Nous avons étudié la fusion et le moulage d'alliages magnétiques NdFeB. Après la coulée, l'alliage doit être transformé en poudre par un procédé de poudrage avant de pouvoir passer au processus de traitement ultérieur. L'obtention d'une forme de poudre, d'une granulométrie moyenne et d'une distribution granulométrique appropriées constitue l'objectif principal de la préparation de la poudre. Les différences caractéristiques de la poudre mentionnées ci-dessus se manifestent macroscopiquement par des variations de sa masse volumique libre, de sa masse volumique tassée, de son angle de repos, de sa fluidité, de son taux de compression, de ses coefficients de frottement interne et externe, etc., directement liées au remplissage de la poudre lors du formage. L'orientation du champ magnétique, le pressage et le démoulage de l'ébauche, ainsi que la microstructure de l'aimant générée par le frittage et le traitement thermique, influencent sensiblement ses propriétés magnétiques permanentes, ses propriétés mécaniques, ses propriétés thermoélectriques et sa stabilité chimique.
La microstructure idéale d'un aimant fritté est telle que les grains cristallins de la phase principale, fins et uniformes, sont entourés d'éléments additionnels lisses et fins, et que leur direction de facile aimantation est disposée le long de la direction d'orientation de manière aussi uniforme que possible. Les vides, les gros grains cristallins et les phases magnétiques douces de grande taille réduisent considérablement la coercivité intrinsèque de l'aimant, tandis que les grains cristallins dont la direction de facile aimantation s'écarte de la direction d'orientation réduisent simultanément la rémanence de l'aimant et la perpendicularité de la courbe de démagnétisation. C'est pourquoi il est nécessaire de fabriquer des lingots d'alliage ou des feuilles à refroidissement rapide en particules monocristallines de granulométrie moyenne de 3 à 5 μm, maximale inférieure à 20 μm, et de forme proche de la sphère. Parallèlement, la proportion de grains trop fins doit être contrôlée afin d'éviter une oxydation sévère de la poudre. Si nécessaire, un traitement de surface de la poudre peut être utilisé pour renforcer son pouvoir antioxydant, son remplissage et sa compressibilité.
1. Méthode de concassage mécanique conventionnelle
Les composés intermétalliques des groupes de transition des terres rares présentent une dureté et une fragilité élevées. Les lingots d'alliage peuvent être facilement fragmentés à l'aide d'un concasseur à mâchoires ou d'un appareil similaire, puis pulvérisés mécaniquement étape par étape jusqu'à une granulométrie moyenne de 3 à 5 μm. Cependant, l'usure de l'équipement entraîne inévitablement des impuretés qui affectent la qualité de la poudre. En raison de la forte tendance à l'oxydation des métaux des terres rares et de leurs composés intermétalliques, le concassage grossier (~10 mm) et moyen (~100 μm) est généralement effectué sous atmosphère protectrice, telle que l'azote ou l'argon. Le broyage fin (granulométrie moyenne de 3 à 5 μm) est effectué dans un broyeur à boulets à protection liquide ou un broyeur à jet d'azote ou de gaz inerte.
La méthode de frittage du néodyme fer bore à deux ou plusieurs alliages est également largement utilisée. Généralement, l'alliage contenant le composant normal Nd2Fe14B et l'alliage à refroidissement rapide riche en Nd sont mélangés et broyés, puis la poudre riche en Nd en faible quantité est répartie uniformément pour former la masse principale de l'alliage.
2. Décrépitation de l'hydrogène (HD)
La recherche sur le comportement d'absorption d'hydrogène des métaux, alliages et composés intermétalliques des terres rares, ainsi que sur les propriétés physiques et chimiques des hydrures, a toujours été un sujet majeur dans l'application des terres rares. Les batteries à hydrogène en sont l'exemple le plus frappant. Les lingots d'alliage de matériaux d'aimants permanents à base de terres rares ont également une forte tendance à absorber l'hydrogène. Les atomes d'hydrogène pénètrent dans les sites interstitiels de la phase principale du composé intermétallique et de la phase intergranulaire riche en terres rares pour former des composés interstitiels, augmentant ainsi la distance entre les atomes et augmentant le volume du réseau cristallin. La contrainte interne qui en résulte provoque une fissuration des joints de grains (fracture intergranulaire), une fracture des grains (fracture transgranulaire) ou une fracture ductile dans l'alliage fragile. Cette fissuration, ou le crépitement qui l'accompagne, est appelée « fragmentation de l'hydrogène » ou « explosion d'hydrogène ».
3. Méthode de broyage par jet d'ammoniac
En laboratoire ou en production à grande échelle, le broyeur à jets d'air à lit fluidisé, alimenté par de l'azote haute pression (0,6 MPa) et haute pureté (99,995 µT), est généralement utilisé. La granulométrie moyenne (D50) mesurée par le granulomètre laser est d'environ 5 µm. La pression du gaz étant proportionnelle à l'énergie cinétique moyenne des molécules, à pression égale, les gaz de faible masse moléculaire ont une vitesse de vol plus élevée. L'augmentation du débit de gaz favorise la fréquence naturelle de collision des particules de poudre. Les molécules d'hydrogène et d'hélium sont les meilleures options, mais en raison de la nature explosive de l'hydrogène, l'hélium est le meilleur choix. Le débit de l'hélium est 2,9 fois supérieur à celui de l'azote, ce qui permet d'éliminer rapidement la poudre grossière de Nd-Fe-B et de la broyer jusqu'à un D50 de 2 µm ou moins.
