Come vengono realizzati i magneti al neodimio?

I magneti al neodimio (NdFeB), un materiale a terre rare, sono i magneti permanenti più potenti attualmente disponibili. I magneti al neodimio sono costituiti principalmente da una lega di neodimio (Nd), ferro (Fe) e boro (B). Vengono inoltre aggiunte piccole quantità di altri elementi come praseodimio (Pr), disprosio (Dy), alluminio (Al) e niobio (Nb). L'aggiunta di questi elementi serve a migliorare la forza magnetica, la resistenza alle alte temperature e la resistenza alla smagnetizzazione e alla corrosione. I magneti al neodimio trovano impiego in svariati settori, dai telefoni cellulari e computer alle turbine eoliche.

In cosa consiste il processo dei magneti al neodimio?

Dosaggio→fusione e produzione di lingotti→polverizzazione→formatura→sinterizzazione e rinvenimento→rilevamento magnetico→rettifica→taglio→galvanica→prodotto finito

Gli ingredienti del processo costituiscono la base, mentre la sinterizzazione e la tempra sono fondamentali.

Gli strumenti per la produzione di magneti NdFeB includono principalmente il forno di fusione, il frantoio a mascelle, il mulino a sfere, il mulino a getto, la pressa per stampaggio, la macchina per imballaggio sottovuoto, la pressa isostatica, il forno di sinterizzazione, il forno sottovuoto per trattamento termico, il misuratore delle proprietà magnetiche e il misuratore di Gauss.

1. Riscaldare sotto vuoto le particelle di terre rare in un forno

Per produrre magneti di qualità specifica vengono selezionati elementi (principalmente neodimio, ferro e boro). E regolando la composizione chimica del magnete per determinare la polarizzazione magnetica, il punto di Curie, la densità del flusso magnetico e la coercività. Dopo la miscelazione, gli elementi vengono posti in un forno a vuoto, dove vengono riscaldati e legati tramite un processo di fusione a induzione sotto vuoto, che utilizza una corrente elettrica per fondere gli elementi mantenendoli privi di contaminanti.

2. Fusione, produzione di lingotti e macinazione

Dopo la fusione si forma un lingotto a forma di blocco o di barra. Questi lingotti di lega vengono poi macinati in particelle fini in preparazione alla pressatura. Solitamente il mulino a getto consente la produzione di particelle di una dimensione specifica. La composizione e la miscela della lega determinano la resistenza, il grado e altre caratteristiche del magnete. Per la produzione di magneti al neodimio, la dimensione delle particelle abrasive è solitamente di circa 3 micron.

3. Pressatura e magnetizzazione

Dopo il processo di macinazione, le particelle vengono pressate insieme. I metodi utilizzati sono la pressatura assiale, trasversale e isostatica, ognuno dei quali produce prodotti finali leggermente diversi. Ognuno di essi rappresenta una relazione specifica tra l'asse di pressatura e l'asse di allineamento magnetico.

Nella pressatura assiale, l'asse di pressatura e l'asse di allineamento sono gli stessi. La pressatura trasversale significa che l'asse di pressione è perpendicolare all'asse di allineamento. Infine, l'applicazione di una pressione uniforme da tutte le direzioni è detta pressatura isostatica.

Durante la pressatura, viene applicato un campo magnetico esterno per allineare e impostare i domini magnetici delle particelle in una direzione, chiamata direzione di magnetizzazione. La forza può essere aumentata massimizzando l'orientamento magnetico nella direzione dei poli magnetici.

Una volta completato il processo di pressatura, il materiale magnetizzato viene smagnetizzato.

4. Sinterizzazione

Dopo la pressatura, i magneti non sono ancora molto potenti e la sinterizzazione aiuta a fissare le particelle magnetiche in posizione mediante l'applicazione di calore. La miscela di leghe viene riscaldata a una temperatura sufficientemente elevata da aderire, ma al di sotto del punto di fusione del materiale. La sinterizzazione fonde insieme le particelle già pressate per formare una massa solida.

5. Dopo la sinterizzazione, raffreddare il magnete

Dopo la sinterizzazione, il magnete si spegne e il materiale riscaldato si raffredda rapidamente, conferendogli maggiore resistenza e durezza.

6. lavorazione a macchina

La sinterizzazione in genere riduce le dimensioni del magnete, spesso richiedendo lavorazioni meccaniche per definirne forma e tolleranze. Dopo il raffreddamento, i magneti vengono lavorati nella forma desiderata mediante molatura e taglio, lavorazione laser o elettroerosione, ecc., e vengono puliti e asciugati prima della galvanizzazione.

7. Galvanotecnica

Il neodimio è soggetto a corrosione, pertanto per evitare la corrosione è opportuno galvanizzare i magneti. La maggior parte dei magneti al neodimio sono rivestiti con uno strato di nichel, poi uno strato di rame e infine uno strato di nichel. Possono essere utilizzati anche altri rivestimenti e rivestimenti professionali, a seconda delle esigenze specifiche.

8. Magnetizzazione

Ora che ai magneti è stata assegnata la direzione dei poli, non sono ancora completamente magnetici. Per attivare il magnetismo vengono spesso utilizzati magnetizzatori industriali. Un blocco magnetico viene inserito al suo interno ed esposto a un forte campo magnetico, quindi il magnete viene inserito all'interno della bobina del solenoide ed esposto a un campo magnetico almeno 3 volte più forte della forza richiesta dal magnete e magnetizzato fino alla saturazione per ottenere la massima potenza magnetica.

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