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Herstellung von Neodym Magneten

Neodym Magnete bestehen aus einer Legierung aus Neodym Eisen und Bor und gegebenenfalls Praseodym und Dyprosium. Typischerweise haben Neodym Magnete folgende Zusammensetzung:

Element

Gewichtsanteil

Neodym (ND)

29%-32%

Eisen (Fe)

64,2%-68,5%

Bor (B)

1-1,2%

Aluminium (Al)

0,2%-0,4%

Niob (NB)

0,5%-1%

Dysposium (Dy)

0,8%-1,2%

 

Verfahren zur Herstellung von Neodym-Eisen-Bor-Magneten

 

1.Trennung im Elektrolyseofen

  1. Zunächst werden raffinierte Seltenen-Erden-Oxide in einem Elektrolyseofen getrennt.
  2. Die "Seltenen Erden"-Elemente sind Lanthanoide (auch Lanthanide genannt). Der Begriff "Seltene Erden"  ist in soforn irreführend, dass diese Elemente geologisch gesehen nicht knapp sind. Zum Beispiel sind die Neodymvorkommen viel umfangreicher als die entsprechenden Silbervorkommen.
     

2. Herstellung der Neodym-LegierungInfografik: Herstellung von Neodym Magneten

  1. Neodym, Eisen und Bor werden gewogen und in einen Vakuuminduktionsofen eingebracht, um eine Legierung herzustellen.Je nach Magnettyp werden weiter Elemente hinzugefügt, wie z. B. Kobalt, Kupfer, Gadolinium und Dysprosium. Solche Zugaben können bestimmte Eigenschaften (Beispielsweise Korrosionsbeständigkeit) erhöhen. Durch Hochfrequenzerhitzung wird diese Mischung geschmolzen. Die Zusammensetzung dieser Mischung bestimmt Qualität und Eigenschaften des Neodym Magnets. Jeder Hersteller hat seine eigene Rezeptur für jeden Magnettypen.  
     

3. Herstellung der Neodym Rohbarren

  1. Die resultierende geschmolzene Legierung wird dann gekühlt, um Rohbarren der Legierung zu erzeugen.
     

4. Versprödung des Neodymbarrens

  1. Danach werden dann durch das Verfahren „Hydrogen Decrepitation“ (Wasserstoff Versprödung) in einer Stickstoff- oder Argon-Atmosphäre auf eine mikrometergroßen Pulver (3 Mikrometer oder weniger) gemahlen. 
     

5. Pressung des "grünen Neodym Magneten"

  1. Für das Pressen des Pulvers gibt es verschiedene Methoden
    1. Axial- und Querpressen: Das Presswerkzeug ist etwas größer als die endgültige Form des Neodym Magneten, da das anschließende Sintern das Werkstück schrumpfen lässt. Das Neodym-Pulver wird in der Form durch ein angelegtes Magnetfeld verdichtet. Axiale Pressung bedeutet dass das Magnetfeld parallel zur Verdichtung angelegt wird(seltener), Querpressung bedeutet die parallele Anordnung des Magnetfelds.
    2. Eine dritte Methode ist das isostatische Pressen. Das NdFeB-Pulver wird in eine Gummiform gegeben und in einen großen Flüssigkeitsbehälter gefüllt, der dann unter Druck gesetzt wird. Auch hier kommt ein externes Magnetisierungsfeld zum Einsatz, aber das Pulver wird von allen Seiten verdichtet. Isostatisches Pressen liefert die besten magnetischen Ergebnisse. Bevor der NdFeB Magnet aus der Pressung entlassen wird erhält er einen Demagnetisierungsimpuls.
    3. Der so entstandene verdichtete Magnet wird als "grüner" Magnet oder Grünling bezeichnet. Dieser ist sehr spröde und hat eine noch sehr geringe magnetische Leistung.
       

6. Sintern

  1. Der "grüne" Neodym-Magnet wird dann gesintert. Bei diesem Herstellungs Verfahren erhält er die finalen magnetischen Eigenschaften. Der Sinterprozess wird sorgfältig überwacht (eine spezifisches Temperatur-und Zeitprofil ist notwendig) und wird in einer sauerstofffreien Atmosphäre (z. B. Argon) durchgeführt. Sauerstoff würde zur Oxidation des Neodyms führen und damit den Magnetismus des Magneten zerstören.  Am Ende des Sinterprozesses wird der Magnet bei niedriger Temperatur abgeschreckt. Dies verhindert die Bildung von sogenannten "Phasen" (vereinfacht: uneinheitliche Legierung), die bei Temperaturen unterhalb der Sintertemperatur auftreten. Der Sintervorgang führt durch Schrumpfung des Magneten und zu einer Form, die der endgültigen Gestalt des Magneten sehr nahe ist. Jedoch verursacht das Sintern ungleichmäßige Oberflächen und somit nicht zu den spezifizierten Maßen.
 

7. Mechanische Oberflächenbehandlung

  1. Im weiteren Prozess erfolgt die Oberflächenbehandlung. Die Magnete sind nach dem Sintern etwas größer als die gewünschte finale Form und werden so durch Schleifen in die gewünschte Spezifikation gebracht. Die übliche Toleranz ist + /-0.1mm, gegen Aufpreis ist auch eine Toleranz von + / -0,05 mm realisierbar. Geringere Toleranzen sind abhängig von der Form und Größe des Magneten und möglicherweise nicht zu erzielen.  Neodym-Magnete sind sehr sehr hart. Der Versuch NdFeB mit einem Standard-Bohrer zu bearbeiten, zerstört den Bohrer. Es müssen Diamant-Schneidwerkzeuge (CNC Diamant-Schleifscheiben, Diamant-Bohrer, usw.) und Drahtschneidemaschinen (EDM) verwendet werden. Die während der Bearbeitung erzeugten Späne NdFeB-Pulver müssen durch Flüssigkeit gekühlt werden, da diese sich sonst selbst entzünden können. 
     

8.Oberflächen Beschichtung

  1. Nachdem die endgültigen Abmessungen für den Magneten durch maschinelle Bearbeitung erzielt wurden, wird der Neodym-Magnet mit einer Schutzschicht Überzogen. Dies ist normalerweise eine Ni-Cu-Ni-Beschichtung. Der Magnet muss gereinigt werden, um Verunreinigungen der Bearbeitung zu entfernen und anschließend gründlich getrocknet. Die Beschichtung ist sehr dünn (15-35 Mikron für Ni-Cu-Ni). Die aktuelle gängigen Magnetbeschichtungen sind: - Nickel-Kupfer-Nickel-(Ni-Cu-Ni) [Standard], Epoxy-, Zink (Zn), Gold (Au), Silber (Ag), Zinn (Sn), Titan (Ti), Titan-Nitrid (TiN), Parylene C, Everlube, Chrome, PTFE ("Teflon", weiß, schwarz, grau, silbrig), Ni-Cu-Ni-und Epoxy-, Ni-Cu-Ni-und Gummi-, Zn-und Gummi-, Ni-Cu-Ni sowie Parylene C, Ni-Cu-Ni-und PTFE, Zinn (Sn) und Parylene C, Zink-Chromat, Phosphat-Passivierung und unbeschichted. Es wird nicht empfohlen, Magneten ohne Schutzschicht zu verwenden.
 

9. Magnetisierung

  1. Nach der Beschichtung wird der Neodym Magnet magnetisiert. Dies erfolgt durch eine Magnetspule mit einer Magnetkraft, die mindesten 3 mal höher als die gewünschte Magnetisierung des Magneten ist. Die Magneten müssen in der Spule fixiert werden, da sie sonst vom Magnetisierungimpuls in Bewegung versetzt werden. Die Magnetisierung der Neodym Magnete ist stabil und wird sich nicht abschwächen, es sei denn durch erhöhte Temperatur, äußere Magnetfelder, Strahlung oder Korrosion.Während des gesamten Produktionsprozesses wird die Qualität der Neodym Magnete überwacht. Nach der Magnetisierung erfolgt eine abschließende Qualitätskontrolle (Magnetisierung, Form und visuelle Kontrolle) und die Magnete werden dann verpackt und versandfertig gemacht.

 

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