihre eigenen Vorteile
Gesintertes NdFeB
Vorteile: extrem hohe magnetische Leistung, es ist das magnetische Material mit der größten magnetischen Leistung zur Zeit, und das maximale magnetische Energieprodukt ist so hoch wie 55MGOe (N54).
Benachteiligungen: Um sich an die Hochtemperatur-Arbeitsumgebung anzupassen, fügen einige Sorten von gesintertem NdFeB mittelschwere und schwere Seltene Erden wie Dysprosium und Terbium hinzu, um die intrinsische Koerzitivkraft und die Arbeitstemperatur des Magneten zu verbessern, was jedoch zu höheren Stückkosten des Produkts führt; Vorbereitung: Der Prozess ist kompliziert (zuerst in einen Rohling gesintert und dann bearbeitet), der Verlust im Verarbeitungsprozess ist hoch, und die Ausbeute ist beeinträchtigt.
Gebundenes NdFeB
Vorteile: Das Produkt hat eine hohe Maßgenauigkeit und eine flexible Form; es enthält keine mittelschweren und schweren Seltenen Erden, und die Stückkosten sind niedrig; es wird direkt geformt, und der Verlust während der Verarbeitung ist gering.
Nachteile: geringe magnetische Eigenschaften, das aktuelle Produkt maximale Energie-Produkt ist etwa 12MGOe; intrinsische Koerzitivkraft und niedrige Arbeitstemperatur.
Heißgepresstes NdFeB
Vorteile: Wenn grundsätzlich keine mittleren und schweren Seltenen Erden verwendet werden, können extrem hohe magnetische Eigenschaften erreicht werden. Derzeit kann das maximale magnetische Energieprodukt des Produkts 43MGOe erreichen; der Verlust im Verarbeitungsprozess ist gering.
Nachteilig: Derzeit kann es nur in Ringform hergestellt werden, was den Anwendungsbereich von heißgepresstem NdFeB stark einschränkt; aufgrund der hohen technischen Hürden für heißgepresstes NdFeB hat derzeit nur das japanische Unternehmen Daido Electronics die Massenproduktion in der Welt erreicht, und sein Monopol macht den Preis hoch.
Derzeit gibt es kaum Überschneidungen zwischen den drei Anwendungsbereichen
Die meisten heißgepressten Magnetwerkstoffe können nur in Ringform hergestellt werden, was ihren Anwendungsbereich einschränkt. Derzeit wird es hauptsächlich im Bereich der EPS-Motoren in der Automobilindustrie verwendet. Selbst wenn man das schnelle Wachstum von heißgepresstem NdFeB auf dem EPS-Markt in der Automobilindustrie und die Nachfrage nach gesintertem NdFeB im Vergleich zu gesintertem NdFeB betrachtet, ist der Markt für heißgepresstes NdFeB extrem klein, so dass die Auswirkungen auf die Wachstumsrate der Nachfrage nach gesintertem NdFeB relativ gering sind.
Aufgrund der großen Unterschiede bei den magnetischen Eigenschaften und der Formgebung ist die Schnittmenge zwischen gebundenem und gesintertem NdFeB nicht groß. Gebondetes NdFeB wird hauptsächlich in den Bereichen Festplattenlaufwerk-Spindelmotoren und Mikromotoren mit geringer Leistung eingesetzt. Gesintertes NdFeB-Eisen-Bor wird eher in Bereichen wie Antriebsmotoren mit höherer Leistung eingesetzt.
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