is 00 le csEcimAT, Aguas de Linddia, SP (dezembro de
1992), pegs.
OBTENCAO
DE
LIGAS
DE
/
;1h
ND-FE-B POR REDUCAO-DIFUS'AO
A PARTIR DO NDCL3
MSc. Eneida cia G. Guilherme
e Dr_ Jose Octavio A. Paschoall)
I) Instituto de
.411
Pesquisas Energeticas e Nucteares-CNENISP
Hercilio R Rechenberg
2)
2) Instituto de
Fisica, Universidade de Sao Paulo/SP
Dr.
LJNICAMP
0 presente trabalho emprega
c becimat
o cloreto de neodirnio (NdC1,2 como material de partida, em
axido de neodimio (Nd 20
substituicAb ao
e avalia a sua influencia tanto na reacgo de
reclu0o-difusao caictotérrnica,
como nas caracterEsticas finais das partfculas das ligas de
Nd-Fe-B.
melhores resuitados foram obtidos a 950°C por 3 horas
de R/D corn os excessos de
207, de NdC1 e 50% de cálcio metálico (experimento 21.
3
gsrrgoDuSA0
preparaçâo
da liga
comercial
Nd Fe B 8
15 77
a
de
na
obtenção
im5s
permanentes
etapa
de
bom
rimeira
Pdesempenho 121. Estas ligas ou as de Sm-Co são obtidas
princiPalmente pela fusào dos seus elementos em condições
bastante especiais (forno, atmosf era, cadinho, etc) devido
alta reatividade cio metal terra rara. A I iga brute de
Tusk) é homogeneizada por tratamentos termicos, passando,
em seguida por uma etapa de cominuição visando obter uma
particulas necessaria
ao
distribuição de tamanho de
processamento de imas por metalurgia do pó (tamanho médio
de particula da ordem de 5pm).
Um outro processo 12,31, consiste em se obter
diretamente o pó da liga magnética, numa única etapa.
Designado por redução-difusão (R/D) calciotérmica, este
processo consiste na redução do oxido de terra rara pelo
cilcio metalico, seguido da difusdo e formação da liga.
Como a variação da energia de formação cálcio é
ligeiramente menor (mais negat iva) que a do oxido de
neodirnio, o primeiro pode ser utilizado como agente redutor
do segundo. 0 calor desta reação na.o sendo suficiente para
a fusão da liga, esta premanece na forma particulada
eliminando a etapa de blitagem
Em trabalhos anteriores 4,51 real izou-se o estudo
dos parametros de processo para a obtenção da liga
Nclje77138 por R/D calciotérmica empregando como material
de partida 0 óxido de neodfmio (Nd 0 ).
é
Z 3
0 objetivo do presente trabalho é utilizar como
materia-prima o cloreto de neodimio (NdC13) e avaliar a sua
Influ&cia tanto na
reação de R/D, assim como, nas
caracteristicas das particulas das I igas de Nd-Fe-B, em
reatção as ligas obtidas a partir do Nd203.
PRoc ESSO
ALTER NATIVO
DE
OB10-- DE
LIGAS
DE
•
Gljangfel et al.
r
(61 verif icaram que ocorre uma
,aediqão da temperatura
e do tempo da reação de R/D
fa.ci!icitérrnica quando se utiliza o cloreto de neodimio. Isto
%Liti."`a a etapa de remoção da escoria, uma vez que o
Produto
formado, cloreto de cálcio (CaC12), dissolve-se
e°
icrinciRaietarn„te
em egua e ocorre simultaneamente uma lixivia
cikevid° a formagao de dcido cloridrico (HCI) [7.81que descrevem as etapas de redução e
"vuern ser representadas pelas seguintes equações:
30 Ncici
3
/CI Nd
45 Ca
138 Fe
+ 16 FeB
30 Nd + 45 CaCI
2 Nd15Fe 77 B El
(1)
( 2)
Uma vez que a energia de formação (LG°f do CaClz E
capaz de reduzi-lo.
menor do que a do NdC13, o calcio
Essa rota promove a redução do NdC13 na presença dos phs de
ferro (Fe) e da liga Fe-B, que formam então a I iga
Nd Fe B por difusão termica a alta temperatura.
15
8
77
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
As matérias-primas, em forma de ph, utilizadas neste
trabalho foram o cloreto de neodimio (NdC1 31, o ferro
metal ico e a liga Fe-B todos de alto grau de pureza
(99,9%). Convem salientar que o NdC13 foi obtido no 1PEN
pelo processo cloretação a partir do Ndz03. 0 cálcio
metalico (997.), na forma de granulos e com um tamanho media
de 6 mesh, foi cominuido para aumentar o rendimento da
reagao de redução.
Devido seu carater higroscapico o NdC13 foi submetido
a uma secagem em muf la a 400°C por 8 horas.
A concentração em peso de cada reagente, calculada
segundo as equações (1) e (2), foi de 41,34% de NdC1 ,
3
42,77% de Fe, 5,93% de Fe-B e 9,96% de Ca. Numa primeira
serie de experimentos variou-se somente o teor em excesso
de NdCI de 0 a 20% e manteve-se constante o teor em
3
excesso de Ca (50%) para a formagão da liga NclisFe77B8. Em
seguida, variou-se o teor em excesso de 20 a 50% de cálcio
metalico (agente redutor mantendo-se os outros parametros
de processo contantes,
Apas a pesagem os Os foram homogeneizados por 3
horas em um misturador mecanico. 0 produto obtido foi então
introduzido em um cadinho de ago inoxidável, em camadas
alternadas com o calcio metalico. 0 con junto, retorta e
cadinho, foi inserido em um forno vertical.
0 compactado reagido (metal + escorial foi imerso em
agua tridestilada, sob atmosfera controlada de argdnio U,
para a sua desintegração. 0 CaCl2 formado foi removido com
sucessivas lavagens em uma solugao 1:1 de agua deionizada e
Alcoa] ett I ico P.A., até que o pH da solugao f icasse
neutro.
Uma lixivia dcida foi feita imediatamente aphs a
lavagem, visando a remogao dos possiveis oxidos formaclos rta
superficie das particulas, bem como a eliminagao do calcio
residuaNla.
apresentadas
as
sao
condições
I
tabela
referentes
aos
experimentos
realizados neste
experimentais
trabalho.
714
ao
foram cerracterizadas quanto
As lira preetefsard•rs
de emissão Mica). fases
tear de calcio lespec-trotrafia
raios e espectroaccPia Wis-sbauer),
presentes ldiftsKirz de
e eletrtelcal, granuiometr¡a
morfoiogia taucroscopia Mica laser) e rendimento global.
luce
trnatedo espathameeto ebe
dos Os das ligas de
Tabela I- Discrisainavto
cloreto de neodimio
obticlas a partir de
EXPERIMENT°
2
3
4
i T
1
V
CC)
Nd-Fe-B
da
analise
por
espectroscopla
Mlissbauer
t (h)
"")
NdC1
Ca
3
950
3
50
0
950
3
SO
20
950
3
30
20
950
3
20
20
difuslio nil° foi completa, provaielmente por falta de
neodirnio na reeclio, Entretanto, quando utiliza um teor
ern excesso de claret() de neodintio texp. 2) nao se
observa-se a existência Fe-a late SX em volume) e a fase
Ncl,Fe B (.1 mkioritiria tfig. lb). Também, se verificou
a intensidade relativa destes
semelhante da liga importada (fig. lc ).
—TATE—S--7 sem EXP.
excesso
PRESENTES
EXP . 2
1,2X NdC1
( 7.)
(%)
Lick
3
IMP°RTADA
( 7.)
93
6 .2
0,0
de
Na figura 1 pade-se observar os difratogramas
liga
raios x referentes aos experimentos 1, 2 e da
fusio), resi)ectiviunente. Na figura la
importada (brute
observa-se que a lie* obtida sem excesso de NdC13 (exp. 1)
apresenta Fe-a livre, bent como alguns picos da fase
magnética dura (Ncl,Fe0B), indicanclo que a reagito de
-
Nt
decresce. Estes resultados estão de acordo com os obtid
al
por difração de raios x.
Tibet& II- Resultados
RESULTADOS E DISCUSSOES
que
Na tabela II encontram-se os resultados da analise
por espectroscopla kitissbauer para diferentes concentraot,
de NdC1 3 (exp. 1 e 2). Verifica-se que a fase 0 aumenta corn
a quantidade em excess° de NdC13, enquanto que a fase
pe
picos era
Os rendimentos globais foram da ordem de 917. do valor
por vaporizagdo do cloreto de
te6rico, provavelmente
de R/D calciotermica.
reação
durante
a
neodimio,
A figura 2 apresenta a curva de distribuição
granulometrica e o histograma correspondente A amostra
obtida nas condiçães do exp. 2 (vide tabela 11. 0 tamaaha
media de particula da liga sem moagem foi de 85,78am. Esse
valor E menor do que o encontrado para as ligas de Nd-Fel
processadas a partir do Nd203 039,7p.m) is].
muito
111111111111111MIIIIHIM
111111111111111111111111111/i
111111111111M1111111111//1
1
I:6.0.9).1.40ex
D[v.0.13. tl,S3m
0 v.0-5]• 115,71pa
111111111MIMEMIMMEMO
1111111IMME111111111111111111111
1111111111MMMIUMIROMIIIIIIIN
111111111H1111111111M1111111111111H11111
101111111111111111C111111111111111111.111111
111111111111111/P011111111111111111111111111111
.11111111111M7M1111111111111111111111111119111111111
I000
Tarnonho
•
Fe
•
Cal0m4
•
Neta
de Pert:cute (Joel
•...e
Figura 2- Distribuiçgo granulométrica do pb da liga ;3"d3
nas condiçSes do experimento 2 isern moagern'
tii5
Nas figuras 3 e 4 estão apresentadas as micre_grae
experjrnent0 4
na condiçâo do
do pó da liga
processada
a etapa de lixivia acida.
5
fa5es
Na figura 3a observa-se a presença de dua em
nesta •-ga, a fase
rica 0044
O. majoritaria, e a fase a e
neodimlo,
evidencia
figura 3b, a micrografia
de dominios
Magmeticos caracteristica da foe
aua
dura (0), por luz polarizada.
-.80.0
Na micrografia d a figura 4 pe de-s e obser
apresen`
partfculas
da 00
IY5
constituintes
deste
aglomer &dais.
carliter magrmt"'%res e
devido
ao
es
Flgura I- Dlfratograma
de raios x das
experimentos
igas obtidas nos
2 e da
liga importada.
ostrreagu
nt;aiorres
ti;
Entretanto, esssas aspaorbttícidualass esmão
porosas do que
nos quais se empregou
r aebn:1511
nri
P
o Nd 0 como material de
t
2 3
715
CONCLUSúES
O processo de redução-difusão calciotérmica pode ser
empregado para a obtenção de ligas de Nd-Fe - B,
partindo-se tanto do óxido como do cloreto de
neodímio com vantagens econômicas em relação ao
processo de fusão.
2.
1, como
3
material de partida, mostrou-se bast an te promissor no
processamento de ligas de Nd-Fe-B, com a redução da
temperatura de 1100 para 950 ° C e do tempo de reação
de 5 para 3 horas.
3.
A liga que apresentou os melhores resultados foi a
obtida a 950 ° C por 3 horas com 207. em excesso de
cloreto de neodimio (experimento 2).
4.
A melhor concentração em peso de cálcio metálico foi
de 507. acima daquela requerida estequiométricamente
(exp. 2). Essa concentração é 307. menor do que as das
l igas processadas a partir do Nd 20 3 .
5.
0 tempo para a etapa de desintegração aquosa foi 40
vezes menor do que quando se utilizou o Nd 2 0 3 como
O emprego do cloreto de neodimio (NdCl
a)
material de partida para o processamento de ligas de
Nd-Fe-B.
6.
0 processo apresentou um alto rendimento, sempre
superior a 917., e próximo ao das ligas obtidas a
partir do Nd 203 (>907.).
7.
As partículas destes pós apresentaram uma morfologia
menos irregular e mais porosa indic ando assim, que
menores tempos de mogem devem ser empregados.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a CNPq-RHAE pela concessão da
bolsa de desenvolvimento tecnológico e industrial (D.T.I.)
para a realização deste trabalho.
b)
Figura 3- Micrograf ia da liga de Nd-Fe-B obtida nas
condições do experimento 2:
a) Microscopia ótica sem luz pol ar izada com as
fases: A-fase ¢ e B-fase rica em neodímio;
b) Microscopia ótica com luz pol ar izada.
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Mici
roscopia eletrônica de
varredura da liga
da
segundo as condições do experimento 2.
(
61
Dahl,
Jufan, C.
W.,
Klaar,
S.
H.J.,
Guangfei,
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by Reduction-Diffusion
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3
3
the Reduction-Diffusion Process of Nd-Fe-B
J. Appl. Phys., V. 70 (10), 1991, pp. 6612-14.
2 3
Powders",
SUMMARY
In this work the effect of substitution of neodymium
trichloride (NdCI ) for neodymium oxide (Nd 0 ) on the
3
2 3
reduction-diffusion (R/D) process and the changes in the
particle features of magnetic alloy has been investigated.
Reduction-diffusion treatments at 950°C for 3 hours
with 20% excess content NdC1 and 50% excess content Ca
3
gave the best results (experiment 2).