Estudo do tratamento térmico pós-sinterização em Ímã de Nd-Fe-B: Efeito na microestrutura e coercividade

Abstract

Os ímãs permanentes de Nd-Fe-B se destacam dos demais ímãs permanentes por apresentarem altos valores de coercividade e remanência, sendo visados em aplicações de crescente demanda tecnológica, como em veículos elétricos e aerogeradores. Preocupações globais com a cadeia de suprimento de elementos terras-raras e ímãs permanentes de Nd-Fe-B promovem o incentivo pela pesquisa e desenvolvimento de ímãs com menores teores de elementos terras-raras e por processos de otimização das propriedades magnéticas. Dessa forma, tratamentos térmicos pós-sinterização são estudados visando a maximização dos valores de coercividade através da redistribuição da fase rica em Nd nos contornos de grão. Neste trabalho, teve-se como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de otimização de coercividade de ímãs de Nd-Fe-B através da aplicação de diferentes tratamentos térmicos, relacionando as temperaturas de tratamento com a temperatura de fusão da fase rica em Nd e avaliando a ocorrência de crescimento de grão após os tratamentos térmicos. Os resultados obtidos em testes preliminares, utilizando ímãs comerciais tratados previamente no processo de fabricação, indicam que o parâmetro tempo de patamar não influencia na coercividade do ímã tratado, porém, alterações nos parâmetros de temperatura de tratamento e taxa de resfriamento resultam em diferentes valores de coercividade. O teste preliminar de aniquilação, o qual remove o histórico térmico prévio de fabricação, mostrou-se eficaz reduzindo a coercividade do ímã em 51,4%, enquanto os testes de tratamento térmico, realizados em amostras aniquiladas, resultaram em diferentes níveis de recuperação do valor de coercividade do ímã original, atingindo até 91,7% de recuperação através de um tratamento térmico com dois patamares. Os resultados de recuperação indicam a necessidade de se utilizar temperaturas de tratamento superior à de fusão da fase rica em Nd, identificada via DSC. Avaliações microestruturais, realizadas em microscópio óptico, apontam que não ocorre crescimento de grão com o uso de tratamento térmico.

Nd-Fe-B permanent magnets stand out from other permanent magnets due to their high coercivity and remanence values, and are being targeted in applications with increasing technological demands such as electric vehicles and wind turbines. Global concerns with the supply chain of rare-earth elements and permanent Nd-Fe-B magnets encourage the research and development of magnets with less rare-earth elements and processes of optimization of magnetic properties. In this regard, post-sintering annealings are used to improve the coercivity of magnets through the redistribution of Nd-rich phase in the grain boundaries. In this work, the goal is to develop a methodology to improvement the coercivity value of a Nd-Fe-B permanent magnet through the different annealings, relating the treatment temperatures with the melt of the Nd-rich phase and evaluating the occurrence of growth grain after annealing. The results obtained in preliminary tests with commercial magnets previously treated in the manufacture that the treatment duration did not influence the coercivity of studied magnet, however, changes in the treatment temperature and the cooling rate result in different coercivity values. The preliminary test of annihilation, which reset the previous thermal history of fabrication, proved to be effective reducing the coercivity value by 51,4% while the annealings tests, applied to pre-annihilated samples, resulted in different levels of recovery of coercivity original from the magnet, reaching up to 91,7% of recovery through two stage annealing. The coercivity recovery results indicate the need to use annealing temperatures higher the melt of Nd-rich phase, identified by DSC. Evaluations of micrographs by optical microscopy indicate with not occur grown grain size with annealing.