Moldeo por compresión de polvo base NdFeB producido mediante atomización con gas

Abstract

Los imanes base NdFeB son los imanes con mayor producto de energía disponibles en el mercado. Son utilizados comercialmente en un amplio rango de dispositivos. Desde estátores para motores o generadores eléctricos de distintas potencias, hasta dispositivos electrónicos como altavoces, micrófonos o discos duros, pasando por equipos de generación de imágenes por resonancia magnética. La potencia de los imanes depende principalmente de la composición química del material y de la ruta de fabricación utilizada. Los imanes producidos por sinterización son los que mayor producto de energía máximo tienen, mientras que los imanes ligados, producidos a partir de distintos tipos de polvo base NdFeB, cuentan con un producto de energía máximo menor. Por otra parte, los imanes ligados resultan ser una opción más económica en el caso de requerir imanes de menor potencia con geometrías complicadas o de pequeño tamaño. Dependiendo de la aplicación para la que se requiera, puede resultar más adecuado uno u otro tipo de imán. En la presente tesis doctoral, se han analizado distintos imanes comerciales, tanto sinterizados, como ligados. También se han analizado varios polvos comerciales con los que fabricar imanes ligados, producidos por distintos procesos pulvimetalúrgicos (por “melt spinning” o por “HDDR (hidrogenation-disproportionation-desorption-recombination)”). Los imanes ligados parecen abarcar cada vez un mayor mercado, por lo que es importante el análisis de estos materiales. La otra gran parte de la tesis, se ha dedicado al desarrollo de una ruta de producción de polvos base NdFeB alternativa, la atomización con gas. A día de hoy, no hay ningún producto (base NdFeB) en el mercado fabricado a partir de esta ruta, pese a que sí hay artículos científicos escritos sobre el tema. Las propiedades magnéticas de estos polvos tienden a ser algo inferiores a las de los polvos producidos mediante las otras rutas de producción. Sin embargo, la atomización tiene como ventaja su gran productividad y, por lo tanto, el ser más económica que las demás. Además, el polvo atomizado con gas es esférico, lo que lo hace idóneo para su posterior consolidación, por conseguirse compactos con una mayor fracción volumétrica de material magnético que con polvos de otras morfologías. No sólo se han estudiado distintas composiciones y parámetros de producción para obtener los polvos con las mejores propiedades magnéticas posibles, sino que se ha tratado también de optimizar las propiedades magnéticas de éstos mediante distintos tratamientos térmicos. Se han analizado las microestructuras del polvo antes y después de los tratamientos térmicos, detectando las diferencias y relacionándolas con los cambios en las propiedades magnéticas. También se han investigado las condiciones óptimas para el moldeo por compresión del polvo con distintos polímeros.

NdFeB base magnets are the magnets with the maximum energy product available in the market. They are commercially used in a wide range of applications, such as stators for electric motors or generators; electronic devices, as speakers, microphones or hard disc drives; or even for magnetic resonance imaging scanners. The power of the magnets is related to their composition and processing route. Sintered magnets are the most powerful ones, while the bonded ones are weaker. Anyway, bonded magnets are an economic option for magnets with medium magnetic requirements and complex geometry or small size. In the thesis, different commercial sintered and bonded magnets have been analyzed in detail. Magnetic powders available in the market for the manufacturing of bonded magnets were also studied. These powders have been produced via “melt spinning” or “HDDR (hidrogenation-disproportionation-desorption-recombination”). Bonded magnets seem to be a growing market, so it is important to analyze these materials. The second part of the thesis is related to the production of gas atomized NdFeB powders. This is an alternative powder production route. There is not any magnet in the market produced from gas atomized powders, though there are some scientific articles discussing the topic. The advantage of this production route is that large batches of powder can be produced in a single atomization. The productivity of the route makes it also cheaper than the other ones, although the powders are magnetically weaker, too. The atomized powder is spherical, which allows having a bigger fraction of magnetic material inside the final magnet. Different compositions and production parameters were used in the manufacturing of the powders to optimize their magnetic properties. These powders were also heat-treated using different cycles to upgrade their magnetic properties. The microstructures were analyzed before and after the treatments. The changes in the microstructure were related to the changes in magnetic properties of the powders. Finally, the optimum conditions for compression molding of the mix of the powders with different polymers were studied.