NdFeB 소결자석의 제조과정 - (1) 원료준비

소결 자석은 일반적으로 순수 금속 또는 중간 합금을 원료로 사용합니다. 그들은 교번 자기장의 전자기 유도 가열 원리를 사용하여 원료에 와전류를 생성합니다. 진공 또는 불활성 가스 환경에서 중주파 및 저주파 유도로 원료를 제련하여 원료를 가열하여 녹이는 공정입니다. 용융물을 교반하여 균질화합니다. 희토류 금속의 녹는점은 800도에서 1500도 사이이고, Fe와 Co는 각각 1536도와 1495도이며, 순수한 B는 2077도에 달합니다. Ti, Cr, Mo, Nb 등 첨가제로 사용되는 일부 고융점 금속의 융점은 1600~3400도이다. 희토류 원소의 휘발 억제를 고려하여 용융 온도는 일반적으로 1000~1600도에서 제어됩니다. 희토류 금속 용융물을 합금화하여 고융점 원소를 녹이거나 B-Fe(융점~ 1500도), Nb-Fe(용융점 ~1600도) 합금 등 제련 및 주조를 위한 저산소 환경을 보장하려면 용해 및 주조로 본체를 비우고 부품 및 원자재를 완전히 수축시켜야 합니다. 용광로. 진공 수준은 일반적으로 10-2~10-3에 도달합니다.

로 본체가 가열됩니다. 압력 증가율(내부 가스 방출 및 외부 공기 누출)도 낮은 수준으로 제어되어야 합니다. 예를 들어, 용량이 1t인 제련로의 경우 압력 증가율은 5×10-4~1×10-3 L/s보다 낮아야 합니다. 진공 제련은 용융된 액체를 완전히 수축시키고, 끓는점이 낮은 불순물과 유해한 가스 원소를 제거하며, 합금의 순도를 향상시킬 수 있습니다. 그러나 희토류 금속은 증기압이 매우 낮기 때문에(1Pa 미만) 휘발 손실이 매우 크기 때문에 제련 과정에서 주로 사용된다. 로 본체에는 불활성 가스가 채워져 주변 기압을 높여 희토류의 휘발을 억제합니다. 일반적으로 5{12}}kPa 수준으로 충전되는 고순도 아르곤 가스를 사용하는 것이 더 편리합니다. 합금 용융물이 균질화되고 배출되고 슬래깅이 완전히 완료된 후 주조가 시작될 수 있습니다. 합금 주조는 조성, 결정화 상태 및 상의 공간적 분포가 소결 자석의 성능에 결정적이기 때문에 매우 중요한 공정입니다. 합금 잉곳은 무거운 '대포알', 20mm 두께의 '북', 5mm의 '팬케이크'를 겪었다. 현재는 두께가 0.3mm에 불과한 속건성 플레이크로 발전했다. 업계 관계자들은 성분 분리를 피하기 위해 다양한 노력을 해왔다. 불순물 단계의 생성 및 네오디뮴이 풍부한 단계의 분포를 합리적으로 분배합니다.

1. 제련

희토류 원료는 일반적으로 순수 금속의 형태를 취하며 프라세오디뮴 및 네오디뮴 금속, 란타늄 및 세륨 금속, 혼합 희토류 및 디스프로슘 철합금 등과 같은 비용상의 이유로 희토류 합금이 종종 선택됩니다. 고융점 원소 성분(예: B, Mo, Nb 등)은 대부분 합금철 형태로 첨가됩니다. Nd-Fe-B 자석은 다중 금속상의 특성을 가지고 있습니다. Nd가 풍부한 상은 높은 보자력을 위한 필수 조건이며, B가 풍부한 상도 공존해야 합니다. 따라서 원래 식의 희토류와 B는 일반적으로 R2Fe14B의 양성 성분보다 높아야 하지만 때로는 입계상의 조성을 조정하기 위해(특히 Cu, Al, Ga를 첨가하는 경우) B가 함량은 긍정적인 요소보다 약간 낮습니다. 희토류 금속과 도가니 원료의 반응과 제련, 소결 시 휘발로 인해 제제화 시 일정량의 희토류 금속 손실을 고려할 필요가 있습니다. 합금의 불순물 함량을 줄이려면 원료의 순도를 엄격하게 제어해야 하며, 표면의 산화물 층과 부착물을 완전히 제거해야 합니다. 중저주파 유도 용융의 열원은 교류 자기장에 의해 원료에 형성된 유도 와전류입니다. 와전류의 표피 효과로 인해 전류가 원료 표면에 집중됩니다. 원료블록의 크기가 너무 크면 와전류가 블록의 중심까지 침투하지 못하고, 열전도에 의해 코어만 녹게 되어 실제 생산에서는 매우 비현실적이다. 따라서 주파수 선택에 따라 원료의 크기를 조절하고 표피깊이의 3~6배로 조절해야 한다. 아래 그림은 전력 주파수(표피 깊이)와 원료 크기 사이의 관계를 보여줍니다. 주파수가 높을수록 표피 효과가 더욱 커지고 필요한 원료의 크기가 작아지는 것을 알 수 있습니다.

용융 빈도의 선택은 유도 용융의 또 다른 중요한 기능, 즉 용융 금속과 교류 자기장 사이의 힘의 상호 작용을 사용하여 용융되지 않은 고체의 용융과 용융 금속의 균질화를 촉진하는 전자기 교반의 영향을 받습니다. 전자기력의 크기는 현재 주파수의 제곱근에 반비례합니다. 주파수가 너무 높으면 교류 전원 공급 장치의 전자기 교반 효과가 약화됩니다. 실제 생산에 사용되는 주파수 대역은 1000~2500Hz 정도이며, 원재료의 크기는 100mm 이하로 조절해야 합니다.

도가니에 원료를 쌓을 때는 용융 과정에서 유도된 자기장의 공간적 분포와 온도를 고려해야 합니다. 일반적으로 유도 코일은 도가니 외부에 감겨 있습니다. 자기장은 도가니 내부에서 가장 강하고 중앙으로 갈수록 점차 약해지지만, 도가니의 측면, 바닥, 상부는 열이 빠져나가는 주요 통로이므로 도가니 아래쪽의 온도는 는 중앙에 있어서 상층과 하층의 중앙 부분의 온도가 낮고, 중앙 부분의 온도가 가장 높다. 따라서 적재시에는 저융점 원료의 작은 조각을 도가니 바닥에 조밀하게 배치하는 것이 좋습니다. 고융점 재료와 큰 재료는 중간과 하부에 배치해야 합니다. 저융점 물질의 큰 조각은 상부에 배치하고 브리징을 방지하기 위해 느슨하게 배치해야 합니다. 요즘에는 연속 제련 주조 기술이 널리 사용됩니다. 원료는 충전 챔버를 통해 고온에서 도가니에 지속적으로 추가됩니다. 희토류 물질의 휘발을 제어하기 위해 일반적으로 순철을 먼저 첨가하여 녹인 다음 고융점 금속 또는 합금을 순차적으로 첨가하고 마지막으로 희토류를 첨가합니다.

2. 캐스팅

희토류 이원 또는 삼원 합금은 느린(평형에 가까운) 냉각 조건에서 필연적으로 -Co 또는 -Fe 상을 생성합니다. 실온에서의 연자성 특성은 자석의 영구자석 특성을 심각하게 손상시키므로 형성을 억제하려면 신속하게 냉각해야 합니다.

필요한 급속 냉각 효과를 달성하기 위해 전통적인 잉곳 주형 주조 기술은 합금 잉곳의 두께를 줄이는 방향으로 노력해 왔습니다. 잉곳 주형 주조의 장점은 낮은 장비 비용, 간단한 조작 및 일반적인 자석 생산 요구 사항을 충족할 수 있는 능력입니다. 단점은 입자 크기가 고르지 않고 -Co 또는 -Fe 상이 종종 석출된다는 것입니다. 합금의 융점보다 낮은 온도에서 합금 잉곳을 장기간 열처리하면 -Co 또는 -Fe 상을 제거하는 데 도움이 될 수 있지만 Nd가 풍부한 상이 축적되어 최적의 입자 분포에 도움이 되지 않습니다. 소결 자석의 경계상.

합금 잉곳의 두께를 더욱 얇게 만들기 위해 팬케이크를 펴는 것과 유사한 '디스크 스크레이퍼' 구조를 개발해 합금 두께를 약 1cm에 이르렀다. 그러나 합금 면적의 증가는 대용량 용광로의 회수에 많은 어려움을 가져왔다. . 또 다른 효과적인 기술 개발 경로는 반대 방향으로 진행되는데, 급속 담금질 Nd-Fe-B 합금을 제조하기 위한 극도로 높은 냉각 속도에서 시작하여 스트립이라고 불리는 급속 냉각 결정질 합금을 제조하기 위해 냉각 속도를 낮추려는 시도입니다. 주조 또는 속경화 플레이크(스트립 캐스팅 또는 SC) 기술이 탄생했습니다. 빠르게 회전하는 수냉식 금속 휠에 전환 홈통을 통해 용융된 합금을 부어 0.2~0.6mm 두께, 이상적인 상 구성 및 질감을 얻습니다. 합금 플레이크. 스트립 캐스트 합금 구조에서 Nd가 풍부한 상의 균일한 분포와 -Fe의 억제는 총 희토류 함량을 감소시켜 고성능 자석을 얻고 자석 비용을 줄이는 데 유리합니다. 단점은 Nd가 풍부한 상의 부피 분율 감소로 인해 잉곳 몰드 주조로 생산된 자석에 비해 자석의 취성이 증가하고 후처리가 더 어려워진다는 것입니다.