Neodimio-hierro-boro El (Nd-Fe-B) es el material magnético permanente de tierras raras más representativo. Su composición principal incluye neodimio (Nd), hierro (Fe) y boro (B), donde los elementos de tierras raras representan aproximadamente 25-351 TP₃T, el hierro 65-751 TP₃T y el boro alrededor de 11 TP₃T. El NdFeB es actualmente el material magnético permanente con el mayor producto de energía magnética del mundo y se le conoce como el "Rey de los Imanes Permanentes Modernos". Esto también significa que los materiales de NdFeB pueden alcanzar el mismo flujo magnético con el menor volumen.
Campos de aplicación: Motores de imanes permanentes, dispositivos médicos, energía eólica, vehículos de nueva energía, etc.
Según los procesos de fabricación, los imanes de NdFeB se pueden dividir en tipos sinterizados, adheridos y prensados en caliente, entre los cuales el NdFeB sinterizado es el más utilizado.
Descripción general del proceso de fabricación
Los imanes permanentes de NdFeB sinterizados se producen esencialmente mediante pulvimetalurgia.
El flujo del proceso clave incluye:
Mezcla de materias primas → Fusión y colada de bandas → Decrepitación de hidrógeno → fresado por chorro → Conformación por orientación → Sinterización y tratamiento térmico → Mecanizado mecánico → Tratamiento de superficies → Magnetización
Descripción detallada del proceso
Pretratamiento y mezcla de materias primas
Antes de dosificar, las materias primas deben estar libres de residuos, óxidos y polvo para minimizar las impurezas.
De acuerdo con las propiedades magnéticas requeridas, se calculan con precisión las proporciones de Nd, Fe, B y aditivos traza (como Dy, Tb, Co, Al, etc.).
Fundición / Fundición en tiras
La fusión se lleva a cabo en un horno de inducción al vacío a aproximadamente 1460 °C, permitiendo que las materias primas se fundan en una aleación bajo la protección de un gas inerte.
Luego, la aleación fundida se vierte sobre un rodillo de enfriamiento de cobre que gira rápidamente, formando tiras delgadas, de espesor uniforme y de temple rápido (cintas fundidas en tiras).
Esta rápida solidificación evita la formación de α-Fe y garantiza una composición de aleación uniforme y una alta orientación cristalográfica.
Puntos clave de control
- Asegúrese de que la fusión completa de materiales de alto punto de fusión, como Fe y Nd.
- Composición precisa de la aleación (evitando pérdidas por volatilización y oxidación).
- Alta uniformidad de aleación.
- Evite inclusiones y contaminación por gases.
Decrepitación de hidrógeno (HD)
Utilizando las características de absorción de hidrógeno de los compuestos de tierras raras, las cintas fundidas en tiras se colocan en un entorno de hidrógeno.
El hidrógeno se infiltra a lo largo de las fases ricas en Nd, provocando expansión y agrietamiento, rompiendo la aleación en un polvo grueso.
Esto se lleva a cabo en un horno de decrepitación de hidrógeno a 700–800 °C, con estricto control para evitar la oxidación y garantizar la seguridad.
Puntos de control
- Prevención de fugas de hidrógeno
- Nivel de vacío antes de la absorción de hidrógeno
- Tiempo de absorción de hidrógeno
- Temperatura y duración de la deshidrogenación
- Temperatura de enfriamiento y descarga
Molino de chorro
El polvo grueso de HD se muele aún más mediante un molino de chorro. Un gas a alta presión (p. ej., nitrógeno) acelera las partículas a velocidad supersónica; las colisiones entre partículas reducen su tamaño a 3-4 μm. El proceso se realiza en una atmósfera inerte para mantener el contenido de oxígeno por debajo de 50 ppm.
Ventajas de Fresado por chorro
- Fresado por autocolisión → sin contaminación
- Baja generación de calor y baja tensión interna.
- Protección de gas inerte → previene la oxidación
- Excelente tamaño de partícula distribución
Sinterización y tratamiento térmico
La sinterización se realiza en un horno de vacío a 1000–1100 °CDensificando el polvo compactado y formando la fase principal de Nd₂Fe₁₄B. Se requieren curvas de calentamiento y tiempos de mantenimiento precisos para promover la unión del grano y eliminar la porosidad, evitando al mismo tiempo el crecimiento del grano.
Tres elementos clave de la sinterización
- Nivel de vacío
- Temperatura de sinterización
- Tiempo de espera
Consideraciones importantes
- Uniformidad de temperatura de la cámara del horno
- Estabilidad de temperatura
- Retraso en la medición de temperatura
Tratamiento térmico
Después de la sinterización, normalmente se utiliza un proceso de templado de dos etapas:
- Etapa 1: ~900°C ± 50°C
- Etapa 2: 480–560 °C
El revenido optimiza la estructura del límite del grano, libera la tensión interna y mejora significativamente la coercitividad y la estabilidad térmica.
Mecanizado mecánico
Los bloques sinterizados se mecanizan (cortando, rectificando, perforando, etc.) según dimensiones especificadas.
El NdFeB es duro y quebradizo, por lo que se requieren máquinas especiales (cortadoras de alambre, rectificadoras de superficies).
Es necesario controlar el enfriamiento para evitar la formación de grietas o astillas.
Los métodos de procesamiento comunes incluyen:
- Molienda
- Rebanar
- Electroerosión por hilo
- Taladrado y avellanado
- Biselado
- Procesos de galvanoplastia
Magnetización y empaquetado
La magnetización se realiza aplicando un campo magnético fuerte (que a menudo supera la magnetización de saturación) utilizando un magnetizador, lo que le da al imán el patrón polar requerido.
El embalaje debe evitar interferencias magnéticas, vibraciones o roturas.
Los imanes fuertes deben estar especialmente aislados; normalmente se prefiere el transporte marítimo o terrestre.
Innovaciones y tendencias tecnológicas
Difusión de límites de grano (GBD)
La difusión del límite de grano es una técnica clave para producir imanes de NdFeB de alto rendimiento.
Por revestimiento La superficie del imán con compuestos pesados que contienen tierras raras (Dy/Tb) y el tratamiento térmico al vacío hacen que los átomos pesados de tierras raras se difundan a lo largo de los límites de los granos y formen una capa alrededor de los granos de Nd₂Fe₁₄B.
Beneficios:
- La coercitividad aumenta en 8–11 kOe
- La estabilidad de la temperatura mejora significativamente
- La remanencia disminuye sólo ligeramente
- El uso intensivo de tierras raras se redujo en 30–70% (0,05–4 peso molecular de %)
- Menor costo de material
Métodos GBD típicos:
- Recubrimiento de superficie
- Pulverización catódica con magnetrón
- Difusión por deposición de vapor
Tecnología de deformación en caliente
Fabricación avanzada de imanes de NdFeB anisotrópicos, que incluye:
Prensado en caliente (550–750 °C, 50–300 MPa)
Prensado en caliente al vacío de polvo rápidamente enfriado para formar una preforma.
Deformación en caliente (600–750 °C, 20–100 MPa)
Logra una deformación de 50–80%, lo que da como resultado microestructuras altamente orientadas y un rendimiento magnético superior.
Tendencias de desarrollo
La industria está evolucionando hacia tecnologías de ahorro de recursos y reducción de costos, centradas en reducir la dependencia de tierras raras pesadas, escasas y costosas (Dy, Tb).
Los enfoques incluyen:
- Difusión del límite de grano para un menor uso de Dy/Tb
- Sustitución parcial con abundante Ce/La
- Uso de elementos como Mo para optimizar los límites de grano
Por ejemplo, la “tecnología de caja de molibdeno” crea una capa de nanodifusión rica en Mo, mejorando la coercitividad y la resistencia al calor a un costo mucho menor que los métodos basados en Tb.
Estas innovaciones impulsan los materiales de NdFeB hacia un alto rendimiento, bajo costo y una fabricación ecológica, aliviando la presión sobre los recursos estratégicos de tierras raras pesadas.
Perspectiva de la aplicación
imán permanente de NdFeBs tienen amplias perspectivas de mercado.
La demanda continúa creciendo desde la electrónica tradicional y los motores industriales hacia áreas estratégicas emergentes como:
- vehículos de nueva energía
- Robótica humanoide
- Aviación de baja altitud
Con requisitos cada vez mayores de rendimiento y confiabilidad, los imanes de NdFeB de alto rendimiento, alta consistencia y alto valor agregado dominarán el crecimiento del mercado e impulsarán una mayor innovación en materiales y tecnología de procesamiento.
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— Publicado por Emily Chen