Процес підготовки спечених магнітів NdFeB-(1) Підготовка сировини

Спечені магніти зазвичай використовують як сировину чисті метали або проміжні сплави. Вони використовують принцип електромагнітного індукційного нагрівання змінних магнітних полів для створення вихрових струмів у сировині. Сировина розплавляється за допомогою середньої та низькочастотної індукції у вакуумі або середовищі інертного газу, щоб сировина нагрілася та розплавилася. Розплав перемішують для його гомогенізації. Точка плавлення рідкоземельних металів становить від 800 до 1500 градусів, Fe і Co - 1536 градусів і 1495 градусів відповідно, а чистий B досягає 2077 градусів. Точка плавлення деяких металів з високою температурою плавлення, які використовуються як добавки, наприклад Ti, Cr, Mo або Nb, становить 1600-3400 градусів. Беручи до уваги придушення випаровування рідкоземельних елементів, температура плавлення зазвичай контролюється на рівні 1000 ~ 1600 градусів. Елементи з високою температурою плавлення розплавляються шляхом легування розплаву рідкоземельних металів або сплави елементів з високою температурою плавлення (зазвичай сплави заліза) безпосередньо використовуються як сировина, наприклад B-Fe (температура плавлення ~ 1500 градусів), сплав Nb-Fe (температура плавлення ~1600 градусів) тощо. Щоб забезпечити середовище з низьким вмістом кисню для плавки та лиття, необхідно звільнити корпуси плавильної та ливарної печі та повністю викачати компоненти та сировину в піч. Рівень вакууму зазвичай досягає 10-2~10-3.

Корпус печі нагрівається. Швидкість підвищення тиску (внутрішній вихід газу та зовнішній витік повітря) також потрібно контролювати на низькому рівні. Наприклад, для плавильної печі потужністю 1 т швидкість підвищення тиску має бути нижчою за 5×10-4~1×10-3 л/с. Вакуумна плавка може повністю здути розплавлену рідину, видалити низькокиплячі домішки та шкідливі газові елементи та підвищити чистоту сплаву. Однак, оскільки тиск пари рідкоземельних металів дуже низький (менше 1 Па), втрати від випаровування дуже значні, тому його зазвичай використовують під час процесу плавки. Корпус печі заповнений інертним газом для підвищення тиску навколишнього повітря для придушення випаровування рідкоземельних елементів. Зручніше використовувати газ аргон високої чистоти, який зазвичай наповнюється до рівня 50кПа. Після того, як розплав сплаву гомогенізований, вентильований і повністю завершено шлакування, можна починати лиття. Лиття сплаву є дуже критичним процесом, оскільки склад, стан кристалізації та просторовий розподіл фаз мають вирішальне значення для продуктивності спеченого магніту. Злиток сплаву випробував важкі «гарматні ядра», «книги» товщиною 20 мм і «млинці» товщиною 5 мм. «Наразі він розвинувся до швидкотвердіючих пластівців товщиною лише 0,3 мм. Інсайдери галузі доклали різноманітних зусиль, щоб уникнути сегрегації компонентів і генерація домішкових фаз і розумно розподілити розподіл багатих неодимом фаз.

1. Виплавка

Рідкісноземельні сировинні матеріали зазвичай мають форму чистих металів, а рідкоземельні сплави часто вибираються з міркувань вартості, наприклад празеодим і неодим, лантан і церій, змішані рідкоземельні та диспрозієві феросплави тощо; Компоненти елемента з високою температурою плавлення (такі як: B, Mo, Nb тощо) В основному додається у формі феросплаву. Магніти Nd-Fe-B мають характеристики мультиметалічних фаз. Фаза, багата Nd, є необхідною умовою для високої коерцитивної сили, і фаза, багата B, також повинна співіснувати. Таким чином, рідкісноземельні елементи та B у вихідній формулі зазвичай повинні бути вищими, ніж позитивні компоненти R2Fe14B, але іноді для коригування складу граничної фази зерен (особливо, коли додаються Cu, Al та Ga), B вміст трохи нижче позитивної складової. Через реакцію між рідкоземельними металами та матеріалами тигля та випаровування під час плавлення та спікання, певну кількість втрат рідкоземельних металів необхідно враховувати під час формулювання. Щоб зменшити вміст домішок у сплаві, слід суворо контролювати чистоту сировини, а також повністю видалити оксидний шар і прикріплення на поверхні. Джерелом тепла середньо- і низькочастотної індукційної плавки є індукційний вихровий струм, що утворюється в сировині змінним магнітним полем. Скін-ефект вихрового струму викликає концентрацію струму на поверхні сировини. Якщо розмір блоку сировини занадто великий, вихровий струм не може проникнути в центр блоку, і лише серцевина може бути розплавлена ​​через теплопровідність, що дуже нереально в реальному виробництві. Тому розмір сировини необхідно регулювати відповідно до вибору частоти та контролювати до 3-6-кратної глибини шкірки. На малюнку нижче показано залежність між частотою живлення - глибиною скін-шкіри - і розміром сировини. Можна побачити, що чим вища частота, тим суттєвішим є скін-ефект і тим менший розмір необхідної сировини.

Вибір частоти плавлення залежить від іншої важливої ​​функції індукційного плавлення - електромагнітного перемішування, яке використовує взаємодію між розплавленим металом і змінним магнітним полем для сприяння плавленню нерозплавлених твердих речовин і гомогенізації розплавленого металу. Електромагнітна сила Величина обернено пропорційна квадратному кореню з частоти струму. Занадто висока частота послабить ефект електромагнітного перемішування джерела змінного струму. Діапазон частот, який використовується у фактичному виробництві, становить близько 1000~2500 Гц, а розмір сировини повинен контролюватись нижче 100 мм.

Укладання сировини в тигель повинна враховувати просторовий розподіл наведеного магнітного поля і температури в процесі плавлення. Зазвичай індукційна котушка намотується навколо зовнішньої сторони тигля. Магнітне поле найсильніше всередині тигля й поступово слабшає до центру, але боки, дно та верх тигля. Отвір є основним способом виходу тепла, тому температура нижньої сторони тигля знаходиться в середині, температура верхнього шару і середини дна нижча, а температура середньої частини найвища. Тому при завантаженні на дно тигля доцільно щільно укладати дрібні шматочки легкоплавких матеріалів; матеріали з високою температурою плавлення і великі шматки матеріалів повинні бути розміщені в середній і нижній частинах; великі шматки матеріалів з низькою температурою плавлення повинні бути розміщені у верхній частині та бути вільними, щоб запобігти утворенню мостів. У наш час широко використовується технологія безперервної плавки. Сировина безперервно додається в тигель при високих температурах через камеру завантаження. Щоб контролювати випаровування рідкоземельних матеріалів, зазвичай спочатку додають чисте залізо для його плавлення, потім послідовно додають метали або сплави з високою температурою плавлення і, нарешті, додають рідкоземельні елементи.

2. Лиття

Подвійні або потрійні рідкоземельні сплави неминуче утворюють фази -Co або -Fe в умовах повільного (майже рівноважного) охолодження. Їх м’які магнітні властивості при кімнатній температурі серйозно пошкодять властивості постійного магніту, тому їх необхідно швидко охолодити, щоб запобігти їх утворенню.

Щоб досягти необхідного ефекту швидкого охолодження, традиційна технологія лиття у форму працювала над зменшенням товщини зливка сплаву. Перевагами лиття в ливарні форми є низька вартість обладнання, простота експлуатації та здатність відповідати загальним вимогам виробництва магнітів. Недолік полягає в тому, що розмір зерна є нерівномірним і фази -Co або -Fe часто випадають в осад. Тривала термічна обробка злитків сплаву при температурах, нижчих за температуру плавлення сплаву, може допомогти усунути фазу -Co або -Fe, але призведе до накопичення багатих Nd фаз, що не сприяє оптимальному розподілу зерна граничні фази в спечених магнітах.

Для подальшого зменшення товщини злитка сплаву була розроблена структура «скребка диска», подібна до розкладання млинця, завдяки чому товщина сплаву досягає приблизно 1 см. Однак збільшення площі сплаву принесло чимало клопоту збору плавильних печей великої потужності. . Інший ефективний шлях розвитку технології йде в протилежному напрямку, починаючи від надзвичайно високої швидкості охолодження для приготування швидкозагартовуючих сплавів Nd-Fe-B і намагаючись зменшити швидкість охолодження для отримання швидкоохолоджуючих кристалічних сплавів, які називаються стрічками. виникла технологія лиття або швидкотвердіючих пластівців (стрічкове лиття або SC). Він виливає розплавлений сплав через відвідний жолоб на металеве колесо з водяним охолодженням, що швидко обертається, щоб отримати товщину 0.2~0.6 мм, ідеальний фазовий склад і текстуру. Пластівці сплаву. У структурі литого сплаву рівномірний розподіл багатої Nd фази та придушення -Fe зменшують загальний вміст рідкоземельних елементів, що є корисним для отримання високоефективних магнітів і зниження вартості магнітів; недоліком є ​​те, що через зменшення об’ємної частки фази, багатої Nd, порівняно з магнітами, виготовленими литтям у форму, крихкість магнітів збільшується, а подальша обробка стає складнішою.