Анализа на стапките на прегорување на елементите и стратегиите за контрола во производството на синтерувани Alnico магнети

1. Вовед

Синтеруваните Alnico магнети, составени првенствено од алуминиум (Al), никел (Ni), кобалт (Co), железо (Fe) и бакар (Cu), се познати по нивната висока магнетна стабилност и отпорност на корозија. Сепак, хомогеноста на составот на прашкастата суровина значително влијае на конечните перформанси на магнетот, при што согорувањето на елементот за време на топењето е клучен фактор. Оваа анализа го идентификува елементот со највисока стапка на согорување и предлага стратегии за ублажување на загубите.

2. Стапки на прегорување на елементите во топењето на Alnico

2.1 Механизми за прегорување

Согорувањето на елементите се јавува поради оксидација, испарување и хемиски реакции со облоги на печката или атмосферски гасови. Степенот на согорување зависи од:

• Реактивност на елементите : Елементите со висок афинитет кон кислород (на пр., Al, Mg) се посклони кон оксидација.
• Температура на топење : Повисоките температури ја забрзуваат оксидацијата и испарувањето.
• Тип на печка : Индукциските печки генерално покажуваат пониски стапки на прегорување од печките на гас поради намалена изложеност на кислород.
• Атмосфера на печката : Оксидирачките атмосфери го влошуваат прегорувањето, додека инертните или редуцирачките атмосфери го минимизираат.

2.2 Стапки на прегорување на клучните елементи

Врз основа на индустриските податоци и литературата, приближните стапки на согорување за главните елементи во легурите Alnico се:

• Алуминиум (Al) : 1,0–3,0%
  Алуминиумот формира заштитен оксиден слој (Al₂O₃) на високи температури, но продолженото изложување на оксидирачки атмосфери или прекумерното мешање може да го наруши овој слој, зголемувајќи го согорувањето.
• Никел (Ni) : 0,5–1,0%
  Никелот е релативно стабилен, но може да оксидира на високи температури, особено во присуство на сулфур или други реактивни елементи.
• Кобалт (Co) : 0,3–0,8%
  Кобалтот има ниска испарливост и тенденција на оксидација, што го прави еден од најстабилните елементи во легурите Alnico.
• Железо (Fe) : 0,5–1,5%
  Железото може да оксидира, но неговата стапка на согорување е обично пониска од онаа на алуминиумот поради неговата помала реактивност.
• Бакар (Cu) : 0,5–2,0%
  Бакарот е склонен кон испарување на високи температури, особено во печки на гас, но неговата стапка на согорување е генерално пониска од онаа на алуминиумот.

Највисока стапка на прегорување: Алуминиум (Al)
Алуминиумот покажува највисока стапка на согорување поради неговата висока реактивност со кислород и неговата тенденција да формира испарливи оксиди на покачени температури. Ова го прави најкритичен елемент за контрола за време на топењето на Alnico.

3. Стратегии за контрола на прегорувањето од елементи

3.1 Избор на печка и контрола на атмосферата

• Индукциски печки : Претпочитајте индукциски печки наместо печки на гас, бидејќи тие овозможуваат подобра контрола на температурата и ја намалуваат изложеноста на кислород, минимизирајќи ја оксидацијата.
• Инертни или редуктивни атмосфери : Користете аргонски или азотни атмосфери за да ја потиснете оксидацијата. За печки на гас, користете флуксирачки средства за да создадете заштитен слој на површината на стопената површина.
• Дизајн на запечатена печка : Осигурајте се дека печката е добро запечатена за да се спречи навлегување на воздух, што може да ја забрза оксидацијата.

3.2 Оптимизација на процесите

• Топење на ниска температура : Топење на најниската можна температура за да се намали оксидацијата и испарувањето. За Alnico легури, ова обично значи топење веднаш над температурата на ликвидус.
• Кратко време на топење : Минимизирајте го времето кога стопената маса е изложена на високи температури со оптимизирање на секвенците на полнење и топење.
• Контролирано мешање : Избегнувајте прекумерно мешање, кое може да го наруши заштитниот оксиден слој на површината на топењето и да го зголеми согорувањето. Користете електромагнетно мешање наместо механичко мешање каде што е можно.
• Брзо стврднување : По топењето, брзо изладете ја легурата за да го минимизирате времето достапно за оксидација и сегрегација.

3.3 Управување со суровини

• Полнења со висока чистота : Користете суровини со висока чистота за да ги намалите нечистотиите што можат да катализираат оксидација или да формираат фази со ниска точка на топење што го зголемуваат согорувањето.
• Претходно легирани прашоци : Користете претходно легирани прашоци наместо елементарни мешавини за да се обезбеди униформен состав и да се намали сегрегацијата за време на топењето.
• Соодветен редослед на полнење : Прво полнете ги помалку реактивните елементи, а потоа пореактивните, за да се минимизира локализираната оксидација. На пример, полнете ги Fe, Ni и Co пред да додадете Al и Cu.

3.4 Флуксирање и дегазификација

• Флуксирачки агенси : Додадете флуксирачки агенси (на пр., хлориди или флуориди) за да ги отстраните нечистотиите и да формирате заштитен слој од згура на површината на стопената површина, намалувајќи ја оксидацијата.
• Дегазификација : Користете вакуум или прочистување со инертен гас за да ги отстраните растворените гасови (на пр., водород) што можат да предизвикаат оксидација или порозност во конечниот магнет.

3.5 Рециклирање и управување со отпад

• Рециклирање на отпад : Рециклирајте го отпадот од преработката (на пр., ротори, вратички и неисправни одлеаноци) за да ги намалите трошоците за суровини и да го минимизирате согорувањето. Сепак, осигурајте се дека отпадот е чист и без загадувачи што би можеле да го зголемат согорувањето за време на повторното топење.
• Управување со згура : Правилно управувајте со згурата за да го обновите заробениот метал и да ги минимизирате загубите. Користете гребла за згура или магнетни сепаратори за да го одвоите металот од згурата.

4. Студија на случај: Намалување на прегорувањето на алуминиумот во производството на Alnico

Производител на синтерувани Alnico магнети пријави стапка на согорување на алуминиум од 2,5% за време на топење во гасна печка, што доведе до неконзистентен состав и намалени магнетни својства. За да се реши ова, беа спроведени следниве мерки:

• Надградба на печката : Печката на гас е заменета со индукциска печка, со што стапката на согорување на алуминиумот е намалена на 1,2%.
• Контрола на атмосферата : Воведена е аргонска атмосфера за време на топењето, дополнително намалувајќи го согорувањето на 0,8%.
• Оптимизација на процесот : Оптимизирана е секвенцата на полнење и времето на топење, со што се намалува вкупното време на изложеност на топење за 20%.
• Флуксирање : Додаден е флукс на база на хлорид за да се формира заштитен слој од згура, со што се минимизира оксидацијата на алуминиумот.

Резултати :

• Стапката на согорување на алуминиум е намалена од 2,5% на 0,5%.
• Коерцитивноста на магнетот се зголеми за 15% поради подобрена хомогеност на составот.
• Целокупната ефикасност на процесот е подобрена, со што трошоците за производство се намалени за 10%.

5. Заклучок

Алуминиумот покажува највисока стапка на согорување меѓу клучните елементи во легурите Alnico поради неговата висока реактивност со кислород и тенденција да формира испарливи оксиди. За да го контролираат согорувањето и да обезбедат хомогеност на составот, производителите треба:

• Користете индукциски печки со инертни или редуцирачки атмосфери.
• Оптимизирајте ги процесите на топење за да ја минимизирате изложеноста на температура и време.
• Ефикасно управување со рециклирањето на суровини и отпад.
• Користете техники на флуксирање и дегазификација за да ја заштитите површината на стопената површина.

Со спроведување на овие стратегии, производителите можат значително да го намалат согорувањето на елементите, да ја подобрат хомогеноста на прашкастите суровини и да ги подобрат магнетните својства на синтеруваните Alnico магнети.