소결 네오디뮴 철 붕소 영구 자석

네오디뮴 NdFeB 자석(네오디뮴 철 붕소 자석)의 제조방법은 다음과 같다.
네오디뮴 금속 원소는 먼저 전해로에서 정제된 희토류 산화물로부터 분리됩니다. "희토류" 원소는 란타노이드(란탄족 원소라고도 함)이며, 이 용어는 원소를 분리하는 데 사용되는 흔하지 않은 산화물 광물에서 유래되었습니다. 희토류(Rare Earth)라는 용어를 사용한다고 해서 화학원소가 부족하다는 뜻은 아니다. 희토류 원소는 풍부합니다. 예를 들어 네오디뮴 원소는 금보다 더 흔합니다. 네오디뮴, 철, 붕소를 측정하고 진공 유도로에 넣어 합금을 형성합니다. 필요에 따라 특정 등급에 대해 코발트, 구리, 가돌리늄 및 디스프로슘(예: 내식성을 돕기 위해)과 같은 다른 원소가 추가됩니다. 고주파 가열 및 용융으로 인해 혼합물이 용융됩니다.

간단히 말해서 "네오" 합금은 각 등급에 대한 각 공장의 제조법이 포함된 케이크 혼합물과 같습니다. 생성된 용융 합금은 냉각되어 합금 잉곳을 형성합니다. 그런 다음 합금 잉곳은 수소 분해(HD) 또는 수소화 불균형 탈착 및 재결합(HDDR)에 의해 분해되고 질소 및 아르곤 분위기에서 제트 밀링되어 미크론 크기의 분말(약 3미크론 이하 크기)로 만들어집니다. 이 네오디뮴 분말은 호퍼에 공급되어 자석을 누르는 것이 가능합니다.

분말을 누르는 방법
분말을 압축하는 방법에는 축형 및 가로형 압축의 세 가지 주요 방법이 있습니다. 다이 프레싱에는 필요한 모양보다 약간 더 큰 캐비티를 만들기 위한 도구가 필요합니다(소결로 인해 자석이 수축되기 때문입니다). 네오디뮴 분말은 호퍼에서 다이 캐비티로 들어간 후 외부에서 가해지는 자기장이 있는 상태에서 압축됩니다. 외부 장은 압축력에 평행하게 적용되거나(이 축 방향 압축은 표준이 아님) 압축 방향에 수직으로 적용됩니다(횡방향 압축이라고 함). 가로 방향으로 누르면 네오디뮴 NdFeB 자석에 더 높은 자기 특성이 제공됩니다.

세 번째 압축 방법은 등방성 압축입니다. NdFeB 분말을 고무 몰드에 넣고 유체가 채워진 상당한 용기에 넣어 유체의 압력을 높입니다. 이번에도 외부 자기장이 존재하지만 NdFeB 분말은 모든 면에서 압축됩니다. 등방압 프레싱은 네오디뮴 철 붕소에 대해 가능한 최고의 자기 성능을 제공합니다. 사용되는 방법은 필요한 "Neo" 등급에 따라 다르며 제조업체에서 결정합니다.

자화장
압축 분말의 양쪽에 설치된 솔레노이드 코일은 외부 자기장을 생성합니다. NdFeB 분말의 자구는 적용된 자화장과 일치합니다. 적용된 자장이 더 균질할수록 네오디뮴 자석의 자기 성능도 더 균질해집니다. 다이가 네오디뮴 분말을 누르면 자화 방향이 제자리에 고정됩니다. 네오디뮴 자석에는 선호되는 자화 방향이 지정됩니다. 이를 이방성이라고 합니다(외부 필드가 가해지지 않으면 자석을 어떤 방향으로든 자화할 수 있는데, 이를 등방성이라고 합니다. 그러나 자기 성능은 이방성 자석보다 훨씬 낮으며 일반적으로 결합 자석에 국한됩니다.) ).

희토류 자석은 단축 자기결정 이방성을 나타냅니다. 즉, 자화 용이축에 해당하는 고유한 축 결정 구조를 갖습니다. Nd2Fe14B의 경우, 자화 용이축은 복잡한 정방정계 구조의 c축입니다. 외부 자화장이 있는 경우 c축을 따라 정렬되어 매우 높은 보자력으로 포화 상태까지 완전히 자화될 수 있습니다.

소결 공정
눌려진 NdFeB 자석이 풀려나기 전에 자기를 없애는 펄스가 주어져 자화되지 않은 상태로 유지됩니다. 압축된 자석을 '그린' 자석이라고 합니다. 강제로 부서지기 쉽고 자기 성능도 좋지 않습니다. '녹색' 네오디뮴 자석은 최종 자기 특성을 부여하기 위해 소결됩니다.

소결 공정은 주의 깊게 모니터링되며(엄격한 온도 및 시간 프로필을 적용해야 함) 불활성(무산소) 대기(예: 아르곤)에서 진행됩니다. 산소가 존재하는 경우 결과 산화물은 NdFeB의 자기 성능을 파괴합니다. 소결 과정에서는 분말이 서로 융합되면서 자석의 수축도 발생합니다. 수축은 필요한 모양에 가까운 자석을 제공하지만 수축은 일반적으로 고르지 않습니다(예: 링이 수축하여 타원형이 될 수 있음).

소결 공정이 끝나면 자석을 빠르게 냉각시키기 위해 최종 급속 담금질이 적용됩니다. 이는 소결 온도 이하에서 발생하는 원치 않는 '상'(간단히 말하면 자기 특성이 낮은 합금의 변형)의 생성을 최소화합니다. 급속 담금질은 NdFeB의 자기 성능을 극대화합니다. 소결 과정에서 고르지 않은 수축이 발생하기 때문에 네오디뮴 자석의 모양이 필요한 치수가 되지 않습니다.

공차 및 치수
다음 단계는 자석을 필요한 공차로 가공하는 것입니다. 가공이 필요하기 때문에 네오디뮴 자석은 눌렀을 때 약간 더 크게 만들어집니다. 예를 들어 링 자석의 경우 더 큰 외경, 더 작은 내경 및 더 큰 크기로 만들어집니다. 표준 자석 치수 공차는 +/-0.1mm이지만 +/-0.05mm는 추가 비용으로 달성 가능합니다. 더 엄격한 공차의 가능성은 자석의 모양과 크기에 따라 다르며 불가능할 수도 있습니다.

참고로 네오디뮴 자석은 단단합니다. 표준 드릴이나 카바이드 팁을 사용하여 NdFeB에 구멍을 뚫으면 드릴 비트가 무뎌집니다. 다이아몬드 절삭 공구(CNC 다이아몬드 그라인딩 휠, 다이아몬드 드릴 등)와 와이어 커팅 머신(EDM)을 사용해야 합니다. 가공 중에 생성된 NdFeB 부스러기 분말은 액체로 냉각되어야 합니다. 그렇지 않으면 자연 발화할 수 있습니다. 네오디뮴 블록 자석의 경우 등방압 압축으로 만든 훨씬 더 큰 자석 블록을 사용하고 원하는 크기의 더 작은 네오디뮴 블록으로 절단하면 비용이 절감될 수 있습니다. 이는 속도와 대량 생산(절단 및 연삭 기계가 충분한 경우)을 위해 수행되며 "슬라이스 앤 다이스(slice and dice)"로 알려져 있습니다. 기계 가공을 통해 자석의 최종 치수가 충족되면 네오디뮴 자석에 보호 코팅이 적용됩니다. 이는 일반적으로 Ni-Cu-Ni 코팅입니다.

코팅
가공 시 부스러기/분말을 제거하려면 자석을 청소해야 합니다. 그런 다음 도금되기 전에 완전히 건조됩니다. 철저한 건조가 필수입니다. 그렇지 않으면 도금된 네오디뮴 자석에 물이 갇혀 자석이 내부에서 바깥쪽으로 부식됩니다. 도금은 매우 얇습니다(예: Ni-Cu-Ni의 경우 15-35 마이크론(1 마이크론은 1/1000mm)).

현재 사용 가능한 코팅 범위는 다음과 같습니다. 니켈-구리-니켈(Ni-Cu-Ni)[표준], 에폭시, 아연(Zn), 금(Au), 은(Ag), 주석(Sn), 티타늄 (Ti), 질화 티타늄(TiN), 파릴렌 C, Everlube, 크롬, PTFE("테플론", 흰색, 검정색, 회색, 은색), Ni-Cu-Ni 플러스 에폭시, Ni-Cu-Ni 플러스 고무, Zn 플러스 고무, Ni-Cu-Ni + 파릴렌 C, Ni-Cu-Ni + PTFE, 주석(Sn) + 파릴렌 C, 아연 크로메이트, 인산염 부동태화 및 비코팅(즉, 순수 – 권장되지 않지만 때로는 고객이 요구함).

다른 코팅도 가능할 수 있습니다. 보호층이 없는 자석은 사용하지 않는 것이 좋습니다.

Hci 네오디뮴 NdFeB 자석이 높을수록 내식성이 더 좋다고 알려져 있지만 도금되지 않은 경우 안전한 사용을 보장하지는 않습니다. 필요한 경우 조립 후 자석을 도금합니다(NdFeB 자석이 아닌 도금에 접착제가 달라붙기 때문에 도금이 실패하면 자석이 자유로워집니다). 더 나은 접착제 접착을 위해 도금을 제거하는 것이 가능합니다. 그럼에도 불구하고 네오디뮴 자석의 내식성은 조립 중에 세심한 주의를 기울이지 않는 한 이러한 공정 중에 심각하게 손상될 수 있습니다(예: 회전자용 탄소 섬유 슬리브와 같이 자석이 제자리에 유지되도록 보호 슬리브를 고려해 볼 가치가 있습니다).