Les deux principaux avantages de la technique de moulage des aimants NdFeB de terres rares par rapport à la méthode conventionnelle de métallurgie des poudres sont la prévention de l'oxydation et la direction du champ magnétique. La préparation du NdFeB fritté dépend principalement du processus de moulage, qui détermine également la taille, la forme et l'orientation de l'aimant. Il existe deux principaux types de moulage : le pressage humide et le pressage à sec.
1. Moulage humide
Dans les céramiques fonctionnelles ainsi que dans d'autres disciplines, le processus de moulage par voie humide est couramment utilisé. En utilisant de l'huile minérale comme solvant et de l'oléate de méthyle comme agent tensioactif, Hitachi a créé en 2001 un aimant à haute performance avec Br = 1,46 T (14,6 kG) et 1,20 MA/m (15,1 kOe). Les réactifs organiques ont une action lubrifiante qui peut améliorer la fluidité et l'orientation de la poudre, ce qui permet la formation d'un compact très uniforme. Mais le moulage par voie humide est une procédure très inefficace et compliquée. L'approche du moulage par voie humide est abandonnée parce que la quantité importante de solvant émise pendant le processus de frittage endommagera le système à vide et que le carbone résiduel nuira à la fonction de l'aimant.
2. Moulage à sec
Après des années de pratique et d'amélioration par les praticiens des matériaux magnétiques, le moulage à sec est devenu la méthode préférée pour la production de masse à grande échelle. La poudre magnétique est orientée par un champ magnétique dans une cavité de moule d'une certaine forme, et le pénétrateur est fermé pour achever la pression. Toutefois, à mesure que la densité du corps vert augmente, l'orientation est inévitablement détruite. Le moulage à sec peut être divisé en pressage parallèle et pressage vertical en fonction de la relation correspondante entre la direction du champ magnétique et la direction du pressage. La méthode de pressage vertical est plus largement utilisée car elle endommage moins l'orientation de la poudre des aimants ndfeb de terre rare.
En Chine, une méthode de pressage en deux étapes est souvent utilisée, c'est-à-dire que la densité du compact vert est pressée à 3,8-4,1g/cm3, puis une réduction de pression égale (environ 180MPa) est utilisée pour augmenter la densité du compact vert (environ 4,5g/cm3) sans détruire le niveau d'orientation existant. De cette manière, différents types de moules, tels que les moules automatiques et les moules combinés, peuvent être essayés, avec une efficacité de production élevée et des performances stables. Toutefois, les méthodes de pressage vertical, de pressage isostatique, de post-broyage et de tranchage présentent les inconvénients suivants :
(1) En raison de la limitation de la quantité de déformation du flan et de la couche d'oxyde, la marge de transformation du flan est importante et le taux de rendement est faible ;
(2) La méthode de pressage secondaire nécessite un scellement sous vide après le corps vert, ce qui implique un cycle de traitement long et un faible degré d'automatisation ;
(3) Le degré d'orientation sera encore endommagé pendant le processus de fermeture et de pressage du moule.
Le produit a mis au point un processus de moulage proche du filet et un processus de moulage sans traitement pour produire directement des produits dont la forme est égale ou proche de celle du produit final. Actuellement, les principales directions d'amélioration sont les suivantes : premièrement, annuler le pressage isostatique et réaliser une production automatisée du moulage au frittage ; deuxièmement, utiliser le moulage sans pression et d'autres méthodes pour améliorer encore le degré d'orientation ; et enfin, pour les aimants ndfeb de terre rare en forme de tuiles, d'anneaux, de feuilles minces et de diverses formes complexes.
1. Processus de moulage unique
En augmentant la pression de la presse à mouler, la densité du corps vert est portée à plus de 4,2 g/cm3, ce qui élimine le pressage isostatique. Après avoir été pressé par la presse à mouler entièrement automatique, il est automatiquement empilé dans la boîte de frittage par un robot et transporté à travers un canal scellé protégé par un gaz inerte. L'entrée dans le four de frittage continu se fait par la vanne de fermeture, ce qui permet d'automatiser la production et de réduire les coûts de main-d'œuvre. L'ensemble du processus est réalisé dans un environnement à faible teneur en oxygène, ce qui favorise la stabilité du processus et la performance des aimants terre rare ndfeb.
2. Moulage sans pression
Afin d'éviter d'endommager le degré d'orientation au cours du processus de moulage, l'orientation est effectuée dans un état de liberté ou de micro-pression, et le moule est utilisé pour le frittage sous vide ou à haute pression. Cette méthode est très exigeante en ce qui concerne le matériau du moule, la perméabilité magnétique et la rugosité de la paroi de la cavité intérieure. Cependant, l'écart entre les poudres étant trop important, il est difficile de densifier uniquement par capillarité pendant le processus de frittage, et il est facile de rétrécir et de déformer les aimants ndfeb à base de terres rares.
3. Moulage d'un film de caoutchouc par pression isostatique et champ magnétique pulsé
Le moule en caoutchouc rempli de poudre magnétique est placé dans le moule métallique. Grâce à l'orientation du champ magnétique pulsé, le pénétrateur métallique comprime le film de caoutchouc et la poudre magnétique. En raison de la restriction de la cavité du moule métallique, le moule en caoutchouc se dilate vers la cavité intérieure et applique sa pression isostatique à la poudre. Sur l'échantillon, comme il n'y a pas de mouvement relatif entre la paroi intérieure de la cavité du moule et la poudre, l'orientation est bien maintenue. Cependant, en raison de la différence de dureté et de module d'Young entre le film de caoutchouc et le moule en acier, le compact est sujet à une déformation non uniforme.
4. Processus de moulage proche du filet (pressage d'une seule pièce)
La presse parallèle présente beaucoup plus de dommages liés à l'orientation que la presse verticale, car l'orientation du champ magnétique correspond à la direction du pressage. En outre, la zone de pressage du produit est réduite en raison de la limitation de la taille du pôle d'orientation. Néanmoins, la méthode de pressage parallèle peut former et presser des cylindres, des anneaux, des produits de forme spéciale et des pièces uniques en une seule fois grâce aux avantages de l'alimentation et de l'orientation. Ses excellentes caractéristiques magnétiques et sa grande précision de pressage optimisent la consommation de matériaux en réduisant la marge de traitement. Les critères relatifs à la fluidité de la poudre, à la presse (précision de l'asservissement, taille et homogénéité du champ magnétique, distribution automatique de la poudre, etc.), au moule et au processus de frittage sont plus élevés dans le processus de pressage en une seule pièce des aimants ndfeb de terre rare.
5. Technologie de l'impression 3D
L'impression 3D est une technologie de fabrication additive qui utilise de la poudre de métal pour imprimer couche par couche afin de construire des pièces. Si un champ magnétique directionnel régional peut être utilisé pour orienter les grains de la phase principale, et si les particules de la phase de limite de grain fondues à basse température enveloppent les grains de la phase principale pour densifier l'aimant, il sera théoriquement possible de réaliser des aimants de différentes tailles et de formes complexes avec une orientation élevée et une distribution uniforme des limites de grain. Il n'est plus difficile d'obtenir une forme presque nette de l'acier et de préparer en même temps divers produits tels que des anneaux magnétiques rayonnants et de l'acier magnétisé obliquement.
Par conséquent, dès que la technologie de l'impression 3D est apparue, elle a attiré l'attention des chercheurs sur les aimants ndfeb de terre rare. Cependant, en plus d'aider au frittage et à la densification, la phase de joint de grain joue un rôle important dans les propriétés magnétiques, en particulier la force coercitive des aimants ndfeb à base de terres rares. À l'heure actuelle, le mécanisme d'influence de la composition, de la distribution et de l'évolution de la structure cristalline de la phase de joint de grain sur les propriétés magnétiques n'a pas encore été entièrement révélé. La conception de la composition des particules de la phase auxiliaire et de la taille du joint de grain nécessite encore des efforts de la part du personnel de recherche et de développement technique.
Aimants ndfeb de terre rare
Les aimants ndfeb (néodyme-fer-bore) de terre rare sont un type d'aimant permanent connu pour ses fortes propriétés magnétiques. Le processus de moulage des aimants ndfeb à base de terres rares comporte plusieurs étapes :
1. Préparation des matières premières : Le processus commence par la préparation des matières premières, qui comprennent généralement du néodyme, du fer, du bore et d'autres additifs mineurs comme le dysprosium ou le terbium pour améliorer les propriétés magnétiques. Ces matériaux sont mélangés dans des proportions précises pour obtenir les caractéristiques magnétiques souhaitées.
2. Broyage : Les matières premières mélangées sont ensuite broyées pour produire une poudre fine. Le broyage garantit que les particules sont bien mélangées et homogénéisées, ce qui est essentiel pour obtenir des propriétés magnétiques constantes dans le produit final des aimants ndfeb en terres rares.
3. Pressage : La poudre broyée est compactée dans la forme souhaitée à l'aide d'un processus de pressage. Cette étape est souvent réalisée à l'aide d'une presse hydraulique ou mécanique. La poudre est généralement placée dans une cavité de moule et soumise à une forte pression pour la comprimer et lui donner une forme solide, telle qu'un cylindre ou un bloc.
4, frittage : Le compact pressé est ensuite fritté dans un four. Le frittage consiste à chauffer la poudre compactée à une température élevée, généralement supérieure à la température de Curie du matériau, mais inférieure à son point de fusion. Les particules se lient alors les unes aux autres, formant un matériau solide aux propriétés magnétiques améliorées : les aimants ndfeb de terre rare.
5. Traitement thermique : Après le frittage, le matériau peut subir des traitements thermiques supplémentaires pour améliorer encore ses propriétés magnétiques et stabiliser sa microstructure. Cette étape est particulièrement importante pour contrôler la taille des grains et optimiser les performances magnétiques.
6,Usinage et traitement de surface : Une fois que le matériau fritté a refroidi, il peut être soumis à des processus d'usinage pour obtenir la forme et les dimensions finales souhaitées. Des traitements de surface tels que le revêtement ou le placage peuvent également être appliqués pour protéger l'aimant de la corrosion et améliorer sa durabilité.
7. Contrôle de la qualité : Tout au long du processus, des mesures de contrôle de la qualité sont mises en œuvre pour s'assurer que le produit final répond aux spécifications requises en matière de propriétés magnétiques, de précision dimensionnelle et d'intégrité structurelle.
8. Tests : Enfin, les aimants finis sont soumis à divers tests pour évaluer leurs performances magnétiques, telles que la densité du flux magnétique, la coercivité et la rémanence. D'autres tests peuvent également être effectués pour évaluer les propriétés mécaniques et garantir la fiabilité des aimants ndfeb de terre rare.
Globalement, le processus de moulage des aimants ndfeb frittés à base de terres rares comprend une série d'étapes soigneusement contrôlées pour produire des aimants de haute qualité avec des propriétés magnétiques supérieures adaptées à diverses applications, allant de l'électronique grand public à la machinerie industrielle.
