Otimização da fabricação de ímãs à base de Nd-Fe-B via processo de moldagem de pós por injeção

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014.A utilização de ímãs em automóveis elétricos e híbridos, geração eólica de alta eficiência e motores elétricos de alto rendimento demanda propriedades magnéticas que, atualmente, só são adequadamente alcançadas por super-ímãs à base de TR-Fe-B (TR = Nd, Pr, Dy). A metalurgia do pó é atualmente a técnica empregada na fabricação destes componentes, pois possibilita obter uma microestrutura, aliada a elevados níveis de textura, que permite otimizar as principais propriedades magnéticas. Atualmente, no entanto, outros quesitos vêm sendo impostos, não limitados apenas à sua fabricabilidade e desempenho, mas também à economia de matérias-primas críticas, como os terras-raras Nd, Pr e Dy. Neste particular, o processo de moldagem de pós por injeção (MPI), tem sido apontado como técnica alternativa com potencial de minimizar as deficiências apontadas, e portanto, uma contribuição importante para o estado-da-arte da produção de ímãs à base de TR-Fe-B. No âmbito desta tese procurou-se abordar aspectos relevantes da viabilidade técnica do processo MPI para fabricação de ímãs à base de TRs com propriedades magnéticas similares aos fabricados através do processo estabelecido da metalurgia do pó tradicional. Foram estudados os principais parâmetros do processo, como a definição do sistema ligante e formulação da carga de injeção, os processos termo-químicos de extração dos ligantes, ciclos de sinterização e tratamento térmico. Foi observada direta relação do teor de carbono e oxigênio, após a sinterização, com as propriedades magnéticas finais, de modo que o teor destes elementos buscou ser minimizado com a otimização de parâmetros de processamento. Deste modo, foi possível atingir valores de coercividade superiores a 1500 kA/m. O método de geração de textura cristalina durante a injeção também foi estudado e encontrou-se uma relação do grau de textura obtido com a intensidade do campo de alinhamento e com a carga de sólidos na carga de injeção. Nas condições de processo mais favoráveis, obteve-se um grau de textura de cerca de 95 % e remanência de 1,16 T. A avaliação dimensional dos ímãs sinterizados mostrou que não há distorções ou perda de forma, e que em amostras anisotrópicas a anisotropia do encolhimento é proporcional ao grau de textura presente. O mecanismo de influência do carbono nas propriedades magnéticas foi avaliado através da microestrutura, que identificou que a presença deste elemento em altos teores causa a desproporção da fase 2:14:1 com formação de ferro livre. Já em menores teores, não foi detectada a formação de ferro livre, sendo que a formação de nano-precipitados intragranulares, possivelmente de carbetos de neodímio, pode ser a responsável pela redução da coercividade observada