Neodimio-ferro-boro (Nd-Fe-B) è il materiale magnetico permanente delle terre rare più rappresentativo. La sua composizione principale include neodimio (Nd), ferro (Fe) e boro (B), dove gli elementi delle terre rare rappresentano circa 25-351 TP3T, il ferro 65-751 TP3T e il boro circa 11 TP3T. NdFeB è attualmente il materiale magnetico permanente con il più alto prodotto di energia magnetica al mondo ed è noto come il "Re dei magneti permanenti moderni". Ciò significa anche che i materiali NdFeB possono raggiungere lo stesso flusso magnetico con il volume più piccolo.
Campi di applicazione: Motori a magneti permanenti, dispositivi medici, energia eolica, veicoli a nuove energie, ecc.
In base ai processi di fabbricazione, i magneti NdFeB possono essere suddivisi in sinterizzati, legati e pressati a caldo, tra i quali il NdFeB sinterizzato è il più ampiamente utilizzato.
Panoramica del processo di produzione
I magneti permanenti NdFeB sinterizzati vengono prodotti essenzialmente mediante metallurgia delle polveri.
Il flusso di processo chiave include:
Miscelazione delle materie prime → Fusione e colata a nastro → Decrepitazione dell'idrogeno → Fresatura a getto → Formatura orientata → Sinterizzazione e trattamento termico → Lavorazione meccanica → Trattamento superficiale → Magnetizzazione
Descrizione dettagliata del processo
Pretrattamento e miscelazione delle materie prime
Prima del confezionamento, le materie prime devono essere prive di detriti, ossidi e polvere per ridurre al minimo le impurità.
In base alle proprietà magnetiche richieste, vengono calcolati con precisione i rapporti tra Nd, Fe, B e additivi in tracce (come Dy, Tb, Co, Al, ecc.).
Fusione / fusione a strisce
La fusione avviene in un forno ad induzione sotto vuoto a circa 1460°C, consentendo alle materie prime di fondersi in una lega sotto protezione di gas inerte.
La lega fusa viene quindi colata su un rullo di raffreddamento in rame a rapida rotazione, formando sottili strisce di spessore uniforme e rapidamente raffreddate (nastri colati a nastro).
Questa rapida solidificazione impedisce la formazione di α-Fe e garantisce una composizione uniforme della lega e un elevato orientamento cristallografico.
Punti di controllo chiave
- Assicurare la fusione completa di materiali ad alto punto di fusione come Fe e Nd.
- Composizione accurata della lega (evitando perdite per volatilizzazione e ossidazione).
- Elevata uniformità della lega.
- Evitare inclusioni e contaminazione da gas.
Decrepitazione dell'idrogeno (HD)
Sfruttando le caratteristiche di assorbimento dell'idrogeno dei composti delle terre rare, i nastri ottenuti per colata a nastro vengono collocati in un ambiente di idrogeno.
L'idrogeno si infiltra lungo le fasi ricche di Nd, causando espansione e fessurazione, scomponendo la lega in polvere grossolana.
Questo viene condotto in un forno di decrepitazione dell'idrogeno a 700–800°C, con rigorosi controlli per evitare l'ossidazione e garantire la sicurezza.
Punti di controllo
- Prevenzione delle perdite di idrogeno
- Livello di vuoto prima dell'assorbimento dell'idrogeno
- Tempo di assorbimento dell'idrogeno
- Temperatura e durata della deidrogenazione
- Temperatura di raffreddamento e di scarico
Mulino a getto
La polvere grossolana ottenuta dall'HD viene ulteriormente macinata da un mulino a getto. Un gas ad alta pressione (ad esempio, azoto) accelera le particelle a velocità supersonica; le collisioni tra particelle ne riducono le dimensioni a 3-4 μm. Il processo viene condotto in atmosfera inerte per mantenere il contenuto di ossigeno al di sotto di 50 ppm.
Vantaggi di Fresatura a getto
- Fresatura autocollisione → nessuna contaminazione
- Bassa generazione di calore e basso stress interno
- Protezione con gas inerte → previene l'ossidazione
- Eccellente dimensione delle particelle distribuzione
Sinterizzazione e trattamento termico
La sinterizzazione viene eseguita in un forno sotto vuoto a 1000–1100°C, densificando la polvere compattata e formando la fase principale Nd₂Fe₁₄B. Sono necessarie curve di riscaldamento e tempi di mantenimento precisi per promuovere la coesione dei grani ed eliminare la porosità, evitando al contempo la crescita dei grani.
Tre elementi chiave della sinterizzazione
- Livello di vuoto
- Temperatura di sinterizzazione
- Tempo di attesa
Considerazioni importanti
- Uniformità della temperatura della camera del forno
- Stabilità della temperatura
- Ritardo nella misurazione della temperatura
Trattamento termico
Dopo la sinterizzazione, in genere si utilizza un processo di tempra in due fasi:
- Fase 1: ~900°C ± 50°C
- Fase 2: 480–560°C
La tempra ottimizza la struttura dei bordi dei grani, rilascia le tensioni interne e migliora significativamente la coercitività e la stabilità termica.
Lavorazione meccanica
I blocchi sinterizzati vengono lavorati (taglio, rettifica, foratura, ecc.) secondo le dimensioni specificate.
L'NdFeB è duro e fragile, per cui sono necessarie macchine speciali (taglio a filo, rettificatrici per superfici).
Il raffreddamento deve essere controllato per evitare crepe o scheggiature.
I metodi di elaborazione più comuni includono:
- macinazione
- Affettare
- Elettroerosione a filo
- Foratura e svasatura
- Smussatura
- Processi di galvanica
Magnetizzazione e confezionamento
La magnetizzazione avviene applicando un forte campo magnetico (che spesso supera la magnetizzazione di saturazione) mediante un magnetizzatore, che conferisce al magnete la configurazione polare richiesta.
L'imballaggio deve impedire interferenze magnetiche, vibrazioni o rotture.
I magneti potenti devono essere isolati in modo speciale; solitamente si preferisce il trasporto via mare o via terra.
Innovazioni e tendenze tecnologiche
Diffusione al confine del grano (GBD)
La diffusione del bordo del grano è una tecnica fondamentale per produrre magneti NdFeB ad alte prestazioni.
Di rivestimento la superficie del magnete con composti contenenti terre rare pesanti (Dy/Tb) e trattamento termico sotto vuoto, gli atomi di terre rare pesanti si diffondono lungo i bordi dei grani e formano uno strato di guscio attorno ai grani di Nd₂Fe₁₄B.
Vantaggi:
- La coercitività aumenta di 8–11 kOe
- La stabilità della temperatura migliora significativamente
- La rimanenza diminuisce solo leggermente
- L'uso massiccio di terre rare è stato ridotto del 30–70% (0,05–4 wt%)
- Minori costi dei materiali
Metodi GBD tipici:
- Rivestimento superficiale
- Sputtering del magnetron
- Diffusione della deposizione di vapore
Tecnologia di deformazione a caldo
Produzione avanzata di magneti anisotropi NdFeB, tra cui:
Pressatura a caldo (550–750°C, 50–300 MPa)
Pressatura a caldo sotto vuoto di polvere rapidamente raffreddata in una preforma.
Deformazione a caldo (600–750°C, 20–100 MPa)
Raggiunge una deformazione pari a 50–80%, con conseguenti microstrutture altamente orientate e prestazioni magnetiche superiori.
Tendenze di sviluppo
Il settore si sta orientando verso tecnologie che consentono di risparmiare risorse e ridurre i costi, concentrandosi sulla riduzione della dipendenza dalle terre rare pesanti (Dy, Tb), rare e costose.
Gli approcci includono:
- Diffusione del bordo del grano per un minore utilizzo di Dy/Tb
- Sostituzione parziale con abbondante Ce/La
- Utilizzo di elementi come il Mo per ottimizzare i bordi dei grani
Ad esempio, la “tecnologia molibdeno-box” crea uno strato di nanodiffusione ricco di Mo, migliorando la coercitività e la resistenza al calore a costi molto inferiori rispetto ai metodi basati sul Tb.
Queste innovazioni spingono i materiali NdFeB verso una produzione ad alte prestazioni, a basso costo e rispettosa dell'ambiente, alleviando la pressione sulle risorse strategiche di terre rare pesanti.
Outlook dell'applicazione
Magnete permanente NdFeBhanno grandi prospettive di mercato.
La domanda continua a crescere dai settori tradizionali dell'elettronica e dei motori industriali verso settori emergenti strategici quali:
- Veicoli a nuova energia
- Robotica umanoide
- Aviazione a bassa quota
Con l'aumento dei requisiti di prestazioni e affidabilità, i magneti NdFeB ad alte prestazioni, elevata coerenza e alto valore aggiunto domineranno la crescita del mercato e stimoleranno ulteriori innovazioni nei materiali e nella tecnologia di lavorazione.
Grazie per aver letto. Spero che il mio articolo ti sia utile. Lascia un commento qui sotto. Puoi anche contattare il rappresentante del servizio clienti online di Zelda per qualsiasi ulteriore domanda.
— Pubblicato da Emily Chen