ขั้นตอนการเตรียมแม่เหล็ก NdFeB เผา - (1) การเตรียมวัตถุดิบ

แม่เหล็กเผาผนึกมักจะใช้โลหะบริสุทธิ์หรือโลหะผสมขั้นกลางเป็นวัตถุดิบ พวกเขาใช้หลักการทำความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของสนามแม่เหล็กสลับเพื่อสร้างกระแสไหลวนในวัตถุดิบ วัตถุดิบถูกหลอมโดยการเหนี่ยวนำความถี่ปานกลางและต่ำในสภาพแวดล้อมสุญญากาศหรือก๊าซเฉื่อยเพื่อให้วัตถุดิบได้รับความร้อนและละลาย ของเหลวที่ละลายจะถูกกวนเพื่อทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน จุดหลอมเหลวของโลหะหายากเอิร์ธอยู่ระหว่าง 800 ถึง 1,500 องศา Fe และ Co อยู่ที่ 1,536 องศาและ 1,495 องศา ตามลำดับ และ B บริสุทธิ์สูงถึง 2,077 องศา จุดหลอมเหลวของโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงบางชนิดที่ใช้เป็นสารเติมแต่ง เช่น Ti, Cr, Mo หรือ Nb อยู่ที่ 1600~3400 องศา เมื่อพิจารณาถึงการปราบปรามการระเหยของธาตุหายาก อุณหภูมิหลอมละลายมักจะถูกควบคุมที่ 1,000~1,600 องศา ธาตุที่มีจุดหลอมเหลวสูงจะถูกหลอมโดยการผสมของโลหะหายากที่หลอมละลาย หรือโลหะผสมของธาตุที่มีจุดหลอมเหลวสูง (โดยทั่วไปคือโลหะผสมของเหล็ก) จะถูกใช้เป็นวัตถุดิบโดยตรง เช่น B-Fe (จุดหลอมเหลว ~ 1,500 องศา), โลหะผสม Nb-Fe (จุดหลอมเหลว ~ 1,600 องศา) ฯลฯ เพื่อให้แน่ใจว่าสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำสำหรับการถลุงและการหล่อจำเป็นต้องอพยพออกจากตัวเตาหลอมและการหล่อและยุบส่วนประกอบและวัตถุดิบใน เตา โดยปกติระดับสุญญากาศจะถึง 10-2~10-3

ตัวเตาได้รับความร้อน อัตราการเพิ่มความดัน (การปล่อยก๊าซภายในและการรั่วไหลของอากาศภายนอก) จะต้องได้รับการควบคุมในระดับต่ำด้วย ตัวอย่างเช่น สำหรับเตาถลุงที่มีความจุ 1t อัตราการเพิ่มความดันควรต่ำกว่า 5×10-4~1×10-3 L/s การถลุงแบบสุญญากาศสามารถยุบของเหลวที่หลอมเหลวได้อย่างสมบูรณ์ ขจัดสิ่งเจือปนที่มีจุดเดือดต่ำและองค์ประกอบของก๊าซที่เป็นอันตราย และปรับปรุงความบริสุทธิ์ของโลหะผสม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความดันไอของโลหะหายากเอิร์ธต่ำมาก (น้อยกว่า 1 Pa) การสูญเสียการระเหยจึงมีมาก ดังนั้นจึงมักใช้ในระหว่างกระบวนการถลุง ตัวเตาหลอมเต็มไปด้วยก๊าซเฉื่อยเพื่อเพิ่มความกดอากาศโดยรอบเพื่อระงับการระเหยของธาตุหายาก จะสะดวกกว่าถ้าใช้ก๊าซอาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูง ซึ่งโดยทั่วไปจะเติมที่ระดับ 50kPa หลังจากที่โลหะผสมหลอมละลายเป็นเนื้อเดียวกัน ระบายอากาศ และตะกรันเสร็จสมบูรณ์ ก็สามารถเริ่มการหล่อได้ การหล่อโลหะผสมเป็นกระบวนการที่สำคัญมาก เนื่องจากองค์ประกอบ สถานะการตกผลึก และการกระจายเชิงพื้นที่ของเฟสมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพของแม่เหล็กเผาผนึก แท่งโลหะผสมมีประสบการณ์ "ลูกปืนใหญ่" หนัก "หนังสือ" หนา 20 มม. และ "แพนเค้ก" 5 มม. "ปัจจุบันได้พัฒนาเป็นสะเก็ดที่เซ็ตตัวอย่างรวดเร็วด้วยความหนาเพียง 0.3 มม. คนในวงการอุตสาหกรรมได้ใช้ความพยายามหลายประการเพื่อหลีกเลี่ยงการแยกส่วนประกอบ และการสร้างเฟสสิ่งเจือปนและเพื่อกระจายการกระจายของเฟสที่อุดมด้วยนีโอไดเมียมอย่างสมเหตุสมผล

1. การถลุง

วัตถุดิบของธาตุหายากมักจะอยู่ในรูปของโลหะบริสุทธิ์และโลหะผสมของธาตุหายากมักถูกเลือกเนื่องจากเหตุผลด้านต้นทุน เช่น โลหะเพรซีโอดิเมียมและโลหะนีโอไดเมียม แลนทานัมและโลหะซีเรียม ดินหายากผสม และโลหะผสมดิสโพรเซียม ฯลฯ ส่วนประกอบของธาตุที่มีจุดหลอมเหลวสูง (เช่น B, Mo, Nb เป็นต้น) ส่วนใหญ่จะเติมอยู่ในรูปของโลหะผสมเฟอร์โรอัลลอย แม่เหล็ก Nd-Fe-B มีลักษณะของเฟสโลหะหลายชนิด ระยะ Nd-rich เป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการบีบบังคับสูงและระยะ B-rich ก็ต้องอยู่ร่วมกันด้วย ดังนั้น ธาตุหายากและ B ในสูตรดั้งเดิมมักจะต้องสูงกว่าส่วนประกอบที่เป็นบวกของ R2Fe14B แต่บางครั้งเพื่อปรับองค์ประกอบของเฟสขอบเขตของเกรน (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเติม Cu, Al และ Ga) ค่า B เนื้อหาต่ำกว่าองค์ประกอบเชิงบวกเล็กน้อย เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างโลหะหายากเอิร์ธกับวัสดุเบ้าหลอม และการระเหยระหว่างการถลุงและการเผาผนึก จึงจำเป็นต้องพิจารณาการสูญเสียโลหะหายากจำนวนหนึ่งเมื่อกำหนดสูตร เพื่อลดปริมาณสิ่งเจือปนในโลหะผสม จะต้องควบคุมความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบอย่างเข้มงวด และต้องกำจัดชั้นออกไซด์และสิ่งที่แนบมาบนพื้นผิวออกจนหมด แหล่งความร้อนของการหลอมเหนี่ยวนำความถี่ปานกลางและความถี่ต่ำคือกระแสไหลวนเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวัตถุดิบโดยสนามแม่เหล็กสลับ ผลกระทบที่ผิวหนังของกระแสน้ำวนทำให้กระแสพุ่งไปที่พื้นผิวของวัตถุดิบ หากขนาดของบล็อกวัตถุดิบมีขนาดใหญ่เกินไป กระแสไหลวนไม่สามารถทะลุผ่านศูนย์กลางของบล็อกได้ และมีเพียงแกนกลางเท่านั้นที่สามารถละลายได้ด้วยการนำความร้อน ซึ่งไม่สมจริงอย่างมากในการผลิตจริง ดังนั้นจึงต้องปรับขนาดของวัตถุดิบตามการเลือกความถี่และควบคุมความลึกของผิวหนัง 3 ถึง 6 เท่า รูปด้านล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความถี่กำลัง - ความลึกของผิว - และขนาดวัตถุดิบ จะเห็นได้ว่ายิ่งความถี่สูง ผลกระทบของผิวหนังก็จะยิ่งมีนัยสำคัญมากขึ้น และขนาดของวัตถุดิบก็จะยิ่งเล็กลง

การเลือกความถี่ในการหลอมขึ้นอยู่กับหน้าที่ที่สำคัญอีกประการหนึ่งของการหลอมแบบเหนี่ยวนำ - การกวนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งใช้ปฏิกิริยาของแรงระหว่างโลหะหลอมเหลวและสนามแม่เหล็กสลับเพื่อส่งเสริมการหลอมของของแข็งที่ยังไม่ละลายและทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของโลหะหลอมเหลว แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ขนาดจะแปรผกผันกับรากที่สองของความถี่ปัจจุบัน ความถี่ที่สูงเกินไปจะทำให้ผลการกวนแม่เหล็กไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับอ่อนลง ย่านความถี่ที่ใช้ในการผลิตจริงอยู่ที่ประมาณ 1,000 ~ 2500Hz และต้องควบคุมขนาดวัตถุดิบให้ต่ำกว่า 100 มม.

การซ้อนวัตถุดิบในเบ้าหลอมต้องคำนึงถึงการกระจายเชิงพื้นที่ของสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำและอุณหภูมิในระหว่างกระบวนการหลอม โดยปกติแล้ว ขดลวดเหนี่ยวนำจะพันรอบด้านนอกของเบ้าหลอม สนามแม่เหล็กจะแรงที่สุดที่ด้านในของเบ้าหลอมและค่อยๆอ่อนลงไปทางศูนย์กลางแต่ด้านข้าง ด้านล่าง และด้านบนของเบ้าหลอม ช่องเปิดเป็นช่องทางหลักในการระบายความร้อนออกไป ดังนั้น อุณหภูมิด้านล่างของเบ้าหลอม อยู่ตรงกลางอุณหภูมิชั้นบนและตรงกลางด้านล่างจะต่ำกว่าและอุณหภูมิตรงกลางจะสูงสุด ดังนั้นเมื่อทำการโหลด แนะนำให้วางวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวต่ำชิ้นเล็ก ๆ ไว้หนาแน่นที่ด้านล่างของเบ้าหลอม ควรวางวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงและวัสดุชิ้นใหญ่ไว้ตรงกลางและส่วนล่าง ควรวางวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวต่ำชิ้นใหญ่ไว้ที่ส่วนบนและหลวมเพื่อป้องกันการเกาะติด ปัจจุบันมีการใช้เทคโนโลยีการถลุงแร่แบบต่อเนื่องกันอย่างแพร่หลาย วัตถุดิบจะถูกเติมลงในถ้วยใส่ตัวอย่างอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูงผ่านห้องชาร์จ เพื่อควบคุมการระเหยของวัสดุหายาก มักจะเติมเหล็กบริสุทธิ์ก่อนเพื่อละลาย จากนั้นจึงเติมโลหะหรือโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวสูงตามลำดับ และสุดท้ายก็เติมธาตุหายาก

2. การหล่อ

โลหะผสมไบนารีหรือไตรภาคของธาตุหายากย่อมสร้างเฟส -Co หรือ -Fe ภายใต้สภาวะการทำความเย็นที่ช้า (ใกล้สมดุล) คุณสมบัติแม่เหล็กอ่อนที่อุณหภูมิห้องจะทำลายคุณสมบัติแม่เหล็กถาวรของแม่เหล็กอย่างรุนแรง และจะต้องทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อยับยั้งการก่อตัวของแม่เหล็ก

เพื่อให้บรรลุผลการหล่อเย็นอย่างรวดเร็วตามที่ต้องการ เทคโนโลยีการหล่อแม่พิมพ์ลิ่มแบบดั้งเดิมได้ทำงานเพื่อลดความหนาของแท่งโลหะผสม ข้อดีของการหล่อแม่พิมพ์โลหะคือต้นทุนอุปกรณ์ต่ำ ใช้งานง่าย และสามารถตอบสนองความต้องการในการผลิตแม่เหล็กทั่วไปได้ ข้อเสียคือขนาดเกรนไม่เท่ากัน และระยะ -Co หรือ -Fe มักตกตะกอน การอบชุบโลหะผสมด้วยความร้อนในระยะยาวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของโลหะผสมสามารถช่วยกำจัดเฟส -Co หรือ -Fe ได้ แต่จะทำให้เกิดการสะสมของเฟสที่มี Nd-rich ซึ่งไม่เอื้อต่อการกระจายตัวของเกรนอย่างเหมาะสม ระยะขอบเขตในแม่เหล็กเผาผนึก

เพื่อลดความหนาของแท่งโลหะผสมมากขึ้น จึงได้พัฒนาโครงสร้าง "มีดโกนแบบดิสก์" คล้ายกับการแผ่แพนเค้ก ซึ่งทำให้โลหะผสมมีความหนาประมาณ 1 ซม. อย่างไรก็ตาม การเพิ่มขึ้นของพื้นที่โลหะผสมทำให้เกิดปัญหาอย่างมากในการรวบรวมเตาถลุงที่มีความจุขนาดใหญ่ . เส้นทางการพัฒนาเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพอีกเส้นทางหนึ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม เริ่มต้นจากอัตราการเย็นตัวที่สูงมากสำหรับการเตรียมโลหะผสม Nd-Fe-B ที่ดับเร็ว และพยายามลดอัตราการทำความเย็นเพื่อเตรียมโลหะผสมผลึกที่เย็นตัวเร็วซึ่งเรียกว่าแถบ เทคโนโลยีการหล่อหรือเกล็ดที่เซ็ตตัวอย่างรวดเร็ว (การหล่อแบบแถบหรือ SC) เกิดขึ้น โดยจะเทโลหะผสมที่หลอมเหลวผ่านรางเบี่ยงลงบนล้อโลหะที่ระบายความร้อนด้วยน้ำที่หมุนอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้ความหนา 0.2~0.6 มม. ซึ่งเป็นองค์ประกอบและพื้นผิวในอุดมคติ เกล็ดโลหะผสม ในโครงสร้างโลหะผสมแบบหล่อแบบแถบ การกระจายเฟส Nd-rich ที่สม่ำเสมอและการปราบปรามของ -Fe ช่วยลดปริมาณธาตุหายากทั้งหมด ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการได้รับแม่เหล็กประสิทธิภาพสูงและลดต้นทุนแม่เหล็ก ข้อเสียคือเนื่องจากการลดสัดส่วนปริมาตรของเฟส Nd-rich เมื่อเปรียบเทียบกับแม่เหล็กที่เกิดจากการหล่อแม่พิมพ์ลิ่ม ความเปราะบางของแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นและขั้นตอนหลังการประมวลผลจะยากขึ้น