Sintran trajni magnet iz neodima, železa, bora

Metoda izdelave neodimovih NdFeB magnetov (neodim železo-bor magneti) je naslednja.
Kovinski element neodim se najprej loči od rafiniranih oksidov redkih zemelj v elektrolitski peči. Elementi "redke zemlje" so lantanoidi (imenovani tudi lantanidi), izraz pa izhaja iz neobičajnih oksidnih mineralov, ki se uporabljajo za izolacijo elementov. Čeprav se uporablja izraz "redka zemlja", to ne pomeni, da je kemičnih elementov malo. Redkih zemeljskih elementov je veliko, npr. element neodim je pogostejši od zlata. Neodim, železo in bor se izmerijo in dajo v vakuumsko indukcijsko peč, da nastane zlitina. Po potrebi so dodani drugi elementi za posebne stopnje, npr. kobalt, baker, gadolinij in disprozij (npr. za pomoč pri odpornosti proti koroziji). Zmes se zaradi visokofrekvenčnega segrevanja in taljenja stopi.

Poenostavljeno povedano, zlitina "Neo" je kot mešanica za torto, z receptom vsake tovarne za vsako stopnjo. Nastala staljena zlitina se nato ohladi, da se oblikujejo ingoti zlitine. Ingoti zlitine se nato razgradijo z vodikovo dekrepitacijo (HD) ali hidrogeniranjem, disproporcionacijo, desorpcijo in rekombinacijo (HDDR) in jih zmeljejo v atmosferi dušika in argona v mikronski prah (velikosti približno 3 mikrone ali manj). Ta neodimov prah se nato dovaja v lijak, da se omogoči stiskanje magnetov.

Metode stiskanja prahu
Obstajajo tri glavne metode stiskanja prahu – aksialno in prečno stiskanje. Stiskanje matrice zahteva orodje za izdelavo votline, ki je nekoliko večja od potrebne oblike (ker sintranje povzroči krčenje magneta). Neodimov prah vstopi v votlino matrice iz lijaka in se nato stisne v prisotnosti zunanjega magnetnega polja. Zunanje polje deluje bodisi vzporedno s silo stiskanja (to aksialno stiskanje ni tako standardno) bodisi pravokotno na smer stiskanja (imenovano prečno stiskanje). Prečno stiskanje daje neodimovim NdFeB magnetom višje magnetne lastnosti.

Tretji način stiskanja je izostatično stiskanje. Prašek NdFeB se da v gumijasti kalup in v veliko posodo, napolnjeno s tekočino, s čimer se poveča pritisk tekočine. Spet je prisotno zunanje magnetno polje, vendar je prah NdFeB stisnjen z vseh strani. Izostatično stiskanje daje najboljšo možno magnetno zmogljivost za neodim železo bor. Uporabljene metode se razlikujejo glede na zahtevani razred "Neo" in jih določi proizvajalec.

Magnetizirajoče polje
Elektromagnetna tuljava na obeh straneh kompaktnega prahu ustvarja zunanje magnetno polje. Magnetne domene prahu NdFeB se poravnajo z uporabljenim poljem magnetiziranja – bolj homogeno kot je uporabljeno polje, bolj homogena je magnetna zmogljivost neodimovega magneta. Ko matrica pritisne neodimov prah, se smer magnetizacije zaklene – neodimovemu magnetu je bila dana prednostna smer magnetizacije. Imenuje se anizotropen (če ne bi bilo uporabljenega zunanjega polja, bi bilo mogoče magnet magnetizirati v kateri koli smeri, kar se imenuje izotropno, vendar bi bila magnetna zmogljivost veliko nižja kot pri anizotropnem magnetu in je običajno omejena na vezane magnete ).

Magneti redkih zemelj kažejo enoosno magnetokristalno anizotropijo, kar pomeni, da imajo edinstveno osno kristalno strukturo, ki ustreza lahki osi magnetizacije. V primeru Nd2Fe14B je lahka os magnetizacije c-os kompleksne tetragonalne strukture. V prisotnosti zunanjega magnetizirajočega polja se poravna vzdolž osi c in postane sposoben popolnoma magnetizirati do nasičenosti z zelo visoko koercitivnostjo.

Postopek sintranja
Preden stisnjeni magnet NdFeB sprostimo, dobimo impulz za razmagnetenje, da ostane nemagneten. Stisnjen magnet se imenuje 'zelen' magnet – zlahka ga je prisiliti, da se razpade, njegova magnetna zmogljivost pa ni dobra. 'Zeleni' neodimski magnet je sintran, da dobi končne magnetne lastnosti.

Proces sintranja je skrbno nadzorovan (upoštevati je treba strog temperaturni in časovni profil) in poteka v inertni atmosferi (brez kisika) (npr. argon). Če je prisoten kisik, nastali oksidi uničijo magnetno delovanje NdFeB. Postopek sintranja povzroči tudi krčenje magneta, ko se prah spoji. S krčenjem dobimo magnet blizu zahtevane oblike, vendar je krčenje običajno neenakomerno (npr. prstan se lahko skrči in postane oval).

Na koncu postopka sintranja se izvede končno hitro kaljenje, da se magnet hitro ohladi. To zmanjša neželeno proizvodnjo 'faz' (poenostavljeno povedano, različice zlitine s slabimi magnetnimi lastnostmi), ki se pojavijo pod temperaturo sintranja. Hitro gašenje poveča magnetno zmogljivost NdFeB. Ker postopek sintranja povzroči neenakomerno krčenje, oblika neodimovega magneta ne bo ustrezala zahtevanim dimenzijam.

Tolerance in mere
Naslednja faza je strojna obdelava magnetov do zahtevanih toleranc. Ker je potrebna strojna obdelava, so neodimovi magneti ob stiskanju nekoliko večji, npr. večji zunanji premer, manjši notranji premer in višji za obročasti magnet. Standardne tolerance dimenzij magneta so +/-0.1 mm, čeprav je +/-0.05 mm mogoče doseči za doplačilo. Možnost še strožjih toleranc je odvisna od oblike in velikosti magneta in morda ne bo možna.

Opomba: neodimski magnet je tog. Izrezovanje lukenj v NdFeB s standardnim svedrom ali konico iz karbidne trdine bo otopilo sveder. Uporabljati je treba orodja za diamantno rezanje (CNC diamantni brusi, diamantni svedri itd.) in stroje za rezanje žice (EDM). Ostružke NdFeB, ki nastanejo med strojno obdelavo, je treba ohladiti s tekočino. V nasprotnem primeru se lahko spontano vname. Pri neodimovih blok magnetih lahko pride do prihrankov pri uporabi veliko večjih magnetnih blokov, narejenih z izostatičnim stiskanjem in njihovega rezanja na manjše neodimove bloke želene velikosti. To se naredi za hitrost in množično proizvodnjo (kjer je prisotnih dovolj strojev za rezanje in mletje) in je znano kot "rezine in kocke". Ko so končne dimenzije magneta dosežene z obdelavo, se na neodimski magnet nanese zaščitna prevleka. To je običajno Ni-Cu-Ni prevleka.

Premaz
Magnet je treba očistiti, da se odstranijo ostružki/prah, ki nastanejo pri obdelavi. Nato se temeljito posuši, preden se nanese na ploščo. Nujno je, da je sušenje temeljito. V nasprotnem primeru se voda zadrži v prevlečenem neodimskem magnetu in magnet bo korodiral od znotraj navzven. Prevleka je zelo tanka, npr. 15-35 mikronov za Ni-Cu-Ni (1 mikron je 1/1000 mm).

Trenutni razpoložljivi razpoložljivi premazi so naslednji: - nikelj-baker-nikelj (Ni-Cu-Ni) [standard], epoksi, cink (Zn), zlato (Au), srebro (Ag), kositer (Sn), titan (Ti), titanov nitrid (TiN), parilen C, Everlube, krom, PTFE ("teflon"; bela, črna, siva, srebrna), Ni-Cu-Ni plus epoksi, Ni-Cu-Ni plus guma, Zn plus Guma, Ni-Cu-Ni plus parilen C, Ni-Cu-Ni plus PTFE, kositer (Sn) plus parilen C, cinkov kromat, fosfatna pasivacija in brez premaza (tj. golo – ni priporočljivo, vendar ga včasih zahteva stranka).

Možni so tudi drugi premazi. Uporaba magneta brez zaščitne plasti ni priporočljiva.

Magneti iz neodima NdFeB z višjim Hci naj bi bili boljši pri odpornosti proti koroziji, vendar to ne zagotavlja varne uporabe brez prevleke. Če je potrebno, po montaži magnete obložite (to je zato, ker bi se morebitno lepilo oprijelo prevleke namesto magneta NdFeB, tako da, če prevleka ne uspe, se magnet sprosti). Možna je odstranitev prevleke za boljši oprijem lepila. Kljub temu je odpornost proti koroziji neodimovega magneta med takšnim postopkom lahko resno ogrožena, razen če ste med sestavljanjem zelo previdni (vredno je razmisliti o zaščitnih rokavih, da zagotovite, da magneti ostanejo na mestu, npr. tulec iz ogljikovih vlaken za rotorje).