Wie werden Neodym-Magnete hergestellt? Wir illustrieren Ihnen die Hauptphasen des Produktionsprozesses von Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten.
Von der Gewinnung der benötigten Rohstoffe bis hin zur Magnetisierung und dem Versand der NdFeB-Magnete, den stärksten Permanentmagneten, die heute auf dem Markt erhältlich sind.
Neodym-Magnete werden durch einen ausgeklügelten Prozess hergestellt, der aus hochmodernen metallurgischen Phasen und Methoden besteht.
Je nach gewünschtem magnetischen Grad ändert sich der Produktionsprozess geringfügig. Diese Variationen umfassen Unterschiede in der Zusammensetzung, morphologische Unterschiede (Kristallform) und Prozessunterschiede. Jeder Schritt ist äußerst wichtig und essentiell und Teil einer hoch raffinierten Operation.
Nachfolgend die Hauptproduktionsschritte.
Gewinnung der Seltenerdminerale
Der Prozess beginnt mit der Gewinnung der Seltenerden. Die meisten Seltenerdminen sind Tagebaue, daher wird das Erz mit speziellen Geräten abgebaut, um die nützlichen Mineralien zu trennen.
Verarbeitung und Raffination
Anschließend wird das Erz zerkleinert und gemahlen. Dann durchläuft es einen Flotationsprozess, bei dem es mit Wasser und speziellen Reagenzien gemischt wird, um die Seltenerdelemente von den Abfällen zu trennen. Je nach Quelle des Erzes kann das Konzentrat auch einer elektrolytischen Raffination unterzogen werden. Seltenerdmetalle können elektrochemisch, durch Destillation, Ionenaustausch oder andere Techniken raffiniert und extrahiert werden. Das Konzentrat (raffiniertes Erz) wird dann geschmolzen. Dies bedeutet, dass es auf sehr hohe Temperaturen (~ 1500 °C) erhitzt wird, damit die wertvollen Metalle von den unbrauchbaren Materialien im Erz getrennt werden können. Die Gewinnung von Seltenerdmetallen ist kein einfacher Prozess, da diese Elemente zusammen mit anderen wertvollen Metallen wie beträchtlichen Mengen an Kupfer und Nickel vorkommen.
Legierungsvorbereitung
An diesem Punkt werden der NdFeB-Legierung kleine Mengen anderer Metalle hinzugefügt, um die Mikrostruktur des Endprodukts zu verfeinern und zu modifizieren, wodurch die magnetischen Eigenschaften verbessert und die nachfolgenden Produktionsprozesse effektiver werden.
Schmelzen und Strip-Casting
Die NdFeB-Legierung ist nun bereit für den Schmelz- und Strip-Casting-Prozess. Die Rohstoffe werden in einem Vakuumofen geschmolzen, die Legierung wird gemischt und dann sehr schnell abgekühlt. Die hohe Abkühlgeschwindigkeit erzeugt sehr kleine Metallkörner, die helfen, die nachfolgenden Bearbeitungen zu vereinfachen und zu verbessern. Es entstehen kleine und dünne Stücke, die für den nächsten Schritt bereit sind.
Wasserstoff-Dekrepitation
Sobald die Körner erhalten sind, müssen sie zu Pulver zermahlen werden, um im Produktionsprozess der Magnete weiterverarbeitet zu werden. Dieser Vorgang wird als Wasserstoff-Dekrepitation bezeichnet, ein Prozess, bei dem Wasserstoff eingeführt wird, um die Kristalle des Materials absichtlich zu zersetzen, sodass es nun zerbrechlich genug ist, um leicht in kleinere Stücke zerbrochen zu werden.
Jet Milling
Der als Jet Milling bezeichnete Prozess verwendet einen hochgeschwindigkeitsigen, zyklonischen Inertgasstrom, um das NdFeB zu Pulver zu mahlen. Der Zyklon klassifiziert die Partikel automatisch nach ihrer Größe, während sie das System durchlaufen, um eine präzise Partikelgrößenverteilung aufrechtzuerhalten. Der zyklonische Luftstrom trennt die Partikel auf natürliche Weise und verhindert, dass das Material mit den Seiten des Druckbehälters in Kontakt kommt.
Pressen unter einem externen Magnetfeld
In dieser Phase wird das erhaltene Pulver in eine Form gefüllt und zwischen den Platten gepresst, während es einem starken Magnetfeld ausgesetzt ist, um einen Materialblock zu formen. Das Magnetfeld orientiert die Körner so, dass die magnetischen Domänen in der gewählten Richtung für alle nachfolgenden Bearbeitungsschritte ausgerichtet bleiben. Das Magnetfeld kann in zwei Richtungen orientiert werden: 1) parallel zum Block oder 2) senkrecht zum Block. Sinterneodymmagnete werden typischerweise senkrecht zum Block gepresst, um maximale Anisotropie (die stärkste Nord-Süd-Magnetisierung) zu erreichen.
Kaltisostatisches Pressen
Der Materialblock wird in spezielle Beutel gelegt und in eine kaltisostatische Presse getaucht, um verbleibende Lufteinschlüsse im Block zu entfernen, der aus dieser Presse etwas kleiner herauskommt als er hineingegangen ist.
Sinterung
Der gepresste Neodym-Eisen-Bor-Block wird aus dem Beutel entfernt und gesintert. Das Sintern ist ein Prozess, bei dem die Blöcke in einem Ofen auf eine sehr hohe Temperatur knapp unterhalb des Schmelzpunkts des Metalls erhitzt werden. Bei dieser Temperatur über 1000 °C haben die einzelnen Atome eine starke Bewegung, was es den Blöcken ermöglicht, ihre magnetischen und mechanischen Eigenschaften vollständig zu entwickeln.
Die magnetischen Domänen behalten die gleiche Ausrichtung bei, die sie vor dem Sintern hatten. Bei dieser Temperatur wird die volle Dichte erreicht und die Blöcke haben ihre endgültige Größe erreicht.
Glühen
Nach diesem Prozess verbleiben im Metall Spannungen, die durch die Bewegungen der Atome beim Sintern verursacht werden; an diesem Punkt werden die Blöcke erneut bei niedrigeren Temperaturen wärmebehandelt, um diese Spannungen zu reduzieren. Nach Erreichen der Haltezeit werden die nun stressfreien Blöcke langsam auf Raumtemperatur abgekühlt.
Schneiden und Schleifen
An diesem Punkt des Prozesses müssen die NdFeB-Magnete auf die vom Kunden gewünschten Abmessungen gebracht werden. Dies erfolgt durch mechanische Bearbeitung wie Schneiden, Schleifen und Drahterodieren. Alle diese Vorgänge werden nach einem strengen Kontrollplan durchgeführt, der darauf ausgelegt ist, Abfall und die Produktion von Abfällen zu minimieren. Das Abfallmaterial wird wiederverwendet und recycelt.
Oberflächenbehandlung
Der Magnet, der noch roh ist, bleibt dennoch sehr zerbrechlich, insbesondere da er sehr leicht oxidieren kann, und muss daher einer Beschichtungsbehandlung unterzogen werden. Die am häufigsten verwendete Behandlung ist die Anwendung einer NiCuNi-Beschichtung (Nickel - Kupfer - Nickel), die den Magneten in den meisten Einsatzumgebungen vor Korrosion schützt. Abhängig von der Endanwendung und den Einsatzbedingungen können die Magnete jedoch auch mit anderen Oberflächenbeschichtungen geliefert werden. Für weitere Details lesen Sie den Artikel in unserem Onlineshop https://www.italiamagneti.it/articoli-sul-magnetismo/164-rivestimento-dei-magneti-scegliere-il-migliore.
Qualitätskontrolle
Der Produktionsprozess ist fast abgeschlossen, und bevor zur Magnetisierung übergegangen wird, unterliegt der Magnet einer gründlichen Qualitätskontrolle, um seine Abmessungen, die Beschichtung und andere technische Eigenschaften zu überprüfen.
Magnetisierung
Der tatsächlich letzte Schritt im Produktionsprozess eines Magneten ist seine Magnetisierung. Das Material wird in eine elektrische Spule gelegt, die erregt wird, um für kurze Zeit ein sehr starkes Magnetfeld zu erzeugen. Nachdem die Spule abgeschaltet wurde, bleibt das Magnetfeld im Magneten bestehen. An diesem Punkt, nach weiteren Tests bezüglich der Anziehungskraft und der Art der Magnetisierung des Magneten, wird er verpackt und versendet.