يتم تحضير مغناطيس النيوديميوم المتكلس عن طريق صهر المواد الخام تحت الفراغ أو في جو خامل في فرن الصهر بالحث، ثم معالجتها في قالب الشرائط وتبريدها لتشكيل شريط سبيكة Nd-Fe-B. يتم سحق شرائط السبائك لتشكيل مسحوق ناعم بقطر عدة ميكرونات. يتم بعد ذلك ضغط المسحوق الناعم في مجال مغناطيسي موجه وتكليسه في أجسام كثيفة. ثم يتم تصنيع الأجسام وفقًا للأشكال المحددة، ومعالجة سطحها ومغنطتها.
وزن
إن وزن المواد الخام المؤهلة يرتبط ارتباطًا مباشرًا بدقة تكوين المغناطيس. إن نقاء المواد الخام واستقرار التركيب الكيميائي هو أساس جودة المنتج. عادةً ما يتم اختيار سبائك الأتربة النادرة مثل براسيوديميوم-نيوديميوم بروميد-نيد ميش ميتال، ولانثانوم-سيريوم لا-سي ميش ميتال، وديسبروسيوم حديد داي-في كمواد لأسباب تتعلق بالتكلفة. يتم إضافة عناصر ذات نقطة انصهار عالية مثل البورون أو الموليبدينوم أو النيوبيوم بطريقة سبائك الحديد. يجب إزالة طبقة الصدأ والشوائب والأكسيد والأوساخ على سطح المواد الخام بواسطة آلة التفجير الدقيق. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون المواد الخام بحجم مناسب لتحقيق الكفاءة في عملية الصهر اللاحقة. يتمتع النيوديميوم بضغط بخار منخفض وخصائص كيميائية نشطة، ثم يوجد معدن أرضي نادر بدرجة معينة من فقدان التطاير وفقدان الأكسدة أثناء عملية الذوبان، وبالتالي، يجب أن تأخذ عملية وزن مغناطيس النيوديميوم المسحوق في الاعتبار إضافة معدن أرضي نادر إضافي لضمان دقة تكوين المغناطيس.
الصهر وصب الشرائح
إن عملية الصهر وصب الشرائح أمر بالغ الأهمية لتكوين وحالة البلورة وتوزيع الطور، وبالتالي التأثير على العملية اللاحقة والأداء المغناطيسي. يتم تسخين المواد الخام إلى الحالة المنصهرة عبر الصهر بالحث بتردد متوسط ومنخفض تحت فراغ أو جو خامل. يمكن معالجة الصب عندما يدرك مصهور السبائك التجانس والعادم والخبث. يجب أن تمتلك البنية الدقيقة للسبائك المصبوبة الجيدة بلورة عمودية جيدة النمو ودقيقة الحجم، ثم يجب توزيع الطور الغني بالنيوديميوم على طول حدود الحبوب. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون البنية الدقيقة للسبائك المصبوبة خالية من طور الحديد. يشير مخطط طور Re-Fe إلى أن سبائك ثلاثية الأتربة النادرة لا مفر منها لإنتاج طور الحديد أثناء التبريد البطيء. ستؤدي الخصائص المغناطيسية الناعمة في درجة حرارة الغرفة لطور الحديد إلى إتلاف الأداء المغناطيسي للمغناطيس بشكل خطير، وبالتالي يجب تثبيطها بالتبريد السريع. من أجل تلبية تأثير التبريد السريع المطلوب لمنع إنتاج طور الحديد، طورت شركة Showa Denko KK تقنية صب الشرائح وسرعان ما أصبحت تقنية روتينية داخل الصناعة. إن التوزيع الموحد للمرحلة الغنية بالنيوديميوم والتأثير المثبط على مرحلة -Fe يمكن أن يقلل بشكل فعال من المحتوى الإجمالي للأرض النادرة مما يساعد على تصنيع المغناطيس عالي الأداء وخفض التكلفة.
تناقص الهيدروجين
كان سلوك الهدرجة للمعادن الأرضية النادرة أو السبائك أو المركبات بين المعدنية والخصائص الفيزيائية والكيميائية للهيدريد دائمًا القضية المهمة في تطبيقات الأرض النادرة. كما تظهر سبيكة سبائك Nd-Fe-B ميلًا قويًا جدًا للهدرجة. تدخل ذرات الهيدروجين الموقع الخلالي بين الطور الرئيسي للمركب بين المعدني ومرحلة حدود الحبيبات الغنية بالنيوديميوم والمركب الخلالي المشكل. ثم تزداد المسافة بين الذرات ويتمدد حجم الشبكة. سيؤدي الإجهاد الداخلي الناتج إلى حدوث تشققات حدود الحبيبات (كسر بين الحبيبات) أو كسر البلورات (كسر عبر البلورات) أو كسر المطاوع. تأتي هذه التآكلات مع طقطقة وبالتالي تُعرف باسم تآكل الهيدروجين. يشار أيضًا إلى عملية تآكل الهيدروجين للمغناطيس النيوديميوم المتكلس باسم عملية HD. أدى تشقق حدود الحبيبات وكسر البلورات الناتج عن عملية تآكل الهيدروجين إلى جعل مسحوق طبقة Nd-Fe-B هشًا للغاية ومفيدًا للغاية لعملية الطحن النفاث اللاحقة. بالإضافة إلى تعزيز كفاءة عملية الطحن النفاث، فإن عملية التحلل الهيدروجيني مفيدة أيضًا لضبط متوسط حجم المسحوق الناعم.
الطحن النفاث
أثبتت عملية الطحن بالنفث أنها الحل الأكثر عملية وكفاءة في عملية المسحوق. تستخدم عملية الطحن بالنفث نفاثة عالية السرعة من الغاز الخامل لتسريع المسحوق الخشن إلى سرعة تفوق سرعة الصوت ومسحوق التأثير على بعضهما البعض. الغرض الأساسي من عملية المسحوق هو البحث عن متوسط حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات المناسب. يظهر الفرق بين الميزات المذكورة أعلاه خصائص مختلفة في المقاييس العيانية التي تؤثر بشكل مباشر على ملء المسحوق والتوجيه والضغط وإزالة القالب والبنية الدقيقة الناتجة في عملية التلبيد، وبالتالي تؤثر بشكل حساس على الأداء المغناطيسي والخصائص الميكانيكية والكهرباء الحرارية والاستقرار الكيميائي لمغناطيس النيوديميوم المتكلس. البنية الدقيقة المثالية هي حبيبات الطور الرئيسي الدقيقة والموحدة المحيطة بمرحلة إضافية ناعمة ورقيقة. بالإضافة إلى ذلك، يجب ترتيب اتجاه المغناطيسية السهلة لحبيبات الطور الرئيسي على طول اتجاه التوجيه بشكل متسق قدر الإمكان. ستؤدي الفراغات أو الحبيبات الكبيرة أو الطور المغناطيسي الناعم إلى تقليل كبير في الإكراه الجوهري. ستنخفض البقايا ومربع منحنى إزالة المغناطيسية في نفس الوقت بينما ينحرف اتجاه المغناطيسية السهلة للحبيبات عن اتجاه التوجيه. وبهذه الطريقة، يجب سحق السبائك إلى جزيئات أحادية البلورة يتراوح قطرها بين 3 إلى 5 ميكرون.
ضغط
يُشار إلى ضغط اتجاه المجال المغناطيسي باستخدام التفاعل بين المسحوق المغناطيسي والمجال المغناطيسي الخارجي لمحاذاة المسحوق على طول اتجاه المغناطيسية السهلة وجعله متسقًا مع اتجاه المغناطيسية النهائي. يعد ضغط اتجاه المجال المغناطيسي هو المسار الأكثر شيوعًا لتصنيع المغناطيس المتباين الخواص. تم سحق سبيكة Nd-Fe-B إلى جسيم بلوري واحد في عملية الطحن النفاث السابقة. جسيم البلورة المفردة هو تباين أحادي المحور ولكل منها اتجاه مغناطيسي سهل واحد فقط. سيتحول المسحوق المغناطيسي إلى مجال واحد من مجالات متعددة تحت تأثير المجال المغناطيسي الخارجي بعد ملئه بشكل فضفاض في القالب، ثم يضبط محور C لاتجاه مغناطيسيته السهلة ليكون متسقًا مع اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي عن طريق الدوران أو الحركة. احتفظ المحور C لمسحوق السبائك بشكل أساسي بحالة ترتيبه أثناء عملية الضغط. يجب أن تخضع الأجزاء المضغوطة لمعالجة إزالة المغناطيسية قبل إزالة القالب. أهم مؤشر لعملية الضغط هو درجة التوجيه. يتم تحديد درجة اتجاه مغناطيس النيوديميوم المسحوق من خلال عوامل مختلفة، بما في ذلك قوة المجال المغناطيسي للتوجيه، وحجم الجسيمات، والكثافة الظاهرية، وطريقة الضغط، وضغط الضغط، وما إلى ذلك.
التلبيد
يمكن أن تصل كثافة الجزء المضغوط إلى أكثر من 95% من الكثافة النظرية بعد عملية التلبيد المعالجة تحت فراغ عالٍ أو جو خامل نقي. لذلك، يتم إغلاق الفراغات في مغناطيس النيوديميوم المتكلس مما يضمن توحيد كثافة التدفق المغناطيسي والاستقرار الكيميائي. نظرًا لأن الخصائص المغناطيسية الدائمة لمغناطيس النيوديميوم المتكلس ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالبنية الدقيقة الخاصة بها، فإن المعالجة الحرارية بعد عملية التلبيد مهمة أيضًا لضبط الأداء المغناطيسي، وخاصة الإكراه الجوهري. تعمل مرحلة حدود الحبوب الغنية بالنيوديميوم كمرحلة سائلة قادرة على تعزيز تفاعل التلبيد واستعادة عيوب السطح على حبيبات الطور الرئيسي. تتراوح درجة حرارة تلبيد مغناطيس النيوديميوم عادةً من 1050 إلى 1180 درجة مئوية. ستؤدي درجة الحرارة الزائدة إلى نمو الحبوب وتقليل الإكراه الجوهري. من أجل الحصول على قوة إكراه جوهرية مثالية، ومربع منحنى إزالة المغناطيسية، وخسارة غير قابلة للعكس في درجات الحرارة العالية، عادة ما يحتاج مغناطيس النيوديميوم المسحوق إلى معالجة حرارية ثنائية المرحلة عند 900 و 500 درجة مئوية.
التصنيع
بالإضافة إلى الشكل المنتظم مع الحجم المعتدل، يصعب تحقيق الشكل المطلوب ودقة الأبعاد المطلوبة مباشرة في وقت واحد من مغناطيس النيوديميوم المتكلس بسبب القيود الفنية في عملية ضغط اتجاه المجال المغناطيسي، وبالتالي، فإن التصنيع هو عملية لا مفر منها لمغناطيس النيوديميوم المتكلس. باعتباره مادة سيرميت نموذجية، فإن مغناطيس النيوديميوم المتكلس صلب وهش إلى حد كبير، ثم هناك مجرد قطع وحفر وطحن يمكن تطبيقها على عملية التصنيع الخاصة به بين تكنولوجيا التصنيع التقليدية. تستخدم قطع الشفرة عادةً شفرة مطلية بالماس أو مطلية بـ CBN. القطع السلكي والقطع بالليزر مناسبان جيدًا لتصنيع المغناطيس ذي الشكل الخاص، ولكنهما متهمان بانخفاض كفاءة الإنتاج وتكلفة المعالجة العالية في الوقت نفسه. تعتمد عملية حفر مغناطيس النيوديميوم المتكلس في المقام الأول على الماس والليزر. من الضروري اختيار عملية التثقيب عندما يكون الثقب الداخلي للمغناطيس الحلقي أكبر من 4 مم. يمكن استخدام قلب التثقيب كمنتج ثانوي في عملية التثقيب لتصنيع مغناطيس أصغر مناسب آخر وبالتالي تعزيز نسبة استخدام المواد بشكل كبير. يتم إنتاج عجلة الطحن لطحن النسخ على أساس سطح الطحن.
المعالجة السطحية
إن المعالجة الوقائية للسطح هي إجراء ضروري لمغناطيس النيوديميوم، وخاصة مغناطيس النيوديميوم المتكلس. يمتلك مغناطيس النيوديميوم المتكلس بنية دقيقة متعددة المراحل ويتكون من Nd2في14الطور الرئيسي B، الطور الغني بالنيوديميوم، والطور الغني بالبروتونيوم. يُظهر الطور الغني بالنيوديميوم ميلًا قويًا جدًا للأكسدة وسيشكل البطارية الأساسية مع الطور الرئيسي في بيئة رطبة. كمية صغيرة من العناصر البديلة قادرة على تعزيز الاستقرار الكيميائي للمغناطيس، ولكنها تأتي على حساب الأداء المغناطيسي. لذلك، فإن حماية مغناطيس النيوديميوم المتكلس تهدف في المقام الأول إلى سطحه. يمكن تصنيف معالجة سطح مغناطيس النيوديميوم المتكلس إلى عملية رطبة وعملية جافة. تشير العملية الرطبة إلى معالجة المغناطيس للحماية السطحية في الماء النقي أو المحلول. تشمل العملية الرطبة الفوسفات والطلاء الكهربائي والطلاء الكهربائي والرحلان الكهربائي والطلاء بالرش والطلاء بالغمس. تشير العملية الجافة إلى معالجة المغناطيس للحماية السطحية من خلال عملية فيزيائية أو كيميائية دون ملامسة المحلول. تحتوي العملية الجافة عمومًا على الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD) والترسيب الكيميائي للبخار (CVD).
مغنطة
يتم مغنطة أغلب المغناطيسات الدائمة قبل استخدامها للتطبيقات المقصودة. تشير عملية المغنطة إلى تطبيق مجال مغناطيسي على طول اتجاه توجيه المغناطيس الدائم وتحقيق التشبع الفني مع زيادة قوة المجال المغناطيسي الخارجي. يحتاج كل نوع من المواد المغناطيسية الدائمة إلى قوة مجال مغناطيسي مميزة لتحقيق التشبع الفني في اتجاه المغنطة. ستكون البقايا والقوة القسرية الجوهرية أقل من قيمها المستحقة ما لم تكن قوة المجال المغناطيسي الخارجي أقل من المجال المغناطيسي للتشبع الفني. يمكن تقسيم المغناطيس الدائم إلى نوع متساوي الخواص ونوع متباين الخواص وفقًا لما إذا كان له اتجاه مغناطيسي سهل أم لا. كمغناطيس متباين الخواص بقوة قسرية جوهرية عالية، يحتاج مغناطيس النيوديميوم المتكلس إلى المغنطة عن طريق المغنطة النبضية. سيتم شحن المكثف بعد التصحيح، ثم يتم تفريغ الطاقة الكهربائية في المكثف بشكل لحظي إلى التركيب المغناطيسي. يمكن للتركيب المغناطيسي توليد المجال المغناطيسي النبضي أثناء التيار القوي اللحظي من خلاله. لذلك، سيتم مغنطة المغناطيس الدائم في الملف. يمكن تحقيق أنماط مغناطيسية مختلفة على مغناطيس النيوديميوم المسحوق طالما أنها لا تتعارض مع اتجاه توجهه.
