네오디뮴 자석은 어떻게 만들어지나요?

소결 네오디뮴 자석은 원료를 진공 또는 불활성 분위기에서 유도 용해로에서 용융시킨 다음 스트립 캐스터에서 가공하여 냉각시켜 Nd-Fe-B 합금 스트립을 형성합니다. 합금 스트립은 분쇄하여 직경이 수 미크론인 미세 분말을 형성합니다. 미세 분말은 이어서 방향 자기장에서 압축되고 밀도가 높은 본체로 소결됩니다. 본체는 그런 다음 특정 모양으로 가공되고 표면 처리 및 자화됩니다.

무게 측정

적격 원자재의 무게는 자석 구성의 정확성과 직접 관련이 있습니다. 순도 또는 원자재와 화학 구성의 안정성은 제품 품질의 기초입니다. 소결 네오디뮴 자석은 일반적으로 비용상의 이유로 프라세오디뮴-네오디뮴 Pr-Nd 미슈메탈, 란탄-세륨 La-Ce 미슈메탈, 디스프로슘 철 Dy-Fe 합금과 같은 희토류 합금을 재료로 선택합니다. 고융점 원소인 붕소, 몰리브덴 또는 니오븀은 페로알로이 방식으로 추가됩니다. 원자재 표면의 녹 층, 포함물, 산화물 및 먼지는 마이크로 블라스팅 기계로 제거해야 합니다. 또한 원자재는 후속 용융 공정의 효율성을 충족시키기에 적합한 크기여야 합니다. 네오디뮴은 증기압이 낮고 활성 화학적 특성을 가지고 있으므로 희토류 금속은 용융 공정 중에 어느 정도의 휘발 손실과 산화 손실이 존재하므로 소결 네오디뮴 자석의 무게 측정 공정은 자석 구성의 정확성을 보장하기 위해 추가 희토류 금속을 추가하는 것을 고려해야 합니다.

용융 및 스트립 캐스팅

용융 및 스트립 주조는 구성, 결정 상태 및 상의 분포에 중요하므로 후속 공정 및 자기 성능에 영향을 미칩니다. 원료는 진공 또는 불활성 분위기에서 중저주파 유도 용융을 통해 용융 상태로 가열됩니다. 합금 용융물이 균질화, 배출 및 슬래깅을 실현하면 주조를 처리할 수 있습니다. 우수한 주조 잉곳 미세 구조는 잘 성장하고 미세한 크기의 기둥형 결정을 가져야 하며, 그러면 Nd가 풍부한 상이 입계를 따라 분포되어야 합니다. 또한 주조 잉곳 미세 구조는 -Fe 상이 없어야 합니다. Re-Fe 상 다이어그램은 희토류 3원 합금이 느린 냉각 중에 -Fe 상을 생성하는 것이 불가피함을 나타냅니다. -Fe 상의 실온 연자성 특성은 자석의 자기 성능을 심각하게 손상시키므로 급속 냉각으로 억제해야 합니다. -Fe 상의 생성을 억제하기 위한 원하는 급속 냉각 효과를 충족시키기 위해 Showa Denko KK는 스트립 주조 기술을 개발했고 곧 업계에서 일상적인 기술이 되었습니다. Nd가 풍부한 상의 균일한 분포와 -Fe 상에 대한 억제 효과는 희토류의 총 함량을 효과적으로 감소시켜 고성능 자석을 제조하고 비용을 절감하는 데 유리합니다.

수소 쇠약

희토류 금속, 합금 또는 금속간 화합물의 수소화 거동과 수소화물의 물리화학적 특성은 항상 희토류 응용 분야에서 중요한 문제였습니다. Nd-Fe-B 합금 잉곳도 매우 강한 수소화 경향을 보입니다. 수소 원자는 금속간 화합물 주상과 Nd가 풍부한 입계상 사이의 간극 부위에 들어가 간극 화합물을 형성합니다. 그런 다음 원자 간 거리가 증가하고 격자 부피가 확장됩니다. 그 결과 내부 응력이 가해지면 입계 균열(입계 파괴), 결정 파괴(초결정 파괴) 또는 연성 파괴가 발생합니다. 이러한 균열은 균열과 함께 발생하므로 수소 균열이라고 합니다. 소결 네오디뮴 자석의 수소 균열 공정은 HD 공정이라고도 합니다. 수소 균열 공정에서 발생하는 입계 균열 및 결정 파괴는 Nd-Fe-B 조분말을 매우 취약하게 만들고 후속 제트 밀링 공정에 매우 유리하게 만들었습니다. 제트 밀링 공정의 효율성을 높이는 것 외에도, 수소 분해 공정은 미분말의 평균 분말 크기를 조절하는 데에도 유리합니다.

제트 밀링

제트 밀링은 분말 공정에서 가장 실용적이고 효율적인 솔루션으로 입증되었습니다. 고속 불활성 가스 제트를 사용하여 거친 분말을 초음속으로 가속하고 분말을 서로 충돌시킵니다. 분말 공정의 기본 목적은 적절한 평균 입자 크기와 입자 크기 분포를 찾는 것입니다. 위의 특징의 차이는 거시적 규모에서 다른 특성을 나타내며, 이는 소결 공정에서 생성되는 분말 충진, 배향, 압축, 탈형 및 미세 구조에 직접 영향을 미치고, 그 결과 소결 네오디뮴 자석의 자기 성능, 기계적 특성, 열전기 및 화학적 안정성에 민감하게 영향을 미칩니다. 이상적인 미세 구조는 매끄럽고 얇은 추가 상으로 둘러싸인 미세하고 균일한 주상 입자입니다. 또한 주상 입자의 쉬운 자화 방향은 가능한 한 일관되게 배향 방향을 따라 배열되어야 합니다. 공극, 큰 입자 또는 연성 자기상은 고유 보자력을 크게 감소시킵니다. 자기 제거 곡선의 잔류 자기 및 직각도는 동시에 감소하는 반면 입자의 쉬운 자화 방향은 배향 방향에서 벗어납니다. 따라서 합금은 직경 3~5마이크론 범위의 단결정 입자로 분쇄되어야 합니다.

압축

자기장 배향 압축은 자성 분말과 외부 자기장 간의 상호 작용을 활용하여 분말을 쉬운 자화 방향으로 정렬하고 최종 자화 방향과 일치시키는 것을 말합니다. 자기장 배향 압축은 이방성 자석을 제조하는 가장 일반적인 경로입니다. Nd-Fe-B 합금은 이전 제트 밀링 공정에서 단결정 입자로 분쇄되었습니다. 단결정 입자는 단축 이방성이며 각각은 단 하나의 쉬운 자화 방향만 있습니다. 자성 분말은 외부 자기장의 작용으로 다중 도메인에서 단일 도메인으로 변환된 다음 회전 또는 이동을 통해 쉬운 자화 방향 c축을 외부 자기장 방향과 일치하도록 조정합니다. 합금 분말의 C축은 기본적으로 압축 공정 동안 배열 상태를 유지합니다. 압축된 부품은 탈형 전에 자기 제거 처리를 진행해야 합니다. 압축 공정의 가장 중요한 지표는 배향도입니다. 소결 네오디뮴 자석의 배향도는 배향 자기장 강도, 입자 크기, 겉보기 밀도, 압축 방법, 압축 압력 등 다양한 요인에 의해 결정됩니다.

소결

압축된 부분의 밀도는 고진공 또는 순수한 불활성 분위기에서 가공된 소결 공정 후 이론 밀도의 95% 이상을 달성할 수 있습니다. 따라서 소결된 네오디뮴 자석의 공극이 닫혀 자속 밀도의 균일성과 화학적 안정성이 보장됩니다. 소결된 네오디뮴 자석의 영구 자기 특성은 자체 미세 구조와 밀접한 관련이 있기 때문에 소결 공정 후 열처리도 자기 성능, 특히 고유 보자력의 조정에 중요합니다. Nd가 풍부한 결정립계상은 소결 반응을 촉진하고 주요 상 결정립의 표면 결함을 복구할 수 있는 액체상 역할을 합니다. 네오디뮴 자석의 소결 온도는 일반적으로 1050~1180도 섭씨입니다. 과도한 온도는 결정립 성장으로 이어지고 고유 보자력이 감소합니다. 이상적인 고유 보자력, 자기소거 곡선의 직각도, 고온 비가역 손실을 얻기 위해 소결 네오디뮴 자석은 일반적으로 900도와 500도 섭씨에서 2단계 템퍼링 열처리를 거쳐야 합니다.

가공

소결 네오디뮴 자석은 적당한 크기의 규칙적인 모양 외에도 자기장 방향 압축 공정의 기술적 한계로 인해 한 번에 필요한 모양과 치수 정확도를 직접 달성하기 어렵기 때문에 소결 네오디뮴 자석에 가공은 불가피한 공정입니다. 전형적인 세라믹 소재인 소결 네오디뮴 자석은 상당히 단단하고 취성이 강하기 때문에 기존 가공 기술 중에서 절단, 드릴링, 연삭만 가공 공정에 적용할 수 있습니다. 블레이드 절단은 일반적으로 다이아몬드 코팅 또는 CBN 코팅 블레이드를 사용합니다. 와이어 절단 및 레이저 절단은 특수 모양의 자석 가공에 적합하지만 생산 효율성이 낮고 가공 비용이 높다는 비난을 받고 있습니다. 소결 네오디뮴 자석의 드릴링 공정은 주로 다이아몬드와 레이저를 채택합니다. 링 자석의 내부 구멍이 4mm보다 큰 경우 트레파닝 공정을 선택해야 합니다. 트레파닝 공정의 부산물인 트레파닝 코어는 다른 적합한 소형 자석을 제조하는 데 사용할 수 있으므로 재료 활용률을 크게 향상시킬 수 있습니다. 복사 연삭용 연삭 휠은 연삭 표면을 기준으로 제작됩니다.

표면 처리

표면 보호 처리가 네오디뮴 자석, 특히 소결 네오디뮴 자석에 필요한 절차입니다. 소결 네오디뮴 자석은 다상 미세 구조를 가지고 있으며 Nd₂철₁₄B 주요 상, Nd가 풍부한 상, B가 풍부한 상. Nd가 풍부한 상은 매우 강한 산화 경향을 보이며 습한 환경에서 주요 상으로 1차 전지를 구성합니다. 소량의 치환 원소는 자석의 화학적 안정성을 향상시킬 수 있지만 자기 성능은 저하됩니다. 따라서 소결 네오디뮴 자석의 보호는 주로 표면을 목표로 합니다. 소결 네오디뮴 자석의 표면 처리에는 습식 공정과 건식 공정으로 분류할 수 있습니다. 습식 공정은 자석이 순수한 물이나 용액에서 표면 보호 처리되는 것을 말합니다. 습식 공정에는 인산염, 전기 도금, 무전해 도금, 전기 영동, 분무 코팅 및 딥 코팅이 포함됩니다. 건식 공정은 자석이 용액과 접촉하지 않고 물리적 또는 화학적 공정을 통해 표면 보호 처리되는 것을 말합니다. 건식 공정은 일반적으로 물리적 기상 증착(PVD)과 화학적 기상 증착(CVD)을 포함합니다.

자화

대부분의 영구 자석은 의도한 용도로 사용하기 전에 자화됩니다. 자화 공정은 영구 자석의 배향 방향을 따라 자기장을 적용하고 증가된 외부 자기장 강도로 기술적 포화를 달성하는 것을 말합니다. 각 유형의 영구 자석 재료는 자화 방향에서 기술적 포화를 충족하기 위해 고유한 자기장 강도가 필요합니다. 외부 자기장 강도가 기술적 포화 자기장보다 낮지 않으면 잔류 자기와 고유 보자력이 적정 값보다 낮아집니다. 영구 자석은 자화 방향이 쉬운지 여부에 따라 등방성 유형과 이방성 유형으로 나눌 수 있습니다. 고유 보자력이 높은 이방성 자석인 소결 네오디뮴 자석은 임펄스 자화를 통해 자화되어야 합니다. 커패시터는 정류 후 충전되고 커패시터의 전기 에너지는 자화 고정물로 즉시 방전됩니다. 자화 고정물은 순간적으로 강한 전류가 흐르는 동안 펄스 자기장을 생성할 수 있습니다. 따라서 코일의 영구 자석이 자화됩니다. 소결 네오디뮴 자석에서는 자화 방향과 충돌하지 않는 한 다양한 자화 패턴을 얻을 수 있습니다.