I magneti legati sono apparsi negli anni '70. A quel tempo, l'SmCo aveva raggiunto la commercializzazione. La situazione di mercato dei magneti permanenti NdFeB sinterizzati era molto buona, ma era difficile lavorarli con precisione in forme speciali, ed erano soggetti a crepe e danni, a problemi come la caduta di bordi e angoli, e non è facile da assemblare, il che ne limita l'applicazione. Per risolvere questo problema, il magnete permanente viene frantumato e mescolato con la plastica, quindi pressato in un campo magnetico. Questo è probabilmente il metodo di produzione più primitivo dei magneti legati. I magneti Nd-Fe-B legati sono stati ampiamente utilizzati grazie ai vantaggi del basso costo, dell'elevata precisione dimensionale, dell'ampio grado di libertà di forma, della buona resistenza meccanica e del peso ridotto.
1. Processo di produzione:
L'NdFeB legato è costituito da polvere di magnete permanente mescolata con materiali adesivi come la gomma o la plastica leggera e viene modellato direttamente in parti di magnete permanente di varie forme in base alle esigenze dell'utente.
La preparazione della polvere magnetica è un processo fondamentale per la lavorazione dei magneti permanenti NdFeB e le prestazioni della polvere magnetica influiscono direttamente sulle proprietà magnetiche dei magneti permanenti. I metodi di preparazione della polvere magnetica Nd-Fe-B includono il metodo di frantumazione meccanica, il metodo di tempra della fritta, il metodo HDDR, il metodo di spruzzatura a gas e il metodo di legatura meccanica. Attualmente, il processo più diffuso adotta il metodo HDDR, che prepara la polvere di magneti permanenti di terre rare ad alte prestazioni attraverso il processo di idrogenazione-decomposizione-deidrogenazione-ricombinazione: in primo luogo, la lega viene frantumata in polvere grossolana, messa in un forno a vuoto e cristallizzata a una certa temperatura. La lega assorbe l'idrogeno e subisce una reazione di sproporzione, quindi estrae l'idrogeno per ricombinarlo in una polvere di magneti permanenti di terre rare con grani di cristallo estremamente piccoli. Questo metodo consente di ottenere grani fini con una dimensione media delle particelle di 0,3 μm, ottenendo così una polvere magnetica con un'elevata forza coercitiva.
Attualmente esistono 4 processi per lo stampaggio a compressione dell'NdFeB legato: calandratura, stampaggio a iniezione, estrusione e stampaggio a compressione, tra cui la calandratura e l'iniezione sono più diffusi.
1. La calandratura consiste nel mescolare uniformemente la polvere magnetica e il legante secondo un determinato rapporto di volume, arrotolarla nello spessore desiderato e quindi polimerizzarla per ottenere il prodotto finito. In genere, come legante si utilizzano resina vinilica e gomma nitrilica. La superficie del prodotto deve essere protetta dalla placcatura Do.
2. Lo stampaggio a iniezione consiste nel mescolare la polvere magnetica con il legante (resina termoplastica), riscaldare e impastare, granulare, asciugare, quindi inviare alla camera di riscaldamento per il riscaldamento attraverso un'asta di guida a spirale, iniettare nella cavità dello stampo a una certa velocità per lo stampaggio e raffreddare. Grazie all'elevato contenuto di resina, sulla superficie del magnete si può formare una pellicola protettiva. In genere, non è necessario un trattamento superficiale anticorrosione, a meno che non vi sia un elevato requisito di capacità anticorrosione della superficie.
3. Lo stampaggio per estrusione è sostanzialmente uguale allo stampaggio a iniezione, con l'unica differenza che i pellet riscaldati vengono estrusi nello stampo attraverso una cavità per lo stampaggio continuo.
4. Lo stampaggio a compressione consiste nel mescolare la polvere magnetica e il legante secondo la proporzione, granulare e aggiungere una certa quantità di agente di accoppiamento, pressare e formare nello stampo e solidificare a 120°~150° per ottenere infine il prodotto finito.
Prestazioni del prodotto
Aggiungendo il legante, le prestazioni magnetiche sono inferiori a quelle del magnete NdFeB sinterizzato: il magnete NdFeB legato consiste nell'utilizzare il legante per unire la polvere magnetica in un magnete di grandi dimensioni e la sua densità è generalmente solo 80% di quella teorica. Il magnete NdFeB sinterizzato viene riscaldato ad alta temperatura attraverso un processo complicato, quindi in termini di magnetismo i magneti NdFeB legati sono più deboli di quelli NdFeB sinterizzati.
Il prodotto ha un'elevata precisione e una grande libertà di forma: l'NdFeB sinterizzato è prodotto mediante sinterizzazione di polveri. In genere, dopo la sinterizzazione è possibile produrre solo pezzi grezzi, che possono poi essere sottoposti a lavorazioni meccaniche (come taglio del filo, affettatura, rettifica, ecc.) per ottenere magneti di varie forme. Rispetto ai magneti permanenti NdFeB sinterizzati, il processo di produzione dei magneti permanenti NdFeB legati è più semplice, non richiede lavorazioni secondarie e i suoi prodotti hanno un'elevata precisione dimensionale e non presentano deformazioni; allo stesso tempo, la forma ha un ampio grado di libertà e si possono realizzare varie forme in base alle effettive esigenze d'uso I prodotti, come lunghe strisce, fogli, tubi, anelli o altre forme complesse, sono facili da produrre in massa e hanno un'elevata resistenza meccanica.
Magneti isotropi, facili da magnetizzare in qualsiasi direzione: I magneti NdFeB legati sono magneti isotropi, con le stesse proprietà magnetiche in tutte le direzioni, quindi è conveniente realizzare magneti complessivi a più poli o addirittura a infiniti poli, cosa che di solito è difficile da ottenere per i magneti sinterizzati.
Applicazione del prodotto
Le prestazioni magnetiche dei magneti NdFeB legati non sono pari a quelle dei magneti NdFeB sinterizzati, ma è facile produrre magneti ad anello magnetizzati a più stadi, con un'eccellente costanza e uniformità delle prestazioni, ed è facile integrarsi con altre parti in metallo o plastica, molto più elevate delle proprietà magnetiche della ferrite legata, è ampiamente utilizzato in vari tipi di micromotore e sistemi di sensori. Gli usi specifici dell'NdFeB legato possono essere suddivisi in:
Prodotti digitali: magneti per hard disk (HDD) - questo è attualmente il più grande campo di applicazione per l'NdFeB legato
Prodotti Office OA: motori di azionamento per stampanti, motori per scanner, motori di alimentazione sincrona (STP) per fotocopiatrici, rulli magnetici per stampanti laser, ecc.
Motori automobilistici e prodotti per sensori magnetici: compresi i magneti del sensore del servosterzo EPS, i motori dei tergicristalli, i motori degli scuotitori dei finestrini, i motori dei regolatori dei sedili, ecc.
Altri tipi di motori industriali e domestici: comprendono principalmente vari servomotori, motori elettrici per utensili, motori di refrigerazione per il condizionamento dell'aria, ecc.
A causa dell'enorme differenza di proprietà magnetiche e di stampaggio, l'intersezione tra NdFeB legato e NdFeB sinterizzato non è ampia. L'NdFeB legato è utilizzato principalmente nei motori di rotazione degli hard disk e nei micro motori di piccola potenza, mentre l'NdFeB sinterizzato è più utilizzato nei motori di azionamento ad alta potenza e in altri campi.
NdFeB pressato a caldo
L'NdFeB pressato a caldo può raggiungere proprietà magnetiche simili a quelle dell'NdFeB sinterizzato senza l'aggiunta di elementi di terre rare pesanti. Ha i vantaggi dell'alta densità, dell'alto orientamento, della buona resistenza alla corrosione e dell'elevata forza coercitiva, ma le sue proprietà meccaniche non sono buone come quelle dell'NdFeB sinterizzato. Fortunatamente, a causa del monopolio sui brevetti e degli alti costi di lavorazione, solo GM, la giapponese Daido e l'europea Delta dispongono di una tecnologia di produzione sul mercato e solo la giapponese Daido può realizzare una produzione di massa di prodotti NdFeB pressati a caldo. Nel febbraio 2018, Yinhe Magnet ha costruito la prima linea di produzione di NdFeB pressati a caldo in Cina, con una capacità produttiva di 300 tonnellate all'anno, e la produzione di massa è prevista a breve.
Il materiale del magnete permanente NdFeB pressato a caldo viene preparato con la tecnologia di pressatura a caldo o termo-reologica. In primo luogo, in base a una certa proporzione di ingredienti, si utilizza il metodo di tempra rapida NdFeB per preparare il nastro di tempra rapida NdFeB, che viene poi frantumato in polvere con una certa dimensione delle particelle. Quindi, in un ambiente con gas inerte o sottovuoto, viene compattata a una certa temperatura e pressata in uno spezzone. A questo punto, il prodotto è un grezzo di magnete isotropo; in un ambiente con gas inerte o sotto vuoto, si sostituisce o si cambia lo stampo, si aumenta la temperatura e si rilavora Il grezzo di magnete isotropo viene sottoposto a reologia termica per generare anisotropia e si ottiene un grezzo di magnete anisotropo. Infine, il grezzo di magnete isotropo o anisotropo viene lavorato e magnetizzato (magnetizzato) per ottenere il materiale magnetico isotropo o anisotropo finale di magnete permanente NdFeB pressato a caldo.
A causa dei limiti della tecnologia di stampaggio, attualmente l'NdFeB pressato a caldo può essere trasformato solo in anelli e il campo di applicazione è limitato in una certa misura. Attualmente, viene utilizzato principalmente nei motori EPS per autoveicoli e in altri settori. Il magnete NdFeB pressato a caldo ha elevate prestazioni magnetiche, l'anello magnetico è orientato radialmente e le prestazioni magnetiche radiali sono uniformi, il che rende il motore silenzioso e la coppia erogata regolare.
La sostituzione della sinterizzazione con la pressatura a caldo si concentra principalmente nel campo dell'NdFeB ad alte prestazioni con basso disprosio e alta coercitività. Questa è la parte più redditizia delle imprese di NdFeB sinterizzati. Le imprese di NdFeB sinterizzati devono correre contro il tempo e realizzare aggiornamenti tecnologici. Compresi i nuovi processi rappresentati dal disprosio e dal PLP.
La sinterizzazione, l'incollaggio e la pressatura a caldo di NdFeB hanno i loro vantaggi
NdFeB sinterizzato
Vantaggi: prestazioni magnetiche estremamente elevate, è il materiale magnetico con le maggiori prestazioni magnetiche al momento, e l'energia magnetica massima prodotta è pari a 55MGOe (N54).
Svantaggi: Per adattarsi all'ambiente di lavoro ad alta temperatura, alcuni gradi di NdFeB sinterizzato aggiungono disprosio e terbio di terre rare medie e pesanti per migliorare la forza coercitiva intrinseca e la temperatura di lavoro del magnete, ma ciò comporta un costo unitario più elevato del prodotto; preparazione Il processo è complicato (prima viene sinterizzato in uno spezzone e poi lavorato), la perdita nel processo di lavorazione è elevata e la resa è compromessa.
NdFeB legato
Vantaggi: Il prodotto ha un'elevata precisione dimensionale e una forma flessibile; non contiene terre rare medie e pesanti e il costo unitario è basso; è formato direttamente e la perdita durante la lavorazione è bassa.
Svantaggi: basse proprietà magnetiche, l'energia massima del prodotto attuale è di circa 12MGOe; forza coercitiva intrinseca e bassa temperatura di lavoro.
NdFeB pressato a caldo
Vantaggi: Nel caso in cui non si utilizzino terre rare medie e pesanti, è possibile ottenere proprietà magnetiche estremamente elevate. Attualmente, l'energia magnetica massima del prodotto può raggiungere i 43MGOe; la perdita nel processo di lavorazione è bassa.
Svantaggi: Attualmente può essere prodotto solo in forma anulare, il che limita notevolmente la gamma di applicazioni dell'NdFeB pressato a caldo; a causa delle elevate barriere tecniche dell'NdFeB pressato a caldo, attualmente solo la giapponese Daido Electronics ha raggiunto una produzione di massa nel mondo e il suo monopolio rende il prezzo elevato.
Al momento non c'è un'ampia corrispondenza tra i tre tipi di applicazione.
La maggior parte dei materiali magnetici pressati a caldo può essere realizzata solo a forma di anello, il che limita il suo campo di applicazione. Attualmente, viene utilizzato principalmente nel campo dei motori EPS per autoveicoli; anche considerando la rapida crescita dell'NdFeB pressato a caldo nel mercato dell'EPS per autoveicoli e la domanda di NdFeB sinterizzato rispetto all'NdFeB sinterizzato, il mercato dell'NdFeB pressato a caldo è estremamente ridotto, quindi l'impatto sul tasso di crescita della domanda di NdFeB sinterizzato è relativamente piccolo.
A causa dell'enorme differenza di proprietà magnetiche e di stampaggio, l'intersezione tra NdFeB legato e sinterizzato non è ampia. L'NdFeB legato è utilizzato principalmente nei campi dei motori per mandrini di hard disk e dei micro motori di piccola potenza. Il boro ferroso NdFeB sinterizzato è più utilizzato in campi quali la guida di motori di potenza superiore.
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