Неодим–железо–бор (Nd-Fe-B) — наиболее представительный редкоземельный постоянный магнитный материал. Его основной состав включает неодим (Nd), железо (Fe) и бор (B), при этом доля редкоземельных элементов составляет около 25–35%, железа — 65–75%, а бора — около 1%. В настоящее время NdFeB является постоянным магнитным материалом с самым высоким в мире магнитным произведением и известен как «король современных постоянных магнитов». Это также означает, что материалы NdFeB могут достигать такого же магнитного потока при наименьшем объёме.
Области применения: Двигатели с постоянными магнитами, медицинские приборы, ветроэнергетика, транспортные средства на новых источниках энергии и т. д.
По способу изготовления магниты NdFeB можно разделить на спеченные, склеенные и горячепрессованные, среди которых наиболее широко используется спеченный NdFeB.
Обзор производственного процесса
Спеченные постоянные магниты NdFeB в основном производятся методом порошковой металлургии.
Основной технологический процесс включает в себя:
Смешивание сырья → Плавка и литье полосы → Водородная декрипитация → Струйное фрезерование → Ориентационная формовка → Спекание и термическая обработка → Механическая обработка → Обработка поверхности → Намагничивание
Подробное описание процесса
Предварительная обработка и смешивание сырья
Перед дозированием сырье необходимо очистить от мусора, оксидов и пыли, чтобы свести к минимуму количество примесей.
В соответствии с требуемыми свойствами магнита точно рассчитываются соотношения Nd, Fe, B и микродобавок (таких как Dy, Tb, Co, Al и т. д.).
Плавка/литье полосы
Плавка осуществляется в вакуумной индукционной печи при температуре около 1460°С, позволяя сырью плавиться в сплав под защитой инертного газа.
Затем расплавленный сплав отливают на быстро вращающийся медный охлаждающий валок, образуя тонкие, равномерно толстые, быстро закаленные полосы (ленты, полученные литьем под давлением).
Такое быстрое затвердевание предотвращает образование α-Fe и обеспечивает однородный состав сплава и высокую кристаллографическую ориентацию.
Ключевые контрольные точки
- Обеспечить полное плавление тугоплавких материалов, таких как Fe и Nd.
- Точный состав сплава (что позволяет избежать потерь от улетучивания и окисления).
- Высокая однородность сплава.
- Избегайте включений и газовых загрязнений.
Водородная декрепитация (HD)
Используя свойства редкоземельных соединений поглощать водород, литые ленты помещают в водородную среду.
Водород проникает вдоль богатых неодимом фаз, вызывая расширение и растрескивание, в результате чего сплав превращается в крупный порошок.
Это проводится в печи водородной декрипитации при 700–800°С, со строгим контролем, чтобы избежать окисления и обеспечить безопасность.
Контрольные точки
- Предотвращение утечки водорода
- Уровень вакуума перед поглощением водорода
- Время абсорбции водорода
- Температура и продолжительность дегидрирования
- Температура охлаждения и нагнетания
Реактивная мельница
Крупный порошок из HD-смеси далее измельчается в струйной мельнице. Газ высокого давления (например, азот) разгоняет частицы до сверхзвуковой скорости; столкновения частиц друг с другом уменьшают их размер до 3–4 мкм. Процесс проводится в инертной атмосфере, что позволяет поддерживать содержание кислорода ниже 50 ppm.
Преимущества Струйное фрезерование
- Фрезерование с самостолкновением → отсутствие загрязнения
- Низкое тепловыделение и низкое внутреннее напряжение
- Защита инертным газом → предотвращает окисление
- Отличный размер частицы распределение
Спекание и термическая обработка
Спекание производится в вакуумной печи при 1000–1100°С, уплотняя спрессованный порошок и формируя основную фазу Nd₂Fe₁₄B. Для улучшения сцепления зерен и устранения пористости, а также предотвращения их роста, необходимы точные кривые нагрева и время выдержки.
Три ключевых элемента спекания
- Уровень вакуума
- Температура спекания
- Время выдержки
Важные соображения
- Равномерность температуры в камере печи
- Температурная стабильность
- Задержка измерения температуры
Термическая обработка
После спекания обычно применяют двухэтапный процесс отпуска:
- Этап 1: ~900°C ± 50°C
- Этап 2: 480–560°С
Отпуск оптимизирует структуру границ зерен, снимает внутренние напряжения и значительно улучшает коэрцитивную силу и термическую стабильность.
Механическая обработка
Спеченные блоки подвергаются механической обработке (резке, шлифовке, сверлению и т. д.) до заданных размеров.
NdFeB — твердый и хрупкий металл, поэтому требуются специальные станки (проволочно-вырезные, плоскошлифовальные).
Охлаждение необходимо контролировать, чтобы не допустить образования трещин и сколов.
К распространенным методам обработки относятся:
- Шлифование
- Нарезка
- Электроэрозионная обработка проволокой
- Сверление и зенкование
- Снятие фаски
- Процессы гальванизации
Намагничивание и упаковка
Намагничивание осуществляется путем приложения сильного магнитного поля (часто превышающего намагниченность насыщения) с помощью намагничивающего устройства, придающего магниту необходимую диаграмму полюсов.
Упаковка должна быть защищена от магнитных помех, вибрации и поломок.
Сильные магниты должны быть специально изолированы; обычно предпочтительным является морской или наземный транспорт.
Технологические инновации и тенденции
Зернограничная диффузия (GBD)
Диффузия по границам зерен является ключевым методом производства высокопроизводительных магнитов NdFeB.
К покрытие При нанесении на поверхность магнита соединений, содержащих тяжелые редкоземельные элементы (Dy/Tb), и термообработке в вакууме атомы тяжелых редкоземельных элементов диффундируют по границам зерен и образуют оболочечный слой вокруг зерен Nd₂Fe₁₄B.
Преимущества:
- Коэрцитивность увеличивается на 8–11 кЭ
- Температурная стабильность значительно улучшается
- Остаточная намагниченность уменьшается лишь незначительно
- Использование тяжелых редкоземельных элементов сократилось на 30–70% (0,05–4 мас.%%)
- Более низкая стоимость материала
Типичные методы ГБД:
- Покрытие поверхности
- Магнетронное распыление
- Диффузия осаждения из паровой фазы
Технология горячей деформации
Передовое производство анизотропных магнитов NdFeB, включая:
Горячее прессование (550–750°C, 50–300 МПа)
Вакуумное горячее прессование быстрозакаленного порошка в заготовку.
Горячая деформация (600–750°С, 20–100 МПа)
Достигает деформации 50–80%, что приводит к получению высокоориентированных микроструктур и превосходных магнитных характеристик.
Тенденции развития
Отрасль переходит к ресурсосберегающим и снижающим затраты технологиям, направленным на снижение зависимости от дефицитных и дорогих тяжелых редкоземельных металлов (Dy, Tb).
Подходы включают в себя:
- Зерноградная диффузия для уменьшения использования Dy/Tb
- Частичное замещение с большим количеством Ce/La
- Использование элементов, таких как Mo, для оптимизации границ зерен
Например, «технология молибденовой коробки» позволяет создать богатый Mo нанодиффузионный слой, что повышает коэрцитивную силу и термостойкость при значительно меньших затратах, чем методы на основе Tb.
Эти инновации позволяют материалам NdFeB добиваться высокой производительности, низкой стоимости и экологичности производства, снижая нагрузку на стратегические ресурсы тяжелых редкоземельных металлов.
Приложение Outlook
постоянный магнит NdFeBимеют огромные рыночные перспективы.
Спрос продолжает расти, переходя от традиционной электроники и промышленных двигателей к таким стратегическим новым направлениям, как:
- Транспортные средства на новых источниках энергии
- Гуманоидная робототехника
- Маловысотная авиация
С ростом требований к производительности и надежности высокопроизводительные, высокостабильные и обладающие высокой добавленной стоимостью магниты NdFeB будут доминировать на рынке и стимулировать дальнейшие инновации в области материалов и технологий обработки.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен