Neodymium–besi–boron (Nd-Fe-B) adalah material magnet permanen tanah jarang yang paling representatif. Komposisi utamanya meliputi neodimium (Nd), besi (Fe), dan boron (B), dengan unsur-unsur tanah jarang sekitar 25–35%, besi 65–75%, dan boron sekitar 1%. NdFeB saat ini merupakan material magnet permanen dengan produk energi magnetik tertinggi di dunia dan dikenal sebagai "Raja Magnet Permanen Modern". Ini juga berarti bahwa material NdFeB dapat mencapai fluks magnetik yang sama dengan volume terkecil.
Bidang aplikasi: Motor magnet permanen, peralatan medis, tenaga angin, kendaraan energi baru, dll.
Menurut proses pembuatannya, magnet NdFeB dapat dibagi menjadi jenis sinter, ikatan, dan tekan panas, di antaranya NdFeB sinter adalah yang paling banyak digunakan.
Tinjauan Umum Proses Manufaktur
Magnet permanen NdFeB yang disinter pada dasarnya diproduksi melalui metalurgi serbuk.
Alur proses utama meliputi:
Pencampuran bahan baku → Peleburan & pengecoran strip → Dekrepitasi hidrogen → Penggilingan jet → Pembentukan orientasi → Sintering & perlakuan panas → Pemesinan mekanis → Perlakuan permukaan → Magnetisasi
Deskripsi Proses Terperinci
Pra-perlakuan dan Pencampuran Bahan Baku
Sebelum pencampuran, bahan baku harus bebas dari serpihan, oksida, dan debu untuk meminimalkan kotoran.
Berdasarkan sifat magnet yang dibutuhkan, rasio Nd, Fe, B dan aditif jejak (seperti Dy, Tb, Co, Al, dll.) dihitung secara tepat.
Peleburan / Pengecoran Strip
Peleburan dilakukan dalam tungku induksi vakum pada suhu sekitar 1460 derajat celcius, yang memungkinkan bahan mentah meleleh menjadi logam paduan di bawah perlindungan gas inert.
Paduan cair tersebut kemudian dituang ke rol pendingin tembaga yang berputar cepat, sehingga terbentuklah strip-strip tipis, tebal seragam, dan cepat padam (pita cor strip).
Pemadatan cepat ini mencegah pembentukan α-Fe dan memastikan komposisi paduan yang seragam dan orientasi kristalografi yang tinggi.
Titik Kontrol Utama
- Memastikan pencairan sempurna bahan-bahan dengan titik leleh tinggi seperti Fe dan Nd.
- Komposisi paduan yang akurat (menghindari kehilangan penguapan dan oksidasi).
- Keseragaman paduan tinggi.
- Hindari inklusi dan kontaminasi gas.
Dekrepitasi Hidrogen (HD)
Dengan menggunakan karakteristik penyerapan hidrogen dari senyawa tanah jarang, pita cetakan strip ditempatkan dalam lingkungan hidrogen.
Hidrogen menyusup sepanjang fase kaya Nd, menyebabkan pemuaian dan keretakan, memecah paduan menjadi bubuk kasar.
Hal ini dilakukan dalam tungku dekripsi hidrogen di 700–800°C, dengan kontrol ketat untuk menghindari oksidasi dan memastikan keamanan.
Titik Kontrol
- Pencegahan kebocoran hidrogen
- Tingkat vakum sebelum penyerapan hidrogen
- Waktu penyerapan hidrogen
- Suhu dan durasi dehidrogenasi
- Suhu pendinginan dan pembuangan
Pabrik Jet
Serbuk kasar dari HD digiling lebih lanjut dengan jet mill. Gas bertekanan tinggi (misalnya, nitrogen) mempercepat partikel hingga kecepatan supersonik; tumbukan antar partikel mengurangi ukuran partikel menjadi 3–4 μm. Proses ini dilakukan dalam atmosfer inert untuk menjaga kadar oksigen di bawah 50 ppm.
Keuntungan dari Penggilingan Jet
- Penggilingan tabrakan sendiri → tidak ada kontaminasi
- Pembangkitan panas rendah dan tekanan internal rendah
- Perlindungan gas inert → mencegah oksidasi
- Bagus sekali ukuran partikel distribusi
Sintering dan Perlakuan Panas
Sintering dilakukan dalam tungku vakum pada 1000–1100°C, memadatkan bubuk yang dipadatkan dan membentuk fase utama Nd₂Fe₁₄B. Kurva pemanasan dan waktu penahanan yang tepat diperlukan untuk meningkatkan ikatan butiran dan menghilangkan porositas sekaligus mencegah pertumbuhan butiran.
Tiga Elemen Kunci Sintering
- Tingkat vakum
- Suhu sintering
- Waktu tunggu
Pertimbangan Penting
- Keseragaman suhu ruang tungku
- Stabilitas suhu
- Jeda pengukuran suhu
Perlakuan Panas
Setelah sintering, proses tempering dua tahap biasanya digunakan:
- Tahap 1: ~900°C ± 50°C
- Tahap 2: 480–560°C
Tempering mengoptimalkan struktur batas butir, melepaskan tekanan internal, dan secara signifikan meningkatkan koersivitas dan stabilitas termal.
Pemesinan Mekanik
Blok yang disinter dikerjakan (dipotong, digiling, dibor, dsb.) sesuai dimensi yang ditentukan.
NdFeB keras dan getas, sehingga diperlukan mesin khusus (pemotong kawat, penggiling permukaan).
Pendinginan harus dikontrol untuk mencegah keretakan atau pecahnya.
Metode pemrosesan umum meliputi:
- Menggiling
- Mengiris
- Kawat EDM
- Pengeboran & countersinking
- Talang
- Proses pelapisan listrik
Magnetisasi dan Pengemasan
Magnetisasi dilakukan dengan menerapkan medan magnet yang kuat (seringkali melebihi magnetisasi saturasi) menggunakan magnetizer, yang memberikan magnet pola kutub yang diperlukan.
Kemasan harus mencegah gangguan magnetik, getaran, atau kerusakan.
Magnet yang kuat harus diisolasi secara khusus; transportasi laut atau darat biasanya lebih disukai.
Inovasi dan Tren Teknologi
Difusi Batas Butir (GBD)
Difusi batas butir merupakan teknik utama untuk memproduksi magnet NdFeB berkinerja tinggi.
Oleh lapisan permukaan magnet dengan senyawa yang mengandung logam tanah jarang berat (Dy/Tb) dan perlakuan panas dalam vakum, atom-atom logam tanah jarang berat berdifusi sepanjang batas butir dan membentuk lapisan cangkang di sekitar butir Nd₂Fe₁₄B.
Manfaat:
- Koersivitas meningkat sebesar 8–11 kOe
- Stabilitas suhu meningkat secara signifikan
- Remanensi hanya berkurang sedikit
- Penggunaan logam tanah jarang dalam jumlah besar berkurang 30–70% (0,05–4 berat%)
- Biaya material lebih rendah
Metode GBD yang umum:
- Pelapisan permukaan
- Penyemprotan magnetron
- Difusi deposisi uap
Teknologi Deformasi Panas
Manufaktur canggih untuk magnet NdFeB anisotropik, termasuk:
Pengepresan Panas (550–750°C, 50–300 MPa)
Pengepresan panas vakum dari bubuk yang dipadamkan dengan cepat menjadi bentuk awal.
Deformasi Panas (600–750°C, 20–100 MPa)
Mencapai deformasi 50–80%, menghasilkan struktur mikro yang sangat berorientasi dan kinerja magnetik yang unggul.
Tren Perkembangan
Industri ini bergerak menuju teknologi penghematan sumber daya dan pengurangan biaya, dengan fokus pada pengurangan ketergantungan pada logam tanah jarang berat yang langka dan mahal (Dy, Tb).
Pendekatannya meliputi:
- Difusi batas butir untuk penggunaan Dy/Tb yang lebih sedikit
- Substitusi parsial dengan Ce/La yang melimpah
- Menggunakan elemen seperti Mo untuk mengoptimalkan batas butir
Misalnya, “teknologi kotak molibdenum” menciptakan lapisan difusi nano yang kaya Mo, meningkatkan koersivitas dan ketahanan panas dengan biaya yang jauh lebih rendah daripada metode berbasis Tb.
Inovasi-inovasi ini mendorong material NdFeB menuju manufaktur berkinerja tinggi, berbiaya rendah, dan ramah lingkungan, sehingga mengurangi tekanan pada sumber daya tanah jarang berat yang strategis.
Aplikasi Outlook
Magnet permanen NdFeBmemiliki prospek pasar yang luas.
Permintaan terus tumbuh dari elektronik tradisional dan motor industri menuju area strategis yang sedang berkembang seperti:
- Kendaraan energi baru
- Robotika humanoid
- Penerbangan ketinggian rendah
Dengan meningkatnya persyaratan kinerja dan keandalan, magnet NdFeB berkinerja tinggi, konsistensi tinggi, dan bernilai tambah tinggi akan mendominasi pertumbuhan pasar dan mendorong inovasi lebih lanjut dalam material dan teknologi pemrosesan.
Terima kasih sudah membaca. Semoga artikel saya bermanfaat. Silakan tinggalkan komentar di bawah. Anda juga bisa menghubungi perwakilan pelanggan Zelda online untuk pertanyaan lebih lanjut.
— Diposting oleh Emily Chen