عملية تحضير مغناطيس ندفيب الملبد- (1) تحضير المواد الخام

عادة ما تستخدم المغناطيسات الملبدة معادن نقية أو سبائك وسيطة كمواد خام. إنهم يستخدمون مبدأ التسخين بالحث الكهرومغناطيسي المتمثل في المجالات المغناطيسية المتناوبة لتوليد تيارات إيدي في المواد الخام. يتم صهر المواد الخام عن طريق الحث المتوسط ​​والمنخفض التردد في فراغ أو بيئة غاز خامل بحيث يتم تسخين المواد الخام وصهرها. يتم تحريك الذوبان لتجانسه. تتراوح نقاط انصهار المعادن الأرضية النادرة بين 800 و1500 درجة، وFe وCo هي 1536 درجة و1495 درجة على التوالي، وB النقي يصل إلى 2077 درجة. تكون نقاط انصهار بعض المعادن ذات نقطة انصهار عالية المستخدمة كمضافات مثل Ti أو Cr أو Mo أو Nb عند 1600 ~ 3400 درجة. مع الأخذ في الاعتبار قمع تطاير العناصر الأرضية النادرة، عادة ما يتم التحكم في درجة حرارة الانصهار عند 1000 ~ 1600 درجة. يتم صهر العناصر ذات نقطة الانصهار العالية عن طريق صناعة السبائك من مصهور المعادن الأرضية النادرة، أو يتم استخدام سبائك العناصر ذات نقطة الانصهار العالية (عادة سبائك الحديد) مباشرة كمواد خام، مثل B-Fe (نقطة الانصهار ~ 1500 درجة)، سبائك Nb-Fe (نقطة الانصهار ~ 1600 درجة)، وما إلى ذلك. لضمان بيئة منخفضة الأكسجين للصهر والصب، من الضروري إخلاء أجسام فرن الصهر والصب وتفريغ المكونات والمواد الخام بالكامل في الفرن. يصل مستوى الفراغ عادة إلى 10-2~10-3.

يتم تسخين جسم الفرن. ويجب أيضًا التحكم في معدل زيادة الضغط (إطلاق الغاز الداخلي وتسرب الهواء الخارجي) عند مستوى منخفض. على سبيل المثال، بالنسبة لفرن الصهر بسعة 1 طن، يجب أن يكون معدل زيادة الضغط أقل من 5×10-4~1×10-3 L/s. يمكن للصهر الفراغي تفريغ السائل المنصهر بالكامل، وإزالة الشوائب منخفضة الغليان وعناصر الغاز الضارة، وتحسين نقاء السبائك. ومع ذلك، نظرًا لأن ضغط بخار المعادن الأرضية النادرة منخفض جدًا (أقل من 1 باسكال)، فإن فقدان التطاير يكون كبيرًا جدًا، لذلك يتم استخدامه عادةً أثناء عملية الصهر. يمتلئ جسم الفرن بغاز خامل لزيادة ضغط الهواء المحيط لمنع تطاير الأتربة النادرة. يعد استخدام غاز الأرجون عالي النقاء أكثر ملاءمة، والذي يتم تعبئته بشكل عام إلى مستوى 50 كيلو باسكال. بعد أن يتم تجانس مصهور السبائك، تنفيسه، واكتمال الخبث بالكامل، يمكن البدء في الصب. يعد صب السبائك عملية حرجة للغاية لأن التركيب وحالة التبلور والتوزيع المكاني للمراحل أمر بالغ الأهمية لأداء المغناطيس الملبد. لقد شهدت السبائك "قذائف مدفعية" ثقيلة، و"كتبًا" بسماكة 20 مم، و"فطائر" بسمك 5 مم. حاليًا، تطورت إلى رقائق سريعة الإعداد بسماكة 0.3 مم فقط. وقد بذل المطلعون على الصناعة جهودًا مختلفة لتجنب فصل المكونات وتوليد مراحل الشوائب وتوزيع توزيع المراحل الغنية بالنيوديميوم بشكل معقول.

1. الصهر

عادة ما تأخذ المواد الخام الأرضية النادرة شكل معادن نقية وغالبًا ما يتم اختيار السبائك الأرضية النادرة لأسباب تتعلق بالتكلفة، مثل معدن البراسيوديميوم والنيوديميوم، ومعدن اللانثانم والسيريوم، والأتربة النادرة المختلطة، وسبائك الديسبروسيوم الحديدية، وما إلى ذلك؛ مكونات العناصر ذات نقطة الانصهار العالية (مثل: B، Mo، Nb، إلخ.) يتم إضافتها في الغالب على شكل سبائك حديدية. يتميز مغناطيس Nd-Fe-B بخصائص المراحل المتعددة المعادن. تعد المرحلة الغنية بـ Nd شرطًا ضروريًا للإكراه العالي، ويجب أن تتعايش المرحلة الغنية بـ B أيضًا. ولذلك، عادةً ما يلزم أن تكون الأتربة النادرة وB في الصيغة الأصلية أعلى من المكونات الإيجابية لـ R2Fe14B، ولكن في بعض الأحيان لضبط تكوين مرحلة حدود الحبوب (خاصة عند إضافة Cu وAl وGa)، فإن B المحتوى أقل قليلاً من العنصر الإيجابي. بسبب التفاعل بين المعادن الأرضية النادرة والمواد البوتقة والتطاير أثناء الصهر والتلبيد، يجب مراعاة قدر معين من فقدان المعادن الأرضية النادرة عند الصياغة. لتقليل محتوى الشوائب في السبيكة، يجب التحكم بدقة في نقاء المواد الخام، ويجب إزالة طبقة الأكسيد والمرفقات الموجودة على السطح بالكامل. مصدر الحرارة ذوبان الحث المتوسط ​​والمنخفض التردد هو تيار الدوامة المستحث المتكون في المادة الخام بواسطة المجال المغناطيسي المتناوب. يؤدي التأثير الجلدي للتيار الدوامي إلى تركيز التيار على سطح المادة الخام. إذا كان حجم كتلة المواد الخام كبيرًا جدًا، فلن يتمكن تيار الدوامة من اختراق مركز الكتلة، ويمكن صهر اللب فقط عن طريق التوصيل الحراري، وهو أمر غير واقعي للغاية في الإنتاج الفعلي. لذلك، يجب تعديل حجم المادة الخام وفقًا لاختيار التردد والتحكم فيها بمقدار 3 إلى 6 أضعاف عمق الجلد. الشكل أدناه يوضح العلاقة بين تردد الطاقة – عمق الجلد – وحجم المادة الخام. ويمكن ملاحظة أنه كلما زاد التردد، كلما كان تأثير الجلد أكثر أهمية، وصغر حجم المادة الخام المطلوبة.

يخضع اختيار تردد الذوبان لوظيفة مهمة أخرى للصهر التعريفي - التحريك الكهرومغناطيسي، الذي يستخدم تفاعل القوة بين المعدن المنصهر والمجال المغناطيسي المتناوب لتعزيز ذوبان المواد الصلبة غير المنصهرة وتجانس المعدن المنصهر. القوة الكهرومغناطيسية يتناسب حجمها عكسيا مع الجذر التربيعي للتردد الحالي. سيؤدي التردد العالي جدًا إلى إضعاف تأثير التحريك الكهرومغناطيسي لمصدر الطاقة المتناوب. نطاق التردد المستخدم في الإنتاج الفعلي هو حوالي 1000~2500 هرتز، ويجب التحكم في حجم المواد الخام أقل من 100 مم.

يجب أن يأخذ تكديس المواد الخام في البوتقة في الاعتبار التوزيع المكاني للمجال المغناطيسي المستحث ودرجة الحرارة أثناء عملية الذوبان. عادة، يتم لف الملف التعريفي حول الجزء الخارجي من البوتقة. يكون المجال المغناطيسي أقوى داخل البوتقة ويضعف تدريجيًا باتجاه المركز، لكن جوانب وأسفل وأعلى البوتقة تكون الفتحة هي الطريقة الرئيسية للهروب من الحرارة، وبالتالي فإن درجة حرارة الجانب السفلي من البوتقة في الوسط، تكون درجة حرارة الطبقة العليا والوسط السفلي أقل، ودرجة حرارة الجزء الأوسط هي الأعلى. لذلك، عند التحميل، يُنصح بوضع قطع صغيرة من المواد ذات نقطة الانصهار المنخفضة بكثافة في الجزء السفلي من البوتقة؛ يجب وضع المواد ذات نقطة الانصهار العالية وقطع كبيرة من المواد في الأجزاء الوسطى والسفلية؛ يجب وضع قطع كبيرة من المواد ذات نقطة الانصهار المنخفضة في الجزء العلوي وتكون فضفاضة لمنع التجسير. في الوقت الحاضر، تم استخدام تكنولوجيا الصهر والصب المستمر على نطاق واسع. تتم إضافة المواد الخام بشكل مستمر إلى البوتقة عند درجات حرارة عالية من خلال غرفة الشحن. للتحكم في تطاير المواد الأرضية النادرة، عادة ما يتم إضافة الحديد النقي أولاً لصهره، ثم تضاف المعادن أو السبائك ذات درجة انصهار عالية بالتتابع، وأخيراً، تضاف الأتربة النادرة.

2. الصب

من المؤكد أن السبائك الثنائية أو الثلاثية الأرضية النادرة تولد مراحل -Co أو -Fe في ظل ظروف تبريد بطيئة (قريبة من التوازن). ستؤدي خصائصها المغناطيسية الناعمة في درجة حرارة الغرفة إلى إتلاف خصائص المغناطيس الدائم بشكل خطير ويجب تبريدها بسرعة لمنع تكوينها.

لتحقيق تأثير التبريد السريع المطلوب، تعمل تكنولوجيا صب السبائك التقليدية على تقليل سمك السبائك. تتمثل مزايا صب قالب السبائك في انخفاض تكلفة المعدات والتشغيل البسيط والقدرة على تلبية متطلبات إنتاج المغناطيس العامة. العيب هو أن حجم الحبوب غير متساوٍ وأن مراحل -Co أو -Fe غالبًا ما تترسب. يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية طويلة المدى لسبائك السبائك عند درجات حرارة أقل من نقطة انصهار السبيكة في التخلص من مرحلة -Co أو -Fe، ولكنها ستتسبب في تراكم المراحل الغنية بـ Nd، وهو ما لا يفضي إلى التوزيع الأمثل للحبوب المراحل الحدودية في المغناطيس الملبد.

لمزيد من تقليل سمك سبيكة السبائك، تم تطوير هيكل "مكشطة القرص" المشابه لنشر الفطيرة، مما يجعل سمك السبائك يصل إلى حوالي 1 سم. ومع ذلك، فإن الزيادة في مساحة السبائك جلبت الكثير من المتاعب لمجموعة أفران الصهر ذات السعة الكبيرة. . مسار آخر فعال لتطوير التكنولوجيا يسير في الاتجاه المعاكس، بدءًا من معدل التبريد المرتفع للغاية لتحضير سبائك Nd-Fe-B سريعة التبريد، ومحاولة تقليل معدل التبريد لتحضير السبائك البلورية سريعة التبريد، والتي تسمى شرائط ظهرت تكنولوجيا الصب أو الرقائق سريعة الإعداد (صب الشريط أو SC). يتم صب السبيكة المنصهرة من خلال حوض تحويل على عجلة معدنية سريعة الدوران ومبردة بالماء للحصول على سمك 0.2~0.6 مم، وتكوين وملمس طور مثالي. رقائق سبائك. في هيكل السبائك المصبوبة بالشريط، يؤدي التوزيع الموحد للمرحلة الغنية بـ Nd وقمع -Fe إلى تقليل إجمالي محتوى الأرض النادرة، وهو أمر مفيد للحصول على مغناطيس عالي الأداء وتقليل تكاليف المغناطيس؛ العيب هو أنه نظرًا لانخفاض حجم الطور الغني بـ Nd، مقارنةً بالمغناطيس الناتج عن صب قالب السبائك، تزداد هشاشة المغناطيس وتصبح المعالجة اللاحقة أكثر صعوبة.