Nam châm thiêu kết thường sử dụng kim loại nguyên chất hoặc hợp kim trung gian làm nguyên liệu. Họ sử dụng nguyên lý gia nhiệt cảm ứng điện từ của từ trường xen kẽ để tạo ra dòng điện xoáy trong nguyên liệu thô. Nguyên liệu thô được nấu chảy bằng cảm ứng tần số trung bình và tần số thấp trong môi trường chân không hoặc khí trơ để nguyên liệu thô được nung nóng và tan chảy. Sự tan chảy được khuấy để đồng nhất nó. Điểm nóng chảy của kim loại đất hiếm nằm trong khoảng từ 800 đến 1500 độ, Fe và Co lần lượt là 1536 độ và 1495 độ, và B nguyên chất cao tới 2077 độ. Điểm nóng chảy của một số kim loại có điểm nóng chảy cao được sử dụng làm chất phụ gia như Ti, Cr, Mo hoặc Nb là 1600 ~ 3400 độ. Có tính đến việc ngăn chặn sự bay hơi của các nguyên tố đất hiếm, nhiệt độ nóng chảy thường được kiểm soát ở mức 1000 ~ 1600 độ. Các nguyên tố có điểm nóng chảy cao được nấu chảy bằng cách hợp kim hóa kim loại đất hiếm hoặc hợp kim của các nguyên tố có điểm nóng chảy cao (thường là hợp kim sắt) được sử dụng trực tiếp làm nguyên liệu thô, chẳng hạn như B-Fe (điểm nóng chảy ~ 1500 độ), hợp kim Nb-Fe (điểm nóng chảy ~ 1600 độ), v.v. Để đảm bảo môi trường ít oxy cho quá trình nấu chảy và đúc, cần phải sơ tán các thân lò nóng chảy và đúc và xì hơi hoàn toàn các bộ phận và nguyên liệu thô trong lò nung. Mức chân không thường đạt đến 10-2~10-3.
Thân lò được làm nóng Tốc độ tăng áp suất (thoát khí bên trong và rò rỉ không khí bên ngoài) cũng cần được kiểm soát ở mức thấp. Ví dụ: đối với lò luyện có công suất 1t, tốc độ tăng áp suất phải thấp hơn 5×10-4~1×10-3 L/s. Luyện chân không có thể làm xẹp hoàn toàn chất lỏng nóng chảy, loại bỏ các tạp chất có nhiệt độ sôi thấp và các nguyên tố khí độc hại, đồng thời cải thiện độ tinh khiết của hợp kim. Tuy nhiên, do áp suất hơi của kim loại đất hiếm rất thấp (dưới 1 Pa) nên tổn thất bay hơi rất đáng kể nên thường được sử dụng trong quá trình nấu chảy. Thân lò chứa đầy khí trơ để tăng áp suất không khí xung quanh nhằm ngăn chặn sự bay hơi của đất hiếm. Sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng khí argon có độ tinh khiết cao, thường được nạp ở mức 5{12}}kPa. Sau khi quá trình nấu chảy hợp kim được đồng nhất, thông hơi và quá trình xỉ hoàn tất, quá trình đúc có thể bắt đầu. Đúc hợp kim là một quá trình rất quan trọng vì thành phần, trạng thái kết tinh và sự phân bố không gian của các pha rất quan trọng đối với hiệu suất của nam châm thiêu kết. Thỏi hợp kim đã trải qua những "quả đạn đại bác" nặng, "cuốn sách" dày 20 mm và "bánh kếp" dày 5 mm. "Hiện tại, nó đã phát triển thành các mảnh đông kết nhanh với độ dày chỉ 0,3mm. Những người trong ngành đã nỗ lực nhiều cách để tránh sự phân tách thành phần và tạo ra các pha tạp chất cũng như phân phối hợp lý các pha giàu neodymium.
1. Luyện kim
Nguyên liệu đất hiếm thường ở dạng kim loại nguyên chất và hợp kim đất hiếm thường được lựa chọn vì lý do chi phí, chẳng hạn như kim loại praseodymium và neodymium, kim loại lanthanum và xeri, đất hiếm hỗn hợp và hợp kim sắt dysprosium, v.v.; các thành phần nguyên tố có điểm nóng chảy cao (chẳng hạn như: B, Mo, Nb, v.v.) Nó chủ yếu được thêm vào dưới dạng hợp kim sắt. Nam châm Nd-Fe-B có đặc tính của pha đa kim loại. Pha giàu Nd là điều kiện cần để có độ kháng từ cao và pha giàu B cũng phải cùng tồn tại. Vì vậy, đất hiếm và B trong công thức ban đầu thường yêu cầu phải cao hơn thành phần dương của R2Fe14B, nhưng đôi khi để điều chỉnh thành phần pha ranh giới hạt (đặc biệt khi thêm Cu, Al, Ga) thì B nội dung thấp hơn một chút so với thành phần tích cực. Do phản ứng giữa kim loại đất hiếm và vật liệu nấu chảy và sự bay hơi trong quá trình nấu chảy và thiêu kết, cần phải xem xét một lượng thất thoát nhất định của kim loại đất hiếm khi xây dựng công thức. Để giảm hàm lượng tạp chất trong hợp kim, độ tinh khiết của nguyên liệu thô phải được kiểm soát chặt chẽ, lớp oxit và các chất bám trên bề mặt phải được loại bỏ hoàn toàn. Nguồn nhiệt của quá trình nóng chảy cảm ứng tần số trung bình và thấp là dòng điện xoáy cảm ứng được hình thành trong nguyên liệu thô bởi từ trường xen kẽ. Hiệu ứng bề mặt của dòng điện xoáy làm cho dòng điện tập trung trên bề mặt nguyên liệu thô. Nếu kích thước của khối nguyên liệu quá lớn, dòng điện xoáy không thể xuyên qua tâm khối và chỉ có lõi có thể bị nóng chảy do dẫn nhiệt, điều này rất phi thực tế trong sản xuất thực tế. Do đó, kích thước của nguyên liệu thô phải được điều chỉnh theo tần số lựa chọn và được kiểm soát ở mức gấp 3 đến 6 lần độ sâu của da. Hình dưới đây cho thấy mối quan hệ giữa tần số nguồn - độ sâu của lớp vỏ - và kích thước nguyên liệu thô. Có thể thấy rằng tần số càng cao thì hiệu ứng da càng rõ rệt và kích thước của nguyên liệu thô cần thiết càng nhỏ.
| Tần số nguồn/Hz | 50 | 150 | 1000 | 2500 | 4000 | 8000 |
| Độ sâu da/mm | 73 | 42 | 16 | 10 | 8 | 6 |
| Kích thước nguyên liệu thô tối ưu/mm | 220-440 | 125-250 | 50-100 | 30-60 | 25-50 | 15-35 |
Việc lựa chọn tần số nóng chảy phải tuân theo một chức năng quan trọng khác của quá trình nóng chảy cảm ứng - khuấy điện từ, sử dụng sự tương tác lực giữa kim loại nóng chảy và từ trường xen kẽ để thúc đẩy sự nóng chảy của chất rắn không tan chảy và sự đồng nhất của kim loại nóng chảy. Lực điện từ có độ lớn tỉ lệ nghịch với căn bậc hai của tần số dòng điện. Tần số quá cao sẽ làm suy yếu hiệu ứng khuấy điện từ của nguồn điện xoay chiều. Dải tần được sử dụng trong sản xuất thực tế là khoảng 1000 ~ 2500Hz và kích thước nguyên liệu thô cần được kiểm soát dưới 100mm.
Việc xếp nguyên liệu thô vào nồi nấu kim loại phải tính đến sự phân bố không gian của từ trường cảm ứng và nhiệt độ trong quá trình nấu chảy. Thông thường, cuộn dây cảm ứng được quấn quanh bên ngoài nồi nấu kim loại. Từ trường mạnh nhất ở bên trong nồi nấu kim loại và yếu dần về phía trung tâm, nhưng các mặt, đáy và mặt trên của nồi nấu kim loại. Các khe hở là con đường chính để nhiệt thoát ra ngoài nên nhiệt độ của mặt dưới của nồi nấu kim loại nằm ở giữa, nhiệt độ của lớp trên và giữa của đáy thấp hơn, nhiệt độ của phần giữa là cao nhất. Vì vậy, khi nạp, nên đặt dày đặc các miếng nhỏ vật liệu có điểm nóng chảy thấp ở đáy nồi nấu kim loại; vật liệu có điểm nóng chảy cao và các mảnh vật liệu lớn nên được đặt ở phần giữa và phần dưới; những mảnh lớn của vật liệu có điểm nóng chảy thấp nên được đặt ở phần trên và lỏng lẻo để tránh bắc cầu. Ngày nay, công nghệ đúc liên tục đã được sử dụng rộng rãi. Nguyên liệu thô liên tục được thêm vào nồi nấu ở nhiệt độ cao thông qua buồng nạp. Để kiểm soát sự bay hơi của vật liệu đất hiếm, sắt nguyên chất thường được thêm vào trước để làm tan chảy nó, sau đó các kim loại hoặc hợp kim có điểm nóng chảy cao được thêm vào tuần tự, và cuối cùng là đất hiếm được thêm vào.
2. Đúc
Hợp kim hai hoặc ba hợp kim đất hiếm chắc chắn tạo ra các pha -Co hoặc -Fe trong điều kiện làm mát chậm (gần cân bằng). Đặc tính từ mềm của chúng ở nhiệt độ phòng sẽ làm hỏng nghiêm trọng đặc tính nam châm vĩnh cửu của nam châm và phải được làm lạnh nhanh chóng để ức chế sự hình thành của chúng.
Để đạt được hiệu quả làm mát nhanh chóng cần thiết, công nghệ đúc khuôn phôi truyền thống đang hướng tới việc giảm độ dày của phôi hợp kim. Ưu điểm của việc đúc khuôn phôi là chi phí thiết bị thấp, vận hành đơn giản và khả năng đáp ứng các yêu cầu sản xuất nam châm chung. Nhược điểm là kích thước hạt không đồng đều và các pha -Co hoặc -Fe thường kết tủa. Xử lý nhiệt lâu dài các thỏi hợp kim ở nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của hợp kim có thể giúp loại bỏ pha -Co hoặc -Fe, nhưng sẽ gây ra sự tích tụ các pha giàu Nd, không có lợi cho sự phân bố hạt tối ưu các pha biên trong nam châm thiêu kết.
Để tiếp tục giảm độ dày của phôi hợp kim, một cấu trúc "dụng cụ cạo đĩa" tương tự như trải một chiếc bánh kếp đã được phát triển, làm cho độ dày hợp kim đạt khoảng 1cm. Tuy nhiên, sự gia tăng diện tích hợp kim đã mang lại rất nhiều rắc rối cho việc thu gom các lò luyện công suất lớn. . Một con đường phát triển công nghệ hiệu quả khác lại đi theo hướng ngược lại, bắt đầu từ tốc độ làm nguội cực cao để chuẩn bị hợp kim Nd-Fe-B nguội nhanh, và cố gắng giảm tốc độ làm nguội để chuẩn bị hợp kim tinh thể nguội nhanh, được gọi là dải. công nghệ đúc mảnh hoặc đông kết nhanh (đúc dải hoặc SC) ra đời. Nó đổ hợp kim nóng chảy qua một máng chuyển hướng lên một bánh xe kim loại làm mát bằng nước đang quay nhanh để thu được độ dày 0.2~0.6 mm, thành phần và kết cấu pha lý tưởng. Mảnh hợp kim. Trong cấu trúc hợp kim đúc dải, sự phân bố đồng đều của pha giàu Nd và sự ức chế -Fe làm giảm tổng hàm lượng đất hiếm, điều này có lợi cho việc thu được nam châm hiệu suất cao và giảm chi phí nam châm; nhược điểm là do tỷ lệ thể tích của pha giàu Nd giảm, so với nam châm được tạo ra bằng khuôn đúc phôi, độ giòn của nam châm tăng lên và việc xử lý sau trở nên khó khăn hơn.
