Les aimants frittés utilisent généralement des métaux purs ou des alliages intermédiaires comme matières premières. Ils utilisent le principe de chauffage par induction électromagnétique des champs magnétiques alternatifs pour générer des courants de Foucault dans les matières premières. Les matières premières sont fondues par induction à moyenne et basse fréquence dans un environnement sous vide ou sous gaz inerte afin que les matières premières soient chauffées et fondues. La masse fondue est agitée pour l'homogénéiser. Les points de fusion des métaux des terres rares se situent entre 800 et 1 500 degrés, Fe et Co sont respectivement de 1 536 degrés et 1 495 degrés, et le B pur atteint 2 077 degrés. Les points de fusion de certains métaux à point de fusion élevé utilisés comme additifs tels que Ti, Cr, Mo ou Nb sont compris entre 1 600 et 3 400 degrés. Compte tenu de la suppression de la volatilisation des éléments des terres rares, la température de fusion est généralement contrôlée entre 1 000 et 1 600 degrés. Les éléments à point de fusion élevé sont fondus par l'alliage de la masse fondue de métaux de terres rares, ou des alliages d'éléments à point de fusion élevé (généralement des alliages de fer) sont directement utilisés comme matières premières, telles que le B-Fe (point de fusion ~ 1 500 degrés), alliage Nb-Fe (point de fusion ~ 1 600 degrés), etc. Pour garantir un environnement pauvre en oxygène pour la fusion et la coulée, il est nécessaire d'évacuer les corps du four de fusion et de coulée et de dégonfler complètement les composants et les matières premières dans La fournaise. Le niveau de vide atteint généralement 10-2~10-3.
Le corps du four est chauffé. Le taux d'augmentation de la pression (dégagement de gaz interne et fuite d'air externe) doit également être contrôlé à un niveau bas. Par exemple, pour un four de fusion d'une capacité de 1 tonne, le taux d'augmentation de pression doit être inférieur à 5×10-4~1×10-3 L/s. La fusion sous vide peut dégonfler complètement le liquide fondu, éliminer les impuretés à faible point d'ébullition et les éléments gazeux nocifs et améliorer la pureté de l'alliage. Cependant, comme la pression de vapeur des métaux des terres rares est très faible (inférieure à 1 Pa), la perte par volatilisation est très considérable, c'est pourquoi elle est généralement utilisée pendant le processus de fusion. Le corps du four est rempli de gaz inerte pour augmenter la pression de l'air ambiant afin de supprimer la volatilisation des terres rares. Il est plus pratique d'utiliser du gaz argon de haute pureté, généralement rempli jusqu'à un niveau de 50kPa. Une fois que l’alliage fondu est homogénéisé, ventilé et que la scorification est entièrement terminée, la coulée peut commencer. Le moulage d'alliages est un processus très critique car la composition, l'état de cristallisation et la répartition spatiale des phases sont cruciaux pour les performances de l'aimant fritté. Le lingot d'alliage a connu des « boulets de canon » lourds, des « livres » de 20 mm d'épaisseur et des « crêpes » de 5 mm. Actuellement, il s'est développé en flocons à prise rapide d'une épaisseur de seulement 0,3 mm. Les initiés de l'industrie ont fait divers efforts pour éviter la ségrégation des composants. et la génération de phases d'impuretés et de répartir raisonnablement la répartition des phases riches en néodyme.
1. Fusion
Les matières premières de terres rares prennent généralement la forme de métaux purs et les alliages de terres rares sont souvent sélectionnés pour des raisons de coût, tels que le praséodyme et le néodyme métallique, le lanthane et le cérium métalliques, les mélanges de terres rares et les ferroalliages de dysprosium, etc. ; composants d'éléments à point de fusion élevé (tels que : B, Mo, Nb, etc.) Il est principalement ajouté sous forme de ferroalliage. Les aimants Nd-Fe-B ont les caractéristiques des phases multimétalliques. La phase riche en Nd est une condition nécessaire pour une coercitivité élevée, et la phase riche en B doit également coexister. Par conséquent, les terres rares et B dans la formule originale doivent généralement être supérieurs aux composants positifs de R2Fe14B, mais parfois pour ajuster la composition de la phase limite des grains (en particulier lorsque Cu, Al et Ga sont ajoutés), le B le contenu est légèrement inférieur à la composante positive. En raison de la réaction entre les métaux des terres rares et les matériaux du creuset et de la volatilisation lors de la fusion et du frittage, une certaine perte de métaux des terres rares doit être prise en compte lors de la formulation. Pour réduire la teneur en impuretés de l'alliage, la pureté des matières premières doit être strictement contrôlée et la couche d'oxyde et les attaches en surface doivent être entièrement éliminées. La source de chaleur de la fusion par induction à moyenne et basse fréquence est le courant de Foucault induit formé dans la matière première par le champ magnétique alternatif. L’effet cutané des courants de Foucault provoque la concentration du courant à la surface de la matière première. Si la taille du bloc de matière première est trop grande, les courants de Foucault ne peuvent pas pénétrer au centre du bloc et seul le noyau peut fondre par conduction thermique, ce qui est très irréaliste dans la production réelle. Par conséquent, la taille de la matière première doit être ajustée en fonction de la sélection de fréquence et contrôlée à 3 à 6 fois la profondeur de la peau. La figure ci-dessous montre la relation entre la fréquence du secteur – la profondeur de la peau – et la taille de la matière première. On constate que plus la fréquence est élevée, plus l’effet cutané est important et plus la taille de la matière première nécessaire est petite.
| Fréquence d'alimentation/Hz | 50 | 150 | 1000 | 2500 | 4000 | 8000 |
| Profondeur de peau/mm | 73 | 42 | 16 | 10 | 8 | 6 |
| Taille optimale des matières premières/mm | 220-440 | 125-250 | 50-100 | 30-60 | 25-50 | 15-35 |
Le choix de la fréquence de fusion est soumis à une autre fonction importante de la fusion par induction : l'agitation électromagnétique, qui utilise l'interaction de la force entre le métal en fusion et le champ magnétique alternatif pour favoriser la fusion des solides non fondus et l'homogénéisation du métal en fusion. La force électromagnétique L'amplitude est inversement proportionnelle à la racine carrée de la fréquence actuelle. Une fréquence trop élevée affaiblira l’effet d’agitation électromagnétique de l’alimentation alternative. La bande de fréquence utilisée dans la production réelle est d'environ 1 000 ~ 2 500 Hz et la taille des matières premières doit être contrôlée en dessous de 100 mm.
L'empilement des matières premières dans le creuset doit tenir compte de la répartition spatiale du champ magnétique induit et de la température lors du processus de fusion. Habituellement, la bobine d’induction est enroulée autour de l’extérieur du creuset. Le champ magnétique est le plus fort à l'intérieur du creuset et s'affaiblit progressivement vers le centre, mais les côtés, le fond et le haut du creuset. L'ouverture est le principal moyen d'évacuation de la chaleur, donc la température de la face inférieure du creuset est au milieu, la température de la couche supérieure et du milieu du fond est plus basse et la température de la partie médiane est la plus élevée. Par conséquent, lors du chargement, il est conseillé de placer de manière dense de petits morceaux de matériaux à bas point de fusion au fond du creuset ; les matériaux à point de fusion élevé et les gros morceaux de matériaux doivent être placés dans les parties centrales et inférieures ; de gros morceaux de matériaux à bas point de fusion doivent être placés dans la partie supérieure et être lâches pour éviter les pontages. De nos jours, la technologie de fusion-coulée continue est largement utilisée. Les matières premières sont continuellement ajoutées au creuset à haute température via une chambre de chargement. Pour contrôler la volatilisation des matériaux de terres rares, du fer pur est généralement ajouté en premier pour le faire fondre, puis des métaux ou alliages à point de fusion élevé sont ajoutés séquentiellement, et enfin, des terres rares sont ajoutées.
2. Casting
Les alliages binaires ou ternaires de terres rares génèrent inévitablement des phases -Co ou -Fe dans des conditions de refroidissement lent (proche de l'équilibre). Leurs propriétés magnétiques douces à température ambiante endommageront sérieusement les propriétés d’aimant permanent des aimants et doivent être rapidement refroidies pour inhiber leur formation.
Pour obtenir l'effet de refroidissement rapide requis, la technologie traditionnelle de coulée en lingotière s'est efforcée de réduire l'épaisseur du lingot d'alliage. Les avantages de la coulée en lingotière sont un faible coût d'équipement, un fonctionnement simple et la capacité de répondre aux exigences générales de production d'aimants. L'inconvénient est que la taille des grains est inégale et que les phases -Co ou -Fe précipitent souvent. Un traitement thermique à long terme des lingots d'alliage à des températures inférieures au point de fusion de l'alliage peut aider à éliminer la phase -Co ou -Fe, mais il provoquera l'accumulation de phases riches en Nd, ce qui ne favorise pas la répartition optimale des grains. phases limites dans des aimants frittés.
Pour réduire davantage l'épaisseur du lingot d'alliage, une structure de « grattoir à disque » similaire à l'étalement d'une crêpe a été développée, permettant à l'épaisseur de l'alliage d'atteindre environ 1 cm. Cependant, l’augmentation de la superficie des alliages a posé beaucoup de problèmes à la collecte de fours de fusion de grande capacité. . Une autre voie de développement technologique efficace va dans la direction opposée, en partant d'une vitesse de refroidissement extrêmement élevée pour préparer des alliages Nd-Fe-B à trempe rapide, et en essayant de réduire la vitesse de refroidissement pour préparer des alliages cristallins à refroidissement rapide, appelés bandes. la technologie de coulée ou de paillettes à prise rapide (strip casting ou SC) voit le jour. Il verse l'alliage fondu à travers un bac de dérivation sur une roue métallique refroidie à l'eau à rotation rapide pour obtenir une épaisseur de 0,2~0,6 mm, une composition de phase et une texture idéales. Flocons d'alliage. Dans la structure de l'alliage coulé en bandes, la distribution uniforme de la phase riche en Nd et la suppression du -Fe réduisent la teneur totale en terres rares, ce qui est bénéfique pour l'obtention d'aimants hautes performances et la réduction des coûts des aimants ; l'inconvénient est qu'en raison de la réduction de la fraction volumique de phase riche en Nd, par rapport aux aimants produits par coulée en lingotière, la fragilité des aimants augmente et le post-traitement devient plus difficile.
