กระบวนการผลิตแม่เหล็กถาวร NdFeB แบบสมบูรณ์คืออะไร?

นีโอดิเมียม-เหล็ก-โบรอน (Nd-Fe-B) เป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรหายากที่มีองค์ประกอบหลักมากที่สุด ประกอบด้วยนีโอดิเมียม (Nd) เหล็ก (Fe) และโบรอน (B) โดยธาตุหายากมีประมาณ 25–35% เหล็ก 65–75% และโบรอนประมาณ 1% ปัจจุบัน NdFeB เป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรที่มีผลผลิตพลังงานแม่เหล็กสูงที่สุดในโลก และเป็นที่รู้จักในนาม “ราชาแห่งแม่เหล็กถาวรสมัยใหม่” ซึ่งหมายความว่าวัสดุ NdFeB สามารถให้ฟลักซ์แม่เหล็กเท่ากันได้แม้มีปริมาตรน้อยที่สุด

ฟิลด์การใช้งาน: มอเตอร์แม่เหล็กถาวร อุปกรณ์ทางการแพทย์ พลังงานลม ยานยนต์พลังงานใหม่ ฯลฯ
ตามกระบวนการผลิต แม่เหล็ก NdFeB สามารถแบ่งออกได้เป็นประเภทเผา ประเภทเชื่อม และประเภทกดร้อน ซึ่ง NdFeB เผาเป็นประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

ภาพรวมของกระบวนการผลิต

แม่เหล็กถาวร NdFeB เผาผนึกผลิตขึ้นโดยวิธีผงโลหะเป็นหลัก
กระบวนการไหลหลักประกอบด้วย:

การผสมวัตถุดิบ → การหลอมและการหล่อแบบแผ่น → การสลายตัวของไฮโดรเจน → โรงสีเจ็ท → การขึ้นรูปตามทิศทาง → การเผาและการอบชุบด้วยความร้อน → การตัดเฉือนด้วยเครื่องจักรกล → การอบชุบพื้นผิว → การทำให้เป็นแม่เหล็ก

คำอธิบายกระบวนการโดยละเอียด

การเตรียมวัตถุดิบและการผสมเบื้องต้น

ก่อนการแบ่งชุดวัตถุดิบจะต้องปราศจากเศษวัสดุ ออกไซด์ และฝุ่นละออง เพื่อลดสิ่งเจือปนให้เหลือน้อยที่สุด

ตามคุณสมบัติแม่เหล็กที่ต้องการ อัตราส่วนของ Nd, Fe, B และสารเติมแต่งปริมาณเล็กน้อย (เช่น Dy, Tb, Co, Al เป็นต้น) จะถูกคำนวณอย่างแม่นยำ

การหลอม / การหล่อแบบแถบ

การหลอมจะดำเนินการในเตาเหนี่ยวนำสูญญากาศที่ประมาณ 1460 องศาเซลเซียสช่วยให้วัตถุดิบหลอมเป็นโลหะผสมภายใต้การปกป้องด้วยก๊าซเฉื่อย
จากนั้นโลหะผสมที่หลอมเหลวจะถูกหล่อลงบนลูกกลิ้งทำความเย็นทองแดงที่หมุนเร็ว ทำให้เกิดแถบทองแดงที่บางและหนาสม่ำเสมอและดับอย่างรวดเร็ว (ริบบิ้นหล่อแบบแถบ)
การแข็งตัวอย่างรวดเร็วนี้จะป้องกันการก่อตัวของ α-Fe และช่วยให้มีองค์ประกอบของโลหะผสมที่สม่ำเสมอและมีการวางแนวผลึกสูง

จุดควบคุมหลัก

• รับประกันการหลอมละลายของวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูง เช่น Fe และ Nd ได้อย่างสมบูรณ์
• องค์ประกอบโลหะผสมที่แม่นยำ (หลีกเลี่ยงการระเหยและการสูญเสียออกซิเดชัน)
• ความสม่ำเสมอของโลหะผสมสูง
• หลีกเลี่ยงการรวมตัวและการปนเปื้อนของก๊าซ

การสลายตัวของไฮโดรเจน (HD)

การใช้คุณสมบัติการดูดซับไฮโดรเจนของสารประกอบธาตุหายาก ทำให้ริบบิ้นหล่อแบบแถบถูกวางไว้ในสภาพแวดล้อมไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนแทรกซึมตามเฟสที่อุดมด้วย Nd ทำให้เกิดการขยายตัวและแตกร้าว ส่งผลให้โลหะผสมแตกสลายเป็นผงหยาบ

การดำเนินการนี้เกิดขึ้นในเตาเผาสลายไฮโดรเจนที่ 700–800 องศาเซลเซียสด้วยการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันและเพื่อความปลอดภัย

จุดควบคุม

• การป้องกันการรั่วไหลของไฮโดรเจน
• ระดับสุญญากาศก่อนการดูดซับไฮโดรเจน
• เวลาการดูดซึมไฮโดรเจน
• อุณหภูมิและระยะเวลาในการกำจัดไฮโดรเจน
• อุณหภูมิการทำความเย็นและการระบายออก

เจ็ตมิลล์

ผงหยาบจาก HD จะถูกบดต่อไปด้วยเครื่องบดแบบเจ็ท ก๊าซแรงดันสูง (เช่น ไนโตรเจน) จะเร่งอนุภาคให้มีความเร็วเหนือเสียง การชนกันระหว่างอนุภาคจะทำให้ขนาดอนุภาคลดลงเหลือ 3–4 ไมโครเมตร กระบวนการนี้ดำเนินการในบรรยากาศเฉื่อยเพื่อรักษาปริมาณออกซิเจนให้ต่ำกว่า 50 ppm

ข้อดีของ เจ็ตมิลลิ่ง

• การกัดแบบชนกันเอง → ไม่มีการปนเปื้อน
• การเกิดความร้อนต่ำและความเครียดภายในต่ำ
• การป้องกันก๊าซเฉื่อย → ป้องกันการเกิดออกซิเดชัน
• ยอดเยี่ยม ขนาดอนุภาค การกระจาย

การเผาและการอบด้วยความร้อน

การเผาผนึกจะดำเนินการในเตาสูญญากาศที่ 1,000–1,100 องศาเซลเซียสทำให้ผงที่อัดแน่นมีความหนาแน่นขึ้นและเกิดเฟสหลักของ Nd₂Fe₁₄B จำเป็นต้องใช้เส้นโค้งการให้ความร้อนและระยะเวลาการยึดเกาะที่แม่นยำเพื่อส่งเสริมการยึดเกาะของเมล็ดพืชและกำจัดความพรุน ในขณะเดียวกันก็ป้องกันการเจริญเติบโตของเมล็ดพืช

องค์ประกอบสำคัญสามประการของการเผาผนึก

• ระดับสุญญากาศ
• อุณหภูมิการเผา
• ระยะเวลาการถือครอง

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ

• ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิในห้องเตาเผา
• ความเสถียรของอุณหภูมิ
• ความล่าช้าในการวัดอุณหภูมิ

การอบด้วยความร้อน

หลังจากการเผาแล้ว โดยทั่วไปจะใช้กระบวนการอบชุบสองขั้นตอน:

• ระยะที่ 1: ~900°C ± 50°C
• ระยะที่ 2: 480–560°C

การแบ่งเบาภาระทำให้โครงสร้างขอบเกรนเหมาะสมที่สุด ลดความเครียดภายใน และปรับปรุงแรงบีบและเสถียรภาพทางความร้อนได้อย่างมีนัยสำคัญ

เครื่องจักรกล

บล็อกเผาจะถูกกลึง (ตัด เจียร เจาะ ฯลฯ) ตามขนาดที่ระบุ
NdFeB มีความแข็งและเปราะ ดังนั้นจึงต้องใช้เครื่องจักรพิเศษ (เครื่องตัดลวด เครื่องเจียรผิว)

จะต้องควบคุมการระบายความร้อนเพื่อป้องกันการแตกร้าวหรือการกระเทาะ

วิธีการประมวลผลทั่วไปได้แก่:

• การบด
• การหั่น
• เครื่อง EDM แบบลวด
• การเจาะและการคว้านรู
• การลบมุม
• กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า

การสร้างแม่เหล็กและบรรจุภัณฑ์

การทำให้เป็นแม่เหล็กทำได้โดยการใช้สนามแม่เหล็กที่มีความแรงสูง (มักจะเกินค่าแม่เหล็กอิ่มตัว) โดยใช้เครื่องสร้างแม่เหล็ก ซึ่งจะทำให้แม่เหล็กมีรูปแบบขั้วตามที่ต้องการ

บรรจุภัณฑ์จะต้องป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็ก การสั่นสะเทือน หรือการแตกหัก
แม่เหล็กที่มีกำลังแรงจะต้องถูกแยกออกเป็นพิเศษ โดยทั่วไปนิยมใช้การขนส่งทางทะเลหรือทางบก

นวัตกรรมและแนวโน้มทางเทคโนโลยี

การแพร่กระจายขอบเขตเกรน (GBD)

การแพร่กระจายของขอบเกรนเป็นเทคนิคสำคัญในการผลิตแม่เหล็ก NdFeB ที่มีประสิทธิภาพสูง
โดย การเคลือบ พื้นผิวแม่เหล็กที่มีสารประกอบที่มีธาตุหายากหนัก (Dy/Tb) และการอบด้วยความร้อนภายใต้สุญญากาศ อะตอมของธาตุหายากหนักจะแพร่กระจายไปตามขอบเกรนและสร้างชั้นเปลือกรอบเมล็ด Nd₂Fe₁₄B

ประโยชน์:

• การบังคับเพิ่มขึ้นโดย 8–11 โคอี
• เสถียรภาพของอุณหภูมิดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
• เหลืออยู่ลดลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
• การใช้ธาตุหายากหนักลดลง 30–70% (0.05–4 wt%)
• ต้นทุนวัสดุต่ำลง

วิธี GBD ทั่วไป:

• การเคลือบผิว
• การสปัตเตอร์แมกนีตรอน
• การแพร่กระจายของการสะสมไอ

เทคโนโลยีการเสียรูปร้อน

การผลิตขั้นสูงสำหรับแม่เหล็ก NdFeB แอนไอโซทรอปิก รวมถึง:

การกดร้อน (550–750°C, 50–300 MPa)

การอัดผงที่ดับอย่างรวดเร็วด้วยเครื่องสูญญากาศให้ร้อนลงในพรีฟอร์ม

การเสียรูปจากความร้อน (600–750°C, 20–100 MPa)

บรรลุการเสียรูป 50–80% ส่งผลให้มีโครงสร้างจุลภาคที่มีการวางแนวสูงและประสิทธิภาพทางแม่เหล็กที่เหนือกว่า

แนวโน้มการพัฒนา

อุตสาหกรรมกำลังมุ่งไปสู่เทคโนโลยีการประหยัดทรัพยากรและลดต้นทุน โดยมุ่งเน้นที่การลดการพึ่งพาแร่ธาตุหายากและราคาแพง (Dy, Tb)

แนวทางประกอบด้วย:

• การแพร่กระจายของขอบเกรนเพื่อการใช้ Dy/Tb น้อยลง
• การทดแทนบางส่วนด้วย Ce/La จำนวนมาก
• การใช้องค์ประกอบเช่น Mo เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพขอบเกรน

ตัวอย่างเช่น “เทคโนโลยีกล่องโมลิบดีนัม” สร้างชั้นการแพร่กระจายระดับนาโนที่อุดมด้วยโมลิบดีนัม ซึ่งปรับปรุงแรงบีบบังคับและความต้านทานความร้อนด้วยต้นทุนต่ำกว่าวิธีการที่ใช้ Tb มาก

นวัตกรรมเหล่านี้ผลักดันวัสดุ NdFeB ให้มีประสิทธิภาพสูง ต้นทุนต่ำ และผลิตได้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ช่วยลดแรงกดดันต่อทรัพยากรแร่ธาตุหายากเชิงยุทธศาสตร์

แอปพลิเคชัน Outlook

แม่เหล็กถาวร NdFeBมีโอกาสทางการตลาดที่กว้างขวาง
ความต้องการยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิมและมอเตอร์อุตสาหกรรมไปสู่พื้นที่ยุทธศาสตร์ใหม่ เช่น:

• รถยนต์พลังงานใหม่
• หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์
• การบินระดับความสูงต่ำ

ด้วยความต้องการประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่เพิ่มมากขึ้น แม่เหล็ก NdFeB ประสิทธิภาพสูง ความสม่ำเสมอสูง และมูลค่าเพิ่มสูง จะครองการเติบโตของตลาดและผลักดันนวัตกรรมต่อไปในด้านวัสดุและเทคโนโลยีการประมวลผล

---

ขอบคุณที่อ่านนะคะ หวังว่าบทความของฉันจะเป็นประโยชน์นะคะ แสดงความคิดเห็นไว้ด้านล่างได้เลยค่ะ หรือหากมีข้อสงสัยเพิ่มเติม สามารถติดต่อตัวแทนฝ่ายบริการลูกค้าออนไลน์ของ Zelda ได้ค่ะ

— โพสต์โดย เอมิลี่ เฉิน

---