焼結磁石 通常、純金属またはマスター合金を原料として使用し、交流磁場の電磁誘導加熱原理を使用して、原料に渦電流を発生させます。原料は真空または不活性ガス環境で誘導溶解により溶解され、原料が加熱されて溶解されます。溶融物は攪拌されて均質化されます。希土類金属の融点は800℃〜1500℃で、FeとCoはそれぞれ1536℃と1495℃、純粋なBは2077℃と高くなります。添加剤として使用されるTi、Cr、Mo、Nbなどの一部の高融点金属の融点は1600〜3400℃です。希土類元素の揮発の抑制を考慮すると、溶解温度は通常1000〜1600℃に制御されます。高融点元素は希土類金属融液の合金化効果によって溶解するか、または高融点元素の合金（通常は鉄合金）を原料として直接使用され、例えばB-Fe（融点〜1500℃）、Nb-Fe（融点〜1600℃）合金などです。溶解鋳造のための低酸素環境を確保するために、溶解鋳造炉体を真空にし、炉内のすべての部品と原材料を完全に排気する必要があります。真空レベルは通常10-2〜10-3に達し、炉体は加熱されています。以前の圧力上昇率（内部排気と外部漏れ）もより低いレベルに制御する必要があります。たとえば、容量1tの溶解炉の場合、圧力上昇率は5×10-4〜1×10-3 L / s未満である必要があります。真空製錬は、溶融液体を完全に脱ガスし、低沸点不純物や有害ガス元素を除去し、合金の純度を向上させることができます。しかし、希土類金属の蒸気圧が低い（1Pa未満）ため、揮発損失が非常に大きいため、通常は製錬プロセス中に修正されます。炉体は不活性ガスで満たされ、周囲圧力が上昇して希土類の揮発を抑制します。高純度アルゴンガスを使用する方が便利で、通常は50kPaのレベルまで充填されます。合金溶融物の均質化、排気ガスおよびスラグ化が完全に完了した後、鋳造を行うことができます。合金鋳造は非常に重要なプロセスです。相組成、結晶状態、および空間分布が焼結磁石の性能に重要であるためです。合金インゴットは、重い「砲弾」、厚さ20mmの「本」、および5mmの「パンケーキ」を経ています。 「現在、厚さわずか0.3mmの急速硬化シートにまで開発されました。業界では、成分の偏析や不純物相の生成を避け、ネオジムを多く含む相の分布を合理的にするために多くの努力を重ねてきました。
1. 製錬
希土類原料は通常、純金属の形をしています。コスト上の理由から希土類合金が選択されることが多く、例えばプラセオジムネオジム金属、ランタンセリウム金属、希土類とジスプロシウムの混合鉄合金などです。高融点元素成分（例えば、B、Mo、Nbなど）は、主にフェロアロイの形で添加されます。Nd-Fe-B磁石は、多金属相の特性を持っています。Ndに富む相は、高保磁力のための必要条件であり、Bに富む相も共存する必要があります。したがって、通常は、元の配合の希土類とBがR2Fe14Bの正成分よりも高いことが求められますが、粒界相の組成を調整するために（特にCu、Al、Gaを添加する場合）、B含有量が通常の成分よりもわずかに低くなることがあります。希土類金属とるつぼ材料の反応、および製錬と焼結による揮発により、配合時に希土類金属の一定量の損失を考慮する必要があります。合金中の不純物含有量を減らすには、原料の純度を厳密に管理し、表面の酸化物層と付着物を完全に除去する必要があります。中低周波誘導製錬の熱源は、原料内の交流磁場によって形成される誘導渦電流です。渦電流の表皮効果により、電流が原料の表面に集中します。原料ブロックのサイズが大きすぎると、渦電流が材料ブロックの中心まで浸透できません。熱伝導によってコアを溶かす能力は、実際の生産では非常に非現実的であるため、周波数の選択に応じて原料のサイズを調整し、表皮深さの3〜6倍に制御する必要があります。下の図は、電源周波数-表皮深さ-原料サイズの関係を示しています。周波数が高くなるほど表皮効果が大きくなり、原材料のサイズが小さくなることがわかります。
溶解周波数の選択は、誘導溶解のもう一つの重要な機能である電磁攪拌に左右されます。電磁攪拌は、溶融金属と交流磁場の力の相互作用を利用して、未溶融固体の溶解と溶融金属の均質化を促進します。大きさは電流周波数の平方根に反比例します。周波数が高すぎると、交流電源の電磁攪拌効果が弱まります。実際の生産で使用される周波数帯は1000〜2500Hz程度で、原料のサイズは100mm以下に制御する必要があります。
るつぼ内の原料の積み重ねは、製錬プロセス中の誘導磁場と温度の空間分布を考慮する必要があります。通常、誘導コイルはるつぼの外側に巻かれています。るつぼの内側は磁場が最も強く、中心に向かって徐々に弱くなりますが、るつぼの側面、底面、上面の開口部は熱が逃げる主な経路であるため、るつぼの底面の温度は中央にあり、上面と底面の中央の温度は低く、中央の温度は最も高くなります。したがって、投入時には、低融点材料の小片を鍋の底に密に配置し、高融点材料とバルク材料を中央と下部に配置し、低融点材料の大片を上部に配置して緩め、ブリッジングを防止することをお勧めします。現在、連続製錬鋳造技術が広く採用されており、原料は供給室を介して高温のるつぼに徐々に追加されます。希土類材料の揮発を制御するために、通常は最初に純鉄を加えて溶かし、次に高融点金属または合金を順番に加え、最後に希土類を加えます。
2. キャスティング
希土類二元合金または三元合金は、ゆっくりとした（平衡に近い）冷却条件下では、必然的にα-Co 相またはα-Fe 相を形成します。これらの合金の室温での軟磁性特性は、磁石の永久磁気特性に重大な損傷を与えるため、その形成を抑制するために急速に冷却する必要があります。
必要な急冷効果を達成するために、従来の鋳塊鋳造技術は、合金インゴットの厚さを減らす方向に力を入れてきました。鋳塊鋳造の利点は、設備コストが低く、操作が簡単なため、磁石の一般的な生産要件を満たすことができます。欠点は、結晶粒径が不均一で、α-Co相またはα-Fe相が析出することが多いことです。合金インゴットを合金の融点よりも低い温度で長時間熱処理すると、α-Co相またはα-Fe相が除去されますが、Ndリッチ相が蓄積され、焼結磁石の粒界相の最適な分布につながりません。
合金インゴットの厚さをさらに減らすために、パンケーキのような「ディスクスクレーパー」構造が開発され、合金の厚さが約1cmに達しました。 しかし、合金面積の増加は、大容量の製錬炉の材料収集に多くの問題をもたらしました。 。 もう一つの有効な技術開発の道は、その逆です。急冷Nd-Fe-B合金を調製するための非常に高い冷却速度から始めて、冷却速度を下げて、ストリップと呼ばれる急冷結晶合金を調製しようとします。 鋳造またはストリップキャスティング（ストリップキャスティングまたはSC）の技術が生まれました。 これは、ガイドトラフを介して溶融合金を高速回転する水冷金属ホイールに注ぎ、0.2〜0.6mmの理想的な厚さ、相組成、テクスチャの合金フレークを得ることです。ストリップ鋳造の合金構造では、Ndリッチ相の均一な分布とα-Feの抑制により、希土類元素の総含有量が減り、高性能磁石が得られ、磁石のコストが削減されます。欠点は、Ndリッチ相の体積分率が減少することです。インゴットモールド鋳造で製造された磁石と比較して、磁石の脆さが増加し、後処理の難易度が高くなります。