焼結ネオジム磁石は、原料を真空または不活性雰囲気下で誘導溶解炉で溶解し、ストリップ鋳造機で処理して冷却し、Nd-Fe-B 合金ストリップを形成することによって製造されます。合金ストリップは粉砕され、直径数ミクロンの微粉末を形成します。その後、微粉末は配向磁場で圧縮され、緻密な物体に焼結されます。その後、物体は特定の形状に機械加工され、表面処理され、磁化されます。
計量
適格な原材料の計量は、磁石組成の精度に直接関係しています。原材料の純度と化学組成の安定性は、製品品質の基礎です。焼結ネオジム磁石は通常、コスト上の理由から、プラセオジム-ネオジム Pr-Nd ミッシュメタル、ランタン-セリウム La-Ce ミッシュメタル、ジスプロシウム鉄 Dy-Fe 合金などの希土類合金を材料として選択します。高融点元素のホウ素、モリブデン、またはニオブは、フェロアロイの方法で追加されます。原材料表面の錆層、介在物、酸化物、および汚れは、マイクロブラスト機で除去する必要があります。さらに、原材料は、後続の溶解プロセスの効率を満たすために適切なサイズである必要があります。ネオジムは蒸気圧が低く、化学的に活性な特性を持っているため、希土類金属は溶解プロセス中にある程度の揮発損失と酸化損失が発生します。そのため、焼結ネオジム磁石の計量プロセスでは、磁石組成の精度を確保するために、追加の希土類金属の追加を考慮する必要があります。
溶解とストリップ鋳造
溶解とストリップキャスティングは、組成、結晶状態、相の分布に非常に重要であり、後続のプロセスと磁気性能に影響を与えます。原材料は、真空または不活性雰囲気下で中低周波誘導溶解により溶融状態に加熱されます。合金溶融物の均質化、排気、スラグ化が実現されると、鋳造を処理できます。優れた鋳造インゴットの微細構造は、十分に成長した微細な柱状結晶を持ち、Nd に富む相が粒界に沿って分布している必要があります。さらに、鋳造インゴットの微細構造には -Fe 相が含まれてはなりません。Re-Fe 状態図は、希土類三元合金が徐冷中に -Fe 相を生成することが避けられないことを示しています。-Fe 相の常温での軟磁気特性は、磁石の磁気性能に重大な損傷を与えるため、急速冷却によって抑制する必要があります。-Fe 相の生成を抑制するために必要な急速冷却効果を満たすために、昭和電工株式会社はストリップキャスティング技術を開発し、すぐに業界で一般的な技術になりました。 Nd リッチ相の均一な分布と -Fe 相の抑制効果により、希土類元素の総含有量を効果的に削減でき、高性能磁石の製造とコスト削減に有利です。
水素デクレピテーション
希土類金属、合金、または金属間化合物の水素化挙動および水素化物の物理化学的性質は、希土類の応用において常に重要な問題となっている。Nd-Fe-B 合金インゴットも非常に強い水素化傾向を示す。水素原子は、金属間化合物の主相と Nd に富む粒界相の間の格子間サイトに入り、格子間化合物を形成する。次に、原子間距離が増加し、格子体積が拡大する。結果として生じる内部応力により、粒界割れ (粒界破壊)、結晶破壊 (結晶間破壊)、または延性破壊が発生する。これらのデクレピテーションはクラックリングを伴うため、水素デクレピテーションとして知られている。焼結ネオジム磁石の水素デクレピテーションプロセスは、HD プロセスとも呼ばれる。水素デクレピテーションプロセスで生成された粒界割れと結晶破壊により、Nd-Fe-B 粗粉末は非常に脆くなり、その後のジェットミリングプロセスに非常に有利になった。 ジェット粉砕プロセスの効率を高めることに加えて、水素粉砕プロセスは微粉末の平均粉末サイズを調整するのにも適しています。
ジェットミリング
ジェットミリングは、粉末プロセスにおいて最も実用的かつ効率的なソリューションであることが証明されています。ジェットミリングは、不活性ガスの高速ジェットを利用して粗い粉末を超音速まで加速し、粉末同士を衝突させます。粉末プロセスの基本的な目的は、適切な平均粒子サイズと粒子サイズ分布を求めることです。上記の特徴の違いは、マクロスケールで異なる特性を示し、粉末の充填、配向、圧縮、脱型、および焼結プロセスで生成される微細構造に直接影響を及ぼし、その結果、焼結ネオジム磁石の磁気性能、機械的特性、熱電気、および化学的安定性に敏感に影響します。理想的な微細構造は、滑らかで薄い追加相に囲まれた細かく均一な主相粒子です。また、主相粒子の容易磁化方向は、可能な限り一貫して配向方向に沿って配置する必要があります。ボイド、大きな粒子、または軟磁性相は、固有の保磁力の大幅な低下につながります。粒子の容易磁化方向が配向方向から外れると同時に、減磁曲線の残留磁化と直角度も低下します。 これにより、合金は直径 3 ～ 5 ミクロンの単結晶粒子に粉砕されることになります。
圧縮
磁場配向成形とは、磁性粉末と外部磁場との相互作用を利用して粉末を容易磁化方向に沿って整列させ、最終磁化方向と一致させることを指します。磁場配向成形は、異方性磁石を製造するための最も一般的な方法です。Nd-Fe-B 合金は、以前のジェットミリングプロセスで単結晶粒子に粉砕されていました。単結晶粒子は一軸異方性であり、それぞれが 1 つの容易磁化方向のみを持っています。磁性粉末は、金型に緩く充填された後、外部磁場の作用によりマルチドメインからシングルドメインに変換され、その後、回転または移動によって容易磁化方向 c 軸が外部磁場方向と一致するように調整されます。合金粉末の c 軸は、基本的に圧縮プロセス中にその配列状態を保持します。圧縮された部品は、脱型前に脱磁処理を施す必要があります。圧縮プロセスの最も重要な指標は配向度です。 焼結ネオジム磁石の配向度は、配向磁場強度、粒子サイズ、見かけ密度、成形方法、成形圧力など、さまざまな要因によって決まります。
焼結
高真空または純粋な不活性雰囲気下で焼結処理を施すと、圧縮部品の密度は理論密度の 95% 以上になります。そのため、焼結ネオジム磁石内の空隙が閉じられ、磁束密度の均一性と化学的安定性が確保されます。焼結ネオジム磁石の永久磁気特性は自身の微細構造と密接に関連しているため、焼結処理後の熱処理も磁気性能、特に固有保磁力の調整に重要です。Nd に富む粒界相は液相として機能し、焼結反応を促進し、主相粒子の表面欠陥を修復することができます。ネオジム磁石の焼結温度は、通常 1050 ～ 1180 ℃ です。温度が高すぎると粒成長が起こり、固有保磁力が低下します。 理想的な固有保磁力、減磁曲線の直角度、高温不可逆損失を得るために、焼結ネオジム磁石は通常、900 度と 500 度の 2 段階の焼戻し熱処理を施す必要があります。
機械加工
焼結ネオジム磁石は、適度な大きさの定形であることに加え、磁場配向成形工程における技術的制限により、要求される形状および寸法精度を一度に直接実現することが困難であり、そのため、焼結ネオジム磁石に対して機械加工が避けられない工程となっている。焼結ネオジム磁石は、代表的なサーメット材料として、かなり硬くて脆いため、従来の機械加工技術としては、切断、穴あけ、研削のみが機械加工工程に適用可能である。ブレード切断では、通常、ダイヤモンドコーティングまたはCBNコーティングブレードを使用する。ワイヤー切断およびレーザー切断は、特殊形状磁石の機械加工に適しているが、一方で生産効率が低く、加工コストが高いとされている。焼結ネオジム磁石の穴あけ工程では、主にダイヤモンドおよびレーザーが採用されている。リング磁石の内穴が4mmより大きい場合は、トレパニング工程を選択する必要があります。 トレパニング工程の副産物として、トレパニングされたコアは他の適切な小型磁石の製造に使用でき、材料利用率を大幅に向上させることができます。コピー研削用の研削ホイールは、研削面に基づいて製造されます。
表面処理
表面保護処理は、ネオジム磁石、特に焼結ネオジム磁石にとって必要な手順です。焼結ネオジム磁石は多相微細構造を持ち、Ndで構成されています。2鉄14B主相、Ndリッチ相、およびBリッチ相。Ndリッチ相は非常に強い酸化傾向を示し、湿気の多い環境では主相とともに一次電池を構成します。少量の置換元素は磁石の化学的安定性を高めることができますが、磁気性能を犠牲にします。したがって、焼結ネオジム磁石の保護は主にその表面を対象としています。焼結ネオジム磁石の表面処理は、ウェットプロセスとドライプロセスに分類できます。ウェットプロセスとは、純水または溶液中で磁石の表面保護処理を指します。ウェットプロセスには、リン酸塩、電気メッキ、無電解メッキ、電気泳動、スプレーコーティング、およびディップコーティングが含まれます。ドライプロセスとは、溶液と接触せずに物理的または化学的プロセスによって磁石の表面保護処理を指します。ドライプロセスには、一般に物理蒸着（PVD）と化学蒸着（CVD）が含まれます。
磁化
永久磁石の大部分は、意図された用途に使用される前に磁化されます。磁化プロセスとは、永久磁石の配向方向に沿って磁場を適用し、外部磁場強度の増加によって技術的飽和を達成することです。各タイプの永久磁石材料は、磁化方向の技術的飽和を満たすために異なる磁場強度を必要とします。外部磁場強度が技術的飽和磁場よりも低くない限り、残留磁気と固有保磁力は、その本来の値よりも低くなります。永久磁石は、容易な磁化方向があるかどうかによって、等方性タイプと異方性タイプに分けられます。高い固有保磁力を持つ異方性磁石である焼結ネオジム磁石は、インパルス磁化によって磁化する必要があります。整流後にコンデンサが充電され、コンデンサ内の電気エネルギーが磁化固定具に瞬間的に放電されます。磁化固定具は、それを通過する瞬間的な強い電流の間にパルス磁場を生成できます。したがって、コイル内の永久磁石が磁化されます。 焼結ネオジム磁石では、その配向方向と矛盾しない限り、さまざまな磁化パターンを実現できます。
