I due principali vantaggi della tecnica di stampaggio dei magneti ndfeb in terre rare rispetto al metodo convenzionale della metallurgia delle polveri sono la prevenzione dell'ossidazione e la direzione del campo magnetico. La preparazione dei NdFeB sinterizzati dipende principalmente dal processo di stampaggio, che determina anche le dimensioni, la forma e l'orientamento del magnete. Esistono due tipi principali di stampaggio: la pressatura a umido e la pressatura a secco.
1. Stampaggio a umido
Nella ceramica funzionale e in altre discipline, il processo di stampaggio a umido è comunemente utilizzato. Utilizzando l'olio minerale come solvente e l'oleato di metile come tensioattivo, nel 2001 Hitachi ha creato un magnete ad alte prestazioni con Br = 1,46 T (14,6 kG) e 1,20 MA/m (15,1 kOe). I reagenti organici hanno un'azione lubrificante che può migliorare la fluidità e l'orientamento della polvere, con conseguente formazione di un compatto molto uniforme. Ma lo stampaggio a umido è una procedura molto inefficiente e complicata. L'approccio dello stampaggio a umido è stato abbandonato perché la notevole quantità di solvente emessa durante il processo di sinterizzazione danneggia il sistema di vuoto e il carbonio residuo compromette il funzionamento del magnete.
2. Stampaggio a secco
Dopo anni di pratica e miglioramenti da parte dei professionisti dei materiali magnetici, lo stampaggio a secco è diventato il metodo preferito per la produzione di massa su larga scala. La polvere magnetica viene orientata da un campo magnetico in una cavità dello stampo di una certa forma e il penetratore viene chiuso per completare la pressione. Tuttavia, con l'aumento della densità del corpo verde, l'orientamento viene inevitabilmente distrutto. Lo stampaggio a secco può essere suddiviso in pressatura parallela e pressatura verticale in base al rapporto corrispondente tra la direzione del campo magnetico e la direzione di pressatura. Il metodo di pressatura verticale è più utilizzato perché causa meno danni ai magneti ndfeb in terre rare con orientamento a polvere.
In Cina si utilizza spesso un metodo di pressatura in due fasi, ovvero la densità del compatto verde viene pressata a 3,8-4,1 g/cm3 e poi si utilizza una riduzione di pressione uguale (circa 180MPa) per aumentare la densità del compatto verde (circa 4,5 g/cm3) senza distruggere il livello di orientamento esistente. In questo modo, si possono provare vari tipi di stampi, come quelli automatici e quelli combinati, con un'elevata efficienza produttiva e prestazioni stabili. Tuttavia, i metodi di pressatura verticale, pressatura isostatica, post-macinazione e lavorazione a fette presentano le seguenti carenze:
(1) A causa della limitazione della quantità di deformazione del grezzo e dello strato di ossido, il margine di lavorazione del grezzo è elevato e il tasso di rendimento è basso;
(2) Il metodo di pressatura secondaria richiede la sigillatura sotto vuoto dopo il corpo verde, con un ciclo di processo lungo e un basso grado di automazione;
(3) Il grado di orientamento sarà comunque danneggiato durante il processo di chiusura dello stampo e di pressatura.
Il prodotto ha sviluppato un processo di stampaggio quasi a rete e un processo di stampaggio senza lavorazione per produrre direttamente prodotti uguali o vicini alla forma del prodotto finale. Attualmente, le principali direzioni di miglioramento sono: in primo luogo, annullare la pressatura isostatica e realizzare una produzione automatizzata dallo stampaggio alla sinterizzazione; in secondo luogo, utilizzare lo stampaggio senza pressione e altri metodi per migliorare ulteriormente il grado di orientamento; infine, per i magneti ndfeb di terre rare a forma di piastrella, ad anello, in fogli sottili e di varie forme complesse.
1. Processo di stampaggio una tantum
Aumentando la pressione della pressa di stampaggio, la densità del corpo verde viene aumentata fino a superare i 4,2 g/cm3, eliminando così la pressatura isostatica. Dopo essere stato pressato dalla pressa di stampaggio completamente automatica, viene impilato automaticamente nella scatola di sinterizzazione da un robot e trasportato attraverso un canale sigillato protetto da gas inerte. Al forno di sinterizzazione continua si accede attraverso la valvola a saracinesca, che realizza una produzione automatizzata e riduce i costi di manodopera. L'intero processo si svolge in un ambiente a basso contenuto di ossigeno, che favorisce la stabilità del processo e le prestazioni dei magneti ndfeb di terre rare.
2. Stampaggio senza pressione
Per evitare di danneggiare il grado di orientamento durante il processo di stampaggio, l'orientamento viene effettuato in uno stato allentato o in uno stato di micropressione e lo stampo viene utilizzato per la sinterizzazione sotto vuoto o ad alta pressione. Questo metodo richiede requisiti elevati per quanto riguarda il materiale dello stampo, la permeabilità magnetica e la rugosità della parete interna della cavità. Tuttavia, poiché lo spazio tra le polveri è troppo grande, è difficile densificare solo per azione capillare durante il processo di sinterizzazione ed è facile che i magneti ndfeb di terre rare si restringano e si deformino.
3. Stampaggio isostatico in campo magnetico a impulsi di pressione di film di gomma
Lo stampo di gomma riempito di polvere magnetica viene inserito nello stampo di metallo. Attraverso l'orientamento del campo magnetico a impulsi, il penetratore metallico comprime la pellicola di gomma e la polvere magnetica. A causa della restrizione della cavità dello stampo metallico, lo stampo in gomma si espande verso la cavità interna e applica la sua pressione isostatica alla polvere. Sul campione, poiché non vi è alcun movimento relativo tra la parete interna della cavità dello stampo e la polvere, l'orientamento è ben mantenuto. Tuttavia, a causa della differenza di durezza e modulo di Young tra il film di gomma e lo stampo in acciaio, il compatto è soggetto a deformazioni non uniformi magneti ndfeb terre rare.
4. Processo di stampaggio quasi a rete (pressatura di un singolo pezzo)
La pressa parallela presenta molti più danni da orientamento rispetto alla pressa verticale, poiché l'orientamento del campo magnetico corrisponde alla direzione di pressatura. Inoltre, l'area di pressatura del prodotto è ridotta a causa della limitazione delle dimensioni del polo di orientamento. Tuttavia, il metodo di pressatura parallela può formare e pressare cilindri, anelli, prodotti di forma speciale e pezzi singoli in una sola volta, grazie ai vantaggi dell'alimentazione e dell'orientamento. Le sue eccellenti caratteristiche magnetiche e la grande precisione di pressatura ottimizzano il consumo di materiale riducendo i tempi di lavorazione. I criteri di fluidità della polvere, della pressa (precisione del servocontrollo, dimensione e omogeneità del campo magnetico, distribuzione automatica della polvere, ecc.), dello stampo e del processo di sinterizzazione sono più elevati nel processo di pressatura di pezzi singoli magneti ndfeb terre rare.
5.Tecnologia di stampa 3D
La stampa 3D è una tecnologia di produzione additiva che utilizza metallo in polvere da stampare strato per strato per costruire pezzi. Se si può utilizzare un campo magnetico regionale direzionale per orientare i grani della fase principale e le particelle di fase limite del grano fuse a bassa temperatura avvolgono i grani della fase principale per ottenere la densificazione del magnete, teoricamente sarà possibile realizzare magneti di varie dimensioni e forme complesse con un'elevata orientazione e una distribuzione uniforme del limite del grano. Non è più difficile ottenere una forma quasi netta dell'acciaio e preparare contemporaneamente vari prodotti come anelli magnetici radianti e acciaio magnetizzato obliquamente.
Per questo motivo, non appena la tecnologia di stampa 3D ha fatto la sua comparsa, ha attirato l'attenzione dei ricercatori sui magneti ndfeb delle terre rare. Tuttavia, oltre a favorire la sinterizzazione e la densificazione, la fase limite dei grani svolge un ruolo importante nelle proprietà magnetiche, in particolare nei magneti ndfeb di terre rare a forza coercitiva. Attualmente, il meccanismo di influenza della composizione, della distribuzione e dell'evoluzione della struttura cristallina della fase limite dei grani sulle proprietà magnetiche non è ancora stato completamente svelato. La progettazione della composizione delle particelle della fase ausiliaria e della dimensione del bordo del grano richiede ancora l'impegno del personale tecnico di ricerca e sviluppo.
Magneti ndfeb in terre rare
I magneti ndfeb delle terre rare (Neodimio Ferro Boro) sono un tipo di materiale magnetico permanente noto per le sue forti proprietà magnetiche. Il processo di stampaggio dei magneti ndfeb in terre rare prevede diverse fasi:
1, Preparazione delle materie prime: Il processo inizia con la preparazione delle materie prime, che in genere comprendono neodimio, ferro, boro e altri additivi minori come disprosio o terbio per migliorare le proprietà magnetiche. Questi materiali vengono mescolati in proporzioni precise per ottenere le caratteristiche magnetiche desiderate.
2, macinazione: Le materie prime miscelate vengono poi macinate per produrre una polvere fine. La macinazione assicura che le particelle siano ben miscelate e omogeneizzate, il che è fondamentale per ottenere proprietà magnetiche coerenti nel prodotto finale di magneti ndfeb di terre rare.
3, pressatura: La polvere macinata viene compattata nella forma desiderata mediante un processo di pressatura. Questa fase viene spesso eseguita con una pressa idraulica o meccanica. La polvere viene solitamente inserita in una cavità dello stampo e sottoposta a una pressione elevata per comprimerla in una forma solida, come un cilindro o un blocco.
4, sinterizzazione: Il compatto pressato viene poi sinterizzato in un forno. La sinterizzazione comporta il riscaldamento della polvere compattata a una temperatura elevata, in genere superiore alla temperatura di Curie del materiale, ma inferiore al suo punto di fusione. Ciò fa sì che le particelle si leghino tra loro, formando un materiale solido con proprietà magnetiche migliorate magneti ndfeb a terre rare.
5, Trattamento termico: Dopo la sinterizzazione, il materiale può essere sottoposto a ulteriori processi di trattamento termico per migliorare ulteriormente le proprietà magnetiche e stabilizzare la microstruttura. Questa fase è particolarmente importante per controllare la dimensione dei grani e ottimizzare le prestazioni magnetiche.
6, Lavorazione e trattamento superficiale: Una volta raffreddato, il materiale sinterizzato può essere sottoposto a processi di lavorazione per ottenere la forma e le dimensioni finali desiderate. Possono essere applicati anche trattamenti superficiali come il rivestimento o la placcatura per proteggere il magnete dalla corrosione e migliorarne la durata.
7, Controllo qualità: Durante l'intero processo, vengono attuate misure di controllo della qualità per garantire che il prodotto finale soddisfi le specifiche richieste in termini di proprietà magnetiche, precisione dimensionale e integrità strutturale.
8, test: Infine, i magneti finiti vengono sottoposti a vari test per valutarne le prestazioni magnetiche, come la densità di flusso magnetico, la coercitività e la riminescenza. Possono essere condotti anche altri test per valutare le proprietà meccaniche e garantire l'affidabilità del prodotto magneti ndfeb terre rare.
Nel complesso, il processo di stampaggio dei magneti ndfeb in terre rare sinterizzate prevede una serie di fasi accuratamente controllate per produrre magneti di alta qualità con proprietà magnetiche superiori adatti a varie applicazioni, dall'elettronica di consumo ai macchinari industriali.
