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烧结钕铁硼基础知识培训教材.pdf

上传人:精品资料 文档编号:10907430 上传时间:2020-01-20 格式:PDF 页数:38 大小:1.21MB
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资源描述

1、烧结钕铁硼永磁材料基本知识技术研发中心二零一一年三月烧结钕铁硼永磁材料简介烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序烧结钕铁硼磁体的主要性能参数企业标准介绍了解潜在要求,满足潜在需求内容磁性材料:三大基础功能材料之一软磁材料:钢、铁软磁铁氧体多铁非晶材料硬磁(永磁)材料:铝镍钴 (Al-Ni-Co )永磁铁氧体钐钴 (Sm-Co)烧结钕铁硼(Nd-Fe-B) 永磁材料粘结钕铁硼(Nd-Fe-B) 材料俗称钕铁硼磁体或钕铁硼磁钢一、烧结钕铁硼永磁材料简介钕铁硼永磁材料于1983年在日本和美国被发明,同时日本住友特殊金属和美国通用申报美国和欧洲的专利,两家公司通过专利交换,相互拥有该地区的专利;目前拥有专利的

2、是日本住友特殊金属和Magnequech公司,前者为烧结钕铁硼的专利,后者为粘结粉的专利。我司于2001年购买日本住友特殊金属的专利,从而拥有美国和欧洲的使用权利;国内共有5家公司通过购买或并购取得该专利,其他四家分别为中科三环(天津三环乐喜、宁波科宁达)、北京京磁、北京银纳京科、安泰科技。一、烧结钕铁硼永磁材料简介烧结钕铁硼永磁材料的特点:1、具有非常高的磁性能,号称“磁王”;2、具有非常高的抗退磁能力;3、可以加工成各种形状;4、是一种各向异性的材料;5、使用钕铁硼的器件具有很好的节能效果;6、使用钕铁硼的器件可以做到小型化。烧结钕铁硼永磁材料的缺点:1、磁性能随温度升高降低幅度比较大;2

3、、烧结钕铁硼是脆性材料,难加工;3、烧结钕铁硼耐腐蚀性能差。一、烧结钕铁硼永磁材料简介烧结钕铁硼永磁材料主要应用功能:1、利用钕铁硼材料对钢铁能产生很大的吸力,而用于磁力吸盘、磁分离器、皮包扣等器件;2、通非稳定电流的线圈发生电生磁效应,与磁体产生的磁场相互作用而产生振动,磁体用于喇叭的磁源;3、根据法拉第的磁生电原理,磁体用于发电机的磁源,如风力发电机和各种感应传感器;4、根据带电的导体在磁场中会受到安培力,磁体可作为各种永磁电动机的磁源,如各种钕铁硼电机;5、利用原子尺度的量子的磁物理性质,磁体用作核磁共振仪的磁源。一、烧结钕铁硼永磁材料简介烧结钕铁硼永磁材料典型应用案例:1. IT领域:

4、硬盘上的音圈电机(VCM)、光驱(DVD)上光读头的驱动电机、手机振动马达;2. 发电机:风力发电机;3. 电动机:混合动力汽车驱动电机、变频空调驱动电机、电梯拽引机、直线马达、高档洗衣机驱动电机、自动设备(焊接机器人)上的伺服电机、汽车EPS伺服电机、电动自行车电机;4. 传感器:汽车上的速度传感器(霍尔传感器)、位移传感器;5. 医疗行业:核磁共振仪;6. 其他:音箱、耳机、磁力吸盘、过滤器、皮包扣。一、烧结钕铁硼永磁材料简介坯料生产生产出性能符合客户要求且具有一定形状的坯料;机械加工按客户图纸对坯料进行加工,加工出形状满足客户要求的产品;表面处理按客户要求对磁体进行表面处理,使产品具有客

5、户要求的防腐蚀能力;包装按客户要求对产品进行包装,确保产品完好的传递到客户手中。二、烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序二、烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序坯料生产流程:铸片 氢碎 制粉成型烧结性能检测原材料准备与配料二、烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序二、烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序原材料准备与配料烧结钕铁硼成份:Nd、Fe、B重(轻)稀土:Pr、Dy、Tb等过渡族元素:Fe、Co等微量元素:Al、Cu、Ga、Nb等原材料处理:表面无氧化、干燥、无杂质配料按照配方单,计算不同原材料的使用量,将各种原材料金属(RE、DyFe、Fe、BFe等)置于规定的容器内待熔炼。坯料生产流程A:铸片熔炼采用真空感应

6、熔炼炉将各原材料熔化成合金液。熔炼步骤:装料抽真空预热充氩大功率熔炼小功率搅拌浇铸浇铸步骤将熔炼好的合金液浇铸至中间包内,经浇口至转动的铜辊轮上(铜辊轮采用制冷水冷却,转速约为3550转每分钟),制成厚度约0.20.45mm结晶良好的薄片,落入底部转动的料盘中,通过不断的翻动及风机冷却。铸片质量厚度、色泽、合格率、微观组织坯料生产流程B:铸片图像氢碎(氢爆)步骤:铸片放入大料桶氢碎炉正负压检测吸氢加热抽真空脱氢冷却出炉原理:副相、主相稀土与氢反应,体积巨增,沿晶或穿晶将铸片爆裂,再通过高温释放氢气优点:快速磨粉、控制磁体晶粒坯料生产流程C:制粉步骤:氢碎粉料加剂搅拌气流磨气流磨原理:利用气流将

7、粉末颗粒加速到超音速,相互对撞而破碎1. 主轴2. 加料口3. 侧喷嘴4. 研磨加料5. 底喷嘴6. 涡轮分级器7. 出料口8. 测重传感器9. 粉料碰撞区坯料生产流程D:成型压制目前我司采用钢模加等静压的生产方式,粉料松装密度一般在1.8g/cm3左右,成型后的密度控制在4.04.2g/cm3等静压完成后的密度一般在4.54.9g/cm3左右,成型三个方向在烧结后的收缩比如下 :压制方向约1.18取向方向约1.365模宽方向约1.21坯料生产流程E :成型工艺生产步骤:压机、模具准备(高性能氧含量控制)称粉加料充磁压制成形退磁保压脱模封装检查等静压清洗、检查压机:南通、山西、宁波压机模具:组

8、合模具、自动模具压制方式:手动、自动;垂直、平行压机充磁场强度:1.2-1.8T坯料规格:圆柱、方块为主烧结与时效剥油、烧结工艺:注意点:氧含量、真空度、温度、升降温速率时间:氢碎料高温烧结20-22h,时效514h在烧结过程中,成型毛坯粉末颗粒的物理连接转变为化学连接,磁体收缩而致密,从而使磁体具有所需要的物理性能,如磁性能、力学性能、耐腐蚀性能。坯料生产流程F :烧结钕铁硼坯料检测1、外观与尺寸检测外观:氧化、开裂、变形、缺角尺寸:长、宽、高,内外径密度:排水法测密度2、测试磁体的标准磁性能标准磁性能参数的测试准确性受环境温度、被测样品尺寸影响非常大3、其它性能检测失重、机械强度、磁衰减、

9、磁偏角坯料生产流程G :主要机械加工种类:切片将大块坯料加工成小块,只加工平面线切割将大块坯料加工成小块,主要用于加工曲面和面积比较大的平面平面磨加工对平面进行磨加工,提高尺寸精度成型磨加工精度要求高的曲面超声波打孔加工比较小的孔套孔加工直径比较大的孔倒角将产品的尖角加工成圆角或斜角二、烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序二、烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序主要表面处理方式:电镀镍铜镍(镀镍),分滚镀和挂镀两种,耐腐蚀性能好,能耐高温电镀锌(蓝白锌和彩锌),分滚镀和挂镀两种,使用温度低电泳黑环氧,有机防护层,适用于潮湿环境喷涂灰环氧,有机防护层,适用于潮湿环境喷涂Everlube,有机防护层,耐腐蚀性

10、能好磷化(钝化),用于工序间临时性防护电镀锡、金、银等物理气相沉积(PVD):如镀铝化学气相沉积(CVD):如Parylen二、烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序二、烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序包装 :二、烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序二、烧结钕铁硼永磁材料产品生产工序三、烧结钕铁硼磁体的主要性能参数剩磁(Br):将磁体在外磁场的作用下充磁到技术饱和后撤消外磁场,此时磁体表现的磁感应强度称之为剩磁磁感矫顽力 (Hcb):磁体在反向充磁时,使磁体内部磁感应强度降为零所需的反向磁场强度。但此时磁体的磁化强度并不为零,只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消内禀矫顽力 (Hcj):使磁体的磁化强

11、度降为零所需施加的反向磁场强度磁能积 (BH)max:退磁曲线上任何一点的B和H的乘积,而BH的最大值称之为最大磁能积膝点矫顽力 (Hk) :使磁体的磁化强度降低10(或5)所需施加的反向磁场强度方形度:Hk与Hcj的比值,理论极限为1,我司标准大于0.9HdBdBrHcJHcBdHKBdiPc=Bd/Hd1) 磁通(Flux)(mWb),磁体充磁后,用线圈测试2) 磁矩 (Magnetic moment)(vscm)(磁偶极矩),磁矩与磁通仅存在一个线圈系数的差异,用赫姆霍兹线圈进行测试。测试原理:线圈切割磁力线而产生一个电流信号,通过对电信号进行积分而得出的值磁通和磁矩与磁体剩磁(Br)、

12、尺寸、形状(用形状系数Pc值来描述)有关系,数值与测试线圈也有关系;与测试时磁体的温度以及操作员的操作也有关系三、烧结钕铁硼磁体的主要性能参数成品磁性能参数:磁矩(MM)磁通(Flux)/线圈系数磁矩(MM)本质通量密度(Bdi)体积(V)本质通量密度(intrinsic flux density)本质通量密度(Bdi)剩磁(Br)本质通量密度(Bdi)剩磁(Br)当磁体Pc值大于0.5时,BdiBr当磁体Pc值越小,磁体Bdi与Br的差值越大,二者之间的函数关系非常复杂磁通、磁矩与 Br的对应关系的确定:磁通一般用套板测定,只能表述磁性能的相对量,与Br只能通过比对法进行对应,即有一块已知B

13、r和体积的产品,去测磁通,从而建立对应关系,在Br一定及同一套板、磁通计、测试环境稳定、操作手法固定下,磁通与体积基本成正比。磁矩需使用赫姆霍兹线圈进行测定,主要是为了固定线圈系数,消除线圈误差。磁矩与Br的推算方法:计算磁体Pc值,计算磁体Bdi,根据积累的数据,将Bdi修正为一个参考Br,然后用此Br生产产品,再测定磁矩,再修正该产品的Bdi与Br的差值,从而准确建立磁矩与Br的对应关系;磁矩的波动范围主要考虑Br 的波动范围与体积的波动范围,二者的累加即可得出一个初步的范围。3) 表磁 (Surface Flux)(Gs):磁体表面及周围空间某一点的磁性,简单公式只能计算圆柱与方块的中心

14、点的表磁(表面的最小值),其他点的表磁需通过有限元的方法进行计算。表磁为采用霍尔探头测试,霍尔片在磁场下输出一个电压信号,电压与磁场强度(B)成线性关系。4) 磁通(磁矩)温度不可逆衰减系数:是指磁体在某一温度下放置一段时间,磁通(磁矩)的下降百分比;该值主要决定于磁体的内禀矫顽力(Hcj)、表面处理方式、尺寸和形状系数。5) 磁偏角:磁体内的实际磁化方向与理论磁化方向间的角度,使用3D线圈测试。6) 吸力 :磁体与钢铁相互作用的力,决定于磁体的剩磁(Br)、钢铁的材料以及接触方式。成品磁性能参数:磁性能参数转换关系中文名称 英文简称单位SI 单位CGS CGS / SI剩磁Br T kGs

15、10感应矫顽力Hcb kA/m kOe 4/103内禀矫顽力Hcj, Hic kA/m kOe 4/103磁能积BH max kJ/m3MGOe 4/102表磁H kA/m kOe 4/103磁通Wb, Vs Mx 108磁矩Mm A.m2Vs.cm 103磁化强度M T kGs 10Gs与 Oe是同数值,但物理意义不一样的两个单位,即可用1Gs和1Oe描述磁场的大小相等。103/4=79.61) 居里温度 : Tc310350 2) 最高工作温度 : Tw,指磁体样柱107在该温度下3h冷态衰减5%;实际适用最高工作温度受产品形状因子(Pc)、成份、组织结构、表面处理等的影响3) 温度系数 (20T)Br温度系数: =B/T100% 单位:%/Hcj温度系数: =H/T100% 单位:%/4) 热膨胀系数 :/5) 热导率 :W/(m . )6) 比热容 :kJ/(kg. ) 烧结钕铁硼温度特性参数:三、烧结钕铁硼磁体的主要性能参数

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