Come vengono prodotti i magneti al neodimio? Vi illustriamo le principali fasi del processo di produzione dei magneti permanenti in Neodimio-Ferro-Boro.
Dall’estrazione delle materie prime necessarie, alla magnetizzazione e spedizione dei magneti in NdFeB, i più potenti magneti permanenti oggi disponibili sul mercato.
I magneti al neodimio sono realizzati mediante un sofisticato processo composto da fasi e metodi metallurgici ad alta tecnologia
A seconda del grado magnetico che si vuole ottenere il processo di produzione cambia leggermente. Queste variazioni includono differenze di composizione, differenze morfologiche (forma del cristallo) e differenze di processo. Ogni passaggio, è estremamente importante ed essenziale, ed è parte di un’operazione altamente raffinata.
Di seguito i principali passaggi di produzione.
Estrazione dei minerali delle terre rare
Il processo ha inizio con l’estrazione delle terre rare. La maggior parte delle miniere di terre rare sono a cielo aperto, quindi il minerale viene prelevato con attrezzature specifiche allo scopo di separare i minerali utili allo scopo.
Lavorazione e raffinazione
Successivamente il minerale viene frantumato e macinato. Quindi passa attraverso un processo di flottazione in cui viene miscelato con acqua e reagenti speciali per separare gli elementi delle terre rare dagli scarti. A seconda della fonte del minerale, il concentrato può anche subire una raffinazione elettrolitica. I metalli delle terre rare possono essere raffinati ed estratti elettrochimicamente, mediante distillazione, scambio ionico o altre tecniche. Il concentrato (minerale raffinato) viene quindi fuso. Ciò significa che viene riscaldato fino a temperature molto elevate (~ 1500 ° C) in modo che i metalli preziosi possano essere separati dai materiali inutilizzabili nel minerale. L'estrazione delle terre rare non è un processo semplice, dato che questi elementi si trovano insieme ad altri metalli preziosi, come ad esempio significative quantità di rame e nichel.
Preparazione della lega
A questo punto, vengono apportate piccole aggiunte di altri metalli alla lega NdFeB per affinare e modificare la microstruttura del prodotto finale, cosi da migliorarne le proprietà magnetiche e rendere i successivi processi di produzione più efficaci.
Fusione e strip casting
La lega di NdFeB è ora pronta per il processo di fusione e strip casting. Le materie prime sono fuse in un forno sottovuoto, e la lega viene mescolata e poi raffreddata molto rapidamente. L'elevata velocità di raffreddamento produce granelli di metallo molto piccoli che aiutano a semplificare e migliorare l'effetto delle lavorazioni a valle. Si ottengono dei pezzi piccoli e sottili pronti per la fase successiva.
Decrepitazione dell'idrogeno
Una volta ottenuti i granelli, essi devono essere ridotti in polvere cosi da poter procedere nel processo di produzione dei magneti. Questa operazione è la decrepitazione con l’impiego di idrogeno, un processo in cui viene appunto introdotto l'idrogeno per disintegrare intenzionalmente i cristalli del materiale, che è ora abbastanza fragile da poter essere facilmente spezzato in pezzi più piccoli.
Jet Milling
Il processo denominato Jet Milling utilizza un flusso ad alta velocità di gas inerte ciclonico per macinare il NdFeB in polvere. Il ciclone classifica automaticamente le particelle in base alla dimensione mentre attraversano il sistema, in modo da mantenere una precisa distribuzione granulometrica.Il flusso d'aria ciclonico separa naturalmente le particelle e impedisce al materiale di entrare in contatto con i lati del recipiente a pressione.
Pressatura in presenza di un campo magnetico esterno
In questa fase la polvere ottenuta entra in uno stampo dove viene pressata tra le piastre mentre è sotto un forte campo magnetico, cosi da formare un blocco di materiale. Il campo magnetico orienta i grani in modo che i domini magnetici rimangano allineati nella direzione prescelta per tutte le fasi di lavorazione successive.
Il campo magnetico può essere orientato in due modi: 1) parallelamente al blocco o 2) perpendicolarmente al blocco. I magneti al neodimio sinterizzato vengono tipicamente pressati perpendicolarmente al blocco per ottenere la massima anisotropia (la più forte magnetizzazione nord-sud)
Pressatura isostatica a freddo
Il blocco di materiale viene posto all’interno di appositi sacchetti e immerso in una pressa isostatica a freddo così da rimuovere eventuali vuoti d'aria rimanenti nel blocco, il quale esce da questa pressa leggermente più piccolo di quando è entrato.
Sinterizzazione
Il blocco di Neodimio-Ferro-Boro pressato viene rimosso dalla sacca e sinterizzato. La sinterizzazione è un processo in cui i blocchi vengono posti in un forno a una temperatura molto elevata appena al di sotto del punto di fusione del metallo. A questa temperatura superiore a 1000 °C, i singoli atomi hanno un forte movimento, il che consente ai blocchi di sviluppare completamente le loro proprietà magnetiche e meccaniche.
I domini magnetici mantengono lo stesso orientamento che avevano prima della sinterizzazione. A questa temperatura, si raggiunge la piena densità e i blocchi si sono ridotti alla dimensione finale.
Ricottura
Dopo questo processo rimangono nel metallo delle sollecitazioni represse dovute ai movimenti degli atomi nella sinterizzazione; a questo punto i blocchi sono trattati termicamente nuovamente temperature inferiori cosi da ridurre tali sollecitazioni. Una volta raggiunto il tempo di tenuta, i blocchi ora privi di stress vengono lentamente raffreddati a temperatura ambiente.
Taglio e molatura
A questo punto del processo i magneti NdFeB devono essere portati alle dimensioni richieste dal cliente. Ciò avviene tramite lavorazioni meccaniche di taglio, molatura e taglio a filo. Tutte queste operazioni vengono eseguite secondo un piano di controllo rigoroso, e progettato per ridurre al minimo lo spreco e la produzione di rifiuti, inoltre Il materiale di scarto viene riutilizzato e riciclato.
Trattamento della superficie
Il magnete, che è ancora grezzo, rimane comunque molto fragile, soprattutto perché rischia di ossidarsi molto facilmente, deve perciò essere sottoposto ad un processo di rivestimento. Il trattamento maggiormente utilizzato è l’applicazione di un rivestimento in NiCuNi (nichel - rame - nichel), che protegge il magnete dalla corrosione nella maggior parte degli ambienti di utilizzo, ma a seconda dell’applicazione finale e delle condizioni di impiego i magneti possono essere forniti anche con altri tipi di finitura. Per maggiori dettagli leggete l'articolo sul nostro ecommerce https://www.italiamagneti.it/articoli-sul-magnetismo/164-rivestimento-dei-magneti-scegliere-il-migliore.
Controllo qualità
Il processo di produzione è quasi ultimato, e prima di passare alle fase di magnetizzazione il magnete viene sottoposto ad un accurato controllo qualità per verificarne la dimensione, il rivestimento e le altre caratteristiche tecniche.
Magnetizzazione
Quello che di fatto è l’ultimo step del processo produttivo di un magnete è la sua magnetizzazione. Il materiale è posto all'interno di una bobina elettrica che viene eccitata per produrre un campo magnetico molto forte per un breve periodo. Dopo che la bobina è stata diseccitata, il campo magnetico nel magnete rimane. A questo punto, dopo ulteriori test riguardo la forza di attrazione e il tipo di magnetizzazione del magnete, si procede all’imballo e alla successiva spedizione.