Z czego wykonane są magnesy tarczowe? Kompletny przewodnik

Magnesy tarczowe, znane również jako okrągłe lub cylindryczne, są niezwykle przydatne w różnych zastosowaniach. Ale z czego dokładnie wykonane są te silne magnesy?

W tym kompleksowym przewodniku, jako profesjonalista producent magnesów tarczowychomówimy wszystko, co trzeba wiedzieć o składzie i produkcji nowoczesnych magnesów tarczowych.

Przegląd materiałów na magnesy tarczowe

Najpopularniejsze obecnie magnesy tarczowe są wykonane z bor neodymowo-żelazowy (NdFeB). Znany również jako magnesy neodymowe lub magnesy neo, NdFeB oferuje najwyższą siłę magnetyczną na jednostkę objętości spośród wszystkich materiałów na magnesy trwałe.

Magnesy tarczowe NdFeB składają się z neodymu, żelaza i boru jako kluczowych składników. Inne pierwiastki, takie jak dysproz, prazeodym, kobalt, nikiel, niob i aluminium mogą być dodawane w śladowych ilościach w celu poprawy określonych właściwości.

Na przykład dysproz i prazeodym poprawiają odporność na korozję. Kobalt zwiększa temperaturę Curie. Powłoki niklowe i miedziane chronią przed utlenianiem.

Kobalt samarowy (SmCo) to kolejny kluczowy materiał z magnesów ziem rzadkich stosowany w magnesach tarczowych, gdy wymagana jest stabilność w wysokiej temperaturze. SmCo oferuje doskonałą odporność na rozmagnesowanie, chociaż ich siła magnetyczna jest niższa w porównaniu do NdFeB.

Istnieją również magnesy ceramiczne lub ferrytowektóre składają się z węglanu strontu i związków tlenku żelaza. Choć są mniej wydajne niż magnesy ziem rzadkich, ceramiczne magnesy tarczowe mają zalety niskich kosztów i odporności na korozję.

Proces produkcji magnesów tarczowych NdFeB

Produkcja silnych magnesów NdFeB wymaga starannej kontroli złożonego, wieloetapowego, precyzyjnego procesu:

1. Tworzenie stopu

Czysty neodym, żelazo, bor i inne pierwiastki są najpierw stapiane w mieszankę stopową przy użyciu indukcyjnych pieców do topienia. Płynna mieszanina stopów jest następnie odlewana do wlewków.

2. Dekrepitacja i frezowanie strumieniowe

Wlewki z kruchego stopu są rozkładane za pomocą wodoru w celu rozbicia ich na proszek magnetyczny. Proszek ten jest następnie drobno mielony w młynie strumieniowym do średniej wielkości cząstek około 3 mikronów.

3. Naciśnięcie przycisku

Proszek NdFeB jest wtłaczany do formy matrycowej przy użyciu ekstremalnych metod nacisku osiowego, poprzecznego lub izostatycznego. W celu zorientowania cząstek proszku stosuje się wyrównujące pole magnetyczne.

4. Spiekanie

Sprasowany "zielony" korpus magnesu jest spiekany w temperaturze zbliżonej do temperatury topnienia, co powoduje stopienie się cząstek. Podczas tego procesu magnes kurczy się i zagęszcza.

5. Wyżarzanie i hartowanie

Spiekany magnes jest szybko podgrzewany, moczony i chłodzony (hartowany) w celu uzyskania optymalnej mikrostruktury metalurgicznej i ułożenia kryształów.

6. Obróbka

Kruchy spiekany blok magnesu wymaga narzędzi diamentowych do cięcia i szlifowania go do ostatecznych wymiarów. Otwory i inne złożone kształty mogą być wycinane drutem za pomocą maszyn EDM.

7. Powlekanie i galwanizacja

Powłoka ochronna, taka jak nikiel-miedź-nikiel, jest nakładana w celu ochrony przed czynnikami korozyjnymi. Można również dodać inne powłoki funkcjonalne.

8. Namagnesowanie

Gotowy magnes otrzymuje silny impuls nasycający w magnetyzerze, aby zorientować domeny magnetyczne w celu uzyskania optymalnej wydajności magnetycznej.

Są to kluczowe etapy produkcji nowoczesnych neodymowych magnesów tarczowych! Następnie przyjrzyjmy się procesowi produkcji magnesów wiązanych i ceramicznych.

Jak powstają klejone magnesy tarczowe

Magnesy wiązane mają inne podejście do produkcji:

1. Frezowanie strumieniowe

Podobnie jak magnesy spiekane, magnesy wiązane zaczynają się od rozpadającego się stopu NdFeB, który jest drobno mielony na proszek magnetyczny. Polimer wiążący jest dodawany do młyna strumieniowego w celu homogenizacji mieszanki.

2. Mieszanie z polimerem

Proszek jest następnie mieszany z plastikowym lub elastomerowym polimerem wiążącym, wraz ze środkami smarnymi i utwardzającymi. Celem jest równomierne pokrycie każdej cząsteczki proszku.

3. Tłoczenie i utwardzanie

Mieszanka surowca jest prasowana do kształtu magnesu tarczowego za pomocą formowania tłocznego lub wtryskowego. Utwardza się w podwyższonej temperaturze, powodując wiązanie polimeru wokół cząstek proszku.

4. Namagnesowanie

Utwardzony korpus magnesu może być namagnesowany tak samo, jak część spiekana. Jednak ze względu na niemagnetyczne spoiwo zajmujące objętość, siła magnetyczna jest niższa dla tego samego rozmiaru.

5. Powłoka (opcjonalnie)

Po namagnesowaniu można nałożyć powłokę ochronną w celu zwiększenia odporności na korozję i zarysowania.

Podsumowując, klejone magnesy tarczowe zastępują fazę spiekania rozproszoną matrycą polimerową, która utrzymuje cząstki magnetyczne razem.

Spoiwo pozwala na bardziej złożone kształty, ale ogranicza wydajność termiczną i magnetyczną. Przyjrzyjmy się teraz konwencjonalnej produkcji magnesów ceramicznych.

Skład i produkcja ceramicznych magnesów tarczowych

1. Przygotowanie proszku

Magnesy tarczowe zaczynają się od przygotowania proszku. Tlenek żelaza jest redukowany z prekursora żelaza i mielony kulowo do drobnych cząstek o wielkości około 2 mikronów. Po odtlenieniu i wysuszeniu uzyskany proszek żelaza wykazuje miękkie właściwości ferromagnetyczne.

Proszek węglanu strontu jest również ważony i mielony w celu dopasowania do wybranej stechiometrii.

2. Mieszanie i kalcynowanie

Proszki węglanu żelaza i strontu są dokładnie mieszane, aby zapewnić jednorodność całej partii. Wymieszany proszek poddawany jest kalcynacji w temperaturze 900-1000°C w celu usunięcia lotnych związków, takich jak CO2 i dostosować skład chemiczny powierzchni proszku.

3. Zagęszczanie

Po mieleniu kulowym i dodaniu spoiwa, proszek ceramiczny jest zagęszczany do zielonych kompaktów z magnesem tarczowym przy użyciu przyłożonego pola magnetycznego, podobnie jak ich odpowiedniki NdFeB. Ciśnienie około 100-300 MPa jest wymagane do osiągnięcia niezbędnej zielonej gęstości.

4. Spiekanie

Zagęszczone dyski ferrytowe są następnie wypalane w temperaturze około 1200°C w silnie utleniającej atmosferze pieca w celu pełnego zagęszczenia, ale bez zmniejszenia zawartości tlenku żelaza.

5. Obróbka i testowanie

Spiekane magnesy ferrytowe mogą być szlifowane do tolerancji przed ostateczną kontrolą właściwości, takich jak siła magnetyczna i rezystywność. Dalsze magnesowanie nie jest wykonywane, ponieważ ferryt jest już namagnesowany na etapie zagęszczania.

Podsumowując, konwencjonalne podejście do metalurgii proszków pozwala na ekonomiczną produkcję ceramicznych magnesów ferrytowych, wykorzystując proste prekursory, nieskomplikowaną obróbkę i brak ciężkich metali ziem rzadkich.

Wybór odpowiedniego składu magnesu dyskowego

Teraz, gdy przeanalizowaliśmy procesy produkcyjne stojące za głównymi typami magnesów tarczowych, jak wybrać najlepszy materiał do danego zastosowania?

Oto krótka tabela porównawcza obejmująca względne wytrzymałość magnetyczna, ograniczenia temperaturowe, odporność na korozję i koszt dla typowych materiałów magnesów tarczowych:

Neodym (NdFeB) Magnesy tarczowe oferują najsilniejsze właściwości magnetyczne na jednostkę objętości, ale są podatne na utlenianie i utratę magnetyzmu powyżej 80°C.

Kobalt samarowy (SmCo) neodymu w zamian za znacznie większą odporność na temperaturę i korozję, a także wyższe koszty surowców.

Połączony neodym wykorzystuje niezrównaną wydajność proszków NdFeB, ale łączy je w łatwej do kształtowania matrycy polimerowej, która obniża maksymalną temperaturę pracy.

Wreszcie, magnesy ceramiczne (ferrytowe) składające się z ferrytu baru lub strontu mają najniższą moc magnetyczną, a jednocześnie najlepszą odporność na korozję i właściwości termiczne, a także bardzo niskie koszty.

Kluczowe wnioski dotyczące składu magnesów dyskowych

To podsumowuje nasze dogłębne spojrzenie na to, co nowoczesne magnesy tarczowe i jak działają kluczowe procesy produkcyjne. Oto niektóre z kluczowych wniosków:

• Magnesy tarczowe składają się głównie z boru neodymowo-żelazowego (NdFeB), kobaltu samarowego (SmCo), związanego NdFeB lub ceramiki/ferrytu jako materiału magnetycznego.
• Magnesy neodymowe oferują najwyższą wytrzymałość, ale mają niższą odporność na ciepło i korozję. SmCo zamienia pewne właściwości magnetyczne na znacznie lepszą stabilność termiczną i odporność na korozję.
• Magnesy spajane zapewniają pośrednią siłę magnetyczną i wygodne formowanie, ale niższe limity temperatury. Magnesy ceramiczne/ferrytowe charakteryzują się najniższą mocą wyjściową i wyjątkową trwałością termiczną i chemiczną.
• Techniki produkcyjne, takie jak topienie indukcyjne, frezowanie strumieniowe, prasowanie, spiekanie, obróbka skrawaniem, powlekanie i magnesowanie, przekształcają te stopy w precyzyjne magnesy tarczowe.
• Wybór optymalnego składu magnesu tarczowego zależy od wymagań dotyczących siły magnetycznej, zakresu temperatur roboczych, odporności środowiskowej, potrzeb mechanicznych, ograniczeń geometrycznych i względów budżetowych wśród czynników specyficznych dla aplikacji.

Mam nadzieję, że ten przewodnik dał ci wgląd w materiałoznawstwo i inżynierię nowoczesnych magnesów tarczowych. Daj mi znać w komentarzach, jeśli masz inne pytania!