《NdFeB材料基础知识培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《NdFeB材料基础知识培训课件（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、NdFeB材料基础知识赖 彬联系方式：13880463985主 要 内 容一. 磁学的基本概念与永磁磁参量二. NdFeB稀土永磁材料三.NdFeB磁粉制造工艺磁与文明人类的进步和磁密切相关n 四大发明之一：指南针罗盘（航海）n 第二次工业革命：电力的应用发电机u中国是最早发现 磁现象的国家u炎黄之战（史记）u司南 （梦溪笔谈）uMagnesia稀土永磁材料应用现状 n 稀土永磁钕铁硼材料最重要的应用领域之一是支撑现代 电子信息产业的重要基础材料，与人们的生活息息相关 ，小到手表、照相机、录音机、CD机、VCD机、计算机 硬盘、光盘驱动器，大到汽车、发电机、医疗仪器等， 永磁材料无所不在。 n
2、 1、微特电机（家电、VCM、航空、航天、军工、卫星等 ） n 2、汽车工业（40-100颗永磁电机/辆） n 3、电动汽车（0.5-3kg/辆） n 4、电动自行车（0.3kg/辆） n 5、现代医疗设备（核磁共振成像仪，0.5-3吨/台） n 6、扬声器、耳机等电声元件 n 7、磁悬浮列车（10吨/辆）一些基本概念磁场场是一种看不见见、摸不着的特殊物质质，磁场场不是由原子或分子组组成的，但磁场场是客观观存在的。磁铁铁或电电流周围围存在磁场场，磁体间间的相互作用就是以磁场场作为为媒介的。磁力线：在磁场场中画一些曲线线，曲线线上任何一点的切线线方向都跟这这一点的磁场场方向相同（且磁感线线互不交
3、叉），这这些曲线线叫磁力线线。磁力线线是闭闭合曲线线。规规定小磁针针的北极所指的方向为为磁力线线的方向。磁铁铁周围围的磁力线线都是从N极出来进进入S极，在磁体内部磁力线线从S极到N极。磁场：u磁中性状态：磁体处于磁感应强度B和磁场强度H都为零的状态u磁化过程：处于热退磁状态的磁体在外磁场中磁化，当磁场由零逐渐增加时，磁体的M或B也逐渐的增加的过程。u反磁化过程：磁体在外磁场磁化到饱和后，逐步降低磁场并沿反方向增加磁场，其磁化状态变化的过程。技术磁参量u剩磁Bru矫顽矫顽 力Hcu最大磁能积积（BH)mu其它n剩磁：简单简单 来讲讲就是磁体磁化饱饱和后，取消外加磁场场后磁体剩下的磁场场强度各微晶
4、磁畴之间具有阻碍其磁矩转向的“摩擦”作用，故当外磁场减弱时,磁畴不会按原来变化规律退回原状态,使铁磁物质的磁化强度与外磁场强度不成线性关系,出现磁滞现象。当外磁场消失后,磁畴仍偏离随机分布,保留下部分被磁化时的排列形式,而使其留下部分宏观磁性,表现为 剩磁现象剩磁一般用Br或Mr来表示 。剩磁矫顽力n概念：矫顽力指在磁铁饱和磁化后，对其消磁，使其磁感应强度或磁化强度减到零所需要的磁场强度。n矫顽力分为两种，Hcb和Hcj。第一种，Hcb,称为磁感矫顽力，也可以简称为矫顽力，它指的是使磁体的磁感应强度降到0所需要的外加磁场，采用这种方法，撤销外磁场后磁铁仍具有磁性；第二种，Hcj,称为内禀矫顽力
5、,它指的是使磁体的磁化强度降到0所需要的外加磁场，采用这种方法，撤销外磁场后磁铁不再有磁性。n矫顽矫顽 力反映了磁化强度从剩磁Mr减到M=0反磁化过过程的难难易程度。矫顽矫顽 力代表磁性材料抵抗退磁的能力，也就是阻止畴壁反向运动动的能力。最大磁能积(BH)mn概念：就是把退磁曲线上每一个点的纵坐标B值和横坐标H值乘起来，乘积最大的那一个就是最大磁能积。n永磁材料主要利用的就是它在气隙中产生的磁场，而该磁场的大小是与磁能积成正比的，磁能积越大，磁铁产生的磁场越大。(BH)m主要取决于剩磁Br和矫顽力Hc的大小，剩磁越大，矫顽力越大，磁铁的磁能积越大。磁稳定性n定义：指磁体能够保持剩余磁化强度的程
6、度。n稳定性是永磁材料的重要参数。n稳定性分类： 温度稳定性 化学稳定性 时间稳定性 外磁场稳定性u外界条件的变化主要引起磁性能两方面的变化：一种是磁畴结构的变化，这种变化是可逆的，即是可恢复的；另一种是永磁体组织结构的变化，这种变化是不可恢复的。温度稳定性n温度稳定性：指由所处环境温度改变而引起的永磁体磁性能的变化程度B0B0段为不可逆损失，B1B0段为可逆损失 n磁体温度稳定性衡量方法： 剩磁温度系数Br 矫顽力温度系数Hcj 磁通不可逆损失hirrn公式为：在20100范围，NdFeB三元合金的剩磁可逆温度系数 为-0.126%/ ，矫顽力温度系数 为-0.5%/ -0.7%/ 化学稳定
7、性n化学稳定性：所谓化学稳定性是指永磁材料的抗氧化和耐腐蚀程度nNdFeB磁体的腐蚀主要来自两个方面：化学腐蚀(即氧化)和电化学腐蚀，其中电化学腐蚀是主要的n对于NdFeB磁体，红锈、白锈就是属于明显的化学腐蚀n提高磁体化学稳定性的方法： 改变成分:添加某些合金元素如Co、Ni、Al和Cr等，同时在工艺中尽量提高密度、减少气孔； 对磁体进行表面处理，如电镀、化学镀等表面处理，可使磁体获得实用的耐腐蚀性能,银河采用就是电泳加喷涂的方法对磁体进行涂层时间稳定性n时间稳定性：将永磁体放在一定的温度下长期放置，测量其磁性能随时间的变化N40烧结NdFeB磁体20磁时效数据n一般说来，永磁体充磁饱和后，
8、只是在初始的12小时内略有下降，其后即使经过510年磁性能也基本不变。其时间稳定性数值依成分、实验条件、和尺寸比的不同略有差异外磁场稳定性n外磁场稳定性：磁体在动态退磁场中的稳定性n电机用磁体，在工作过程中会受到电枢磁动势对其反向退磁的影响，由于工作点是在回复线上往返变化，就使得磁体处于循环退磁状态。要求我们在做电机磁路设计时，不但要考虑温度变化的影响，还要考虑到动态退磁的附加影响稀土永磁材料u什么是稀土永磁材料？稀土永磁材料是不同的稀土族元素（如Sm、Nd、Pr等）和过渡族金属（如Fe、Co、Ni等）组成的金属间化合物。u 为什么要选用稀土永磁材料？稀土元素能够产生很高的矫顽力，而3d族元素
9、能够产生很高的剩磁，同时有很高的居里温度，二者的结合有望得到综合性很好的永磁合金。u 稀土永磁材料有什么特点？稀土永磁体不仅具有很高的剩磁感应强度，很高的磁能积，而且具有很高的矫顽力，这一点是当今任何永磁材料所无法相比的。u 稀土元素分类：轻稀土（又称铈组）包括镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd；重稀土（又称钇组）包括铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu、钪Sc、钇Y稀土永磁材料的发展史n尽管人类对磁性材料的认识历程已有两千多年，但磁性材料的发展与应用取得重大进步源于十九世纪末二十世纪初。n从十九世纪初到现在，永磁体的最大磁能积取得飞跃式的发展。到
10、现在为止稀土永磁材料已经发展了三代。n1967年，K. J. Strnat用粉末冶金方法成功的制备了1:5型钐钴永磁材料 ，这标志着第一代稀土永磁材料的诞生。n七十年代，第二代是2:17型钐钴永磁材料诞生，其最大磁能积可达30 MGOe。n八十年代，第三代稀土永磁材料为NdFeB永磁材料诞生，具有剩磁高、矫顽力高、磁性能高等优点，被誉为“磁王”。稀土永磁材料的分类SmCo永磁材料：包括SmCo5 和 Sm2Co17 两大类；NdFeB永磁材料；稀土铁氮（RE-Fe-N系）或稀土铁碳（RE-Fe-C系）永磁材料nSmCo磁体的磁能积在1530MGOe之间，有着优良的优良的温度特性和耐腐蚀性。 S
11、mCo磁体，尽管其磁性能优异，但含有储量稀少的稀土金属钐和稀缺、昂贵的战略金属钴，因此，它的发展受到了很大限制。n在航空航天器件的应用中，对SmCo磁体的最高使用温度提出新的要求高达450。我国稀土永磁行业的发展始于60年代末，当时的主导产品是钐-钴永磁，目前钐-钴永磁体世界销售量为630吨，我国为90.5吨（包括SmCo磁粉），主要用于军工技术。nSmCo磁体的剩磁为0.8-1.2T，最大工作温度为250-350，剩磁温度系数为-0.040.01。SmCo磁体的特点NdFeB永磁材料的特点n NdFeB磁体的特点钕铁硼稀土永磁材料是由铁（Fe，64%）、硼(B，1%)和稀土钕（Nd，32%）
12、、镨(Pr)、镝(Dy)等元素构成的合金，具有高剩磁、高磁能积、高矫顽力、质量轻、成本低等特性，被誉为“磁王”，是迄今为止性价比最高的磁体材料，有利于磁性元件向轻型化、薄型化、小型化及高效化发展，产值占据世界稀土永磁材料产值的90%左右，是永磁材料市场中的主导者。烧结钕铁硼磁体的理论磁能积为512kJ/m3，约为64MGOe，是稀土永磁材料中最有代表性的一类材料，也是目前实现产业化磁能积最高的一类磁体n NdFeB 晶体结构是四方晶系。整个晶体可看作是富Nd和富B原子层以及富Fe原子层交替组成的。 NdFeB永磁材料具有很强的单轴各向异性，其易磁化方向是【001】方向Ms=1.6T、Tc=31
13、2、HA=5840kA/mNdFeB磁体的生产工艺n 块体NdFeB磁性材料的生产方法p烧结法，又称为粉末冶金法烧结NdFeB磁体占稀土永磁材料市场份额的80-90%。p粘接法粘结NdFeB磁体占稀土永磁材料市场份额的10-15%，快淬磁粉是用来生产粘结磁体的主要原料。p热压法，又叫热变形法、热流变法具有很大的发展潜力，其磁性能可以与烧结NdFeB磁体相媲美，同时具有烧结磁体没有的一些优势。n 粉体NdFeB磁性材料的生产方法p快淬法在真空快淬炉中，将母合金熔液细流喷射到一个旋转冷却辊上制成非晶或部分非晶的快淬薄带的方法pHDDR法把母合金铸锭装入容器中，抽真空后通入氢气加热发生一系列反应最后
14、生成磁粉的方法p机械合金化法利用高能球磨机将原料进行球磨，利用它产生的高温让其发生固相反应生成磁粉的方法p磁控溅射法、气体雾化法等n在实验室制备的烧结NdFeB磁体能够达到的最佳磁性能为：(BH)m=59.5 MGOe，Br=15.55 kGs, Hcj =8.2 kOe。n开发高性能永磁体的重要措施是提高主相（Nd2Fe14B）的体积百分含量，同时严格控制磁体的微观结构，以保持较高的矫顽力。合理的成分设计、严格的低氧工艺、先进的制粉手段、适当的热处理制度等工艺方法是生产高性能烧结NdFeB磁体的必要条件。n烧结Nd2Fel4B永磁材料具有优良的磁性能，但是烧结磁体也存在缺点，如磁体太脆，机械
15、加工性能不好，从而使烧结钕铁硼的应用受到了一定的限制烧结法制备NdFeB磁体粘结法制备NdFeB磁体n粘结NdFeB磁体的优势：具有成本低、生产效率高、可加工性好、尺寸精度高、易于大批量自动化生产等特点，能够很好的满足电子信息整机“轻薄短小化”的要求。n粘结钕铁硼磁体目前主要采用注射成型和压缩成型两种工艺，它的性能，不仅取决于磁粉的性能及其制造技术，而且也与粘合剂、助剂、原料配方、混炼技术、磁粉取向技术、成型工艺设备、模具设计、充磁技术密切相关。n粘结磁体的剩磁Br和磁能积(BH)m较低，从而限制了粘结磁体的应用和发展。n既不失去粘结永磁材料的便利性，又能具备高磁性能的各向异性磁体就为人们所期
16、待，这就导致了人们对各向异性粘结磁体的需求。粘结NdFeB磁体的应用领域全球粘结NdFeB磁体产量分布热压法制备NdFeB磁体n热压法具备粘结磁体的易成型特点，又具备烧结磁体的全密度各向异性等特点，并且生产时间短、成本低，是制备全密度各向异性NdFeB磁体的重要方法n热压法根据工艺分为一步热变形法、热压/热变形法、SPS热压/热变形法、电流辅助热压/热变形法等。n根据不同的原料磁粉，热压法通常又可分为：快淬-热压-热变形法、机械合金化-热压-热变形法、HDDR-热压-热变形法等。其中NdFeB快淬磁粉是生产热压（热流变）磁体最重要的原料 。n热压法制备的高性能NdFeB磁体的最大磁能积(BH)m可达到54.4 MGOe，其矫顽力Hcj为12.5 kOe 。母合金熔炼快淬制粉热压 650C热变形热压法制备NdFeB磁体热压热变形=1/79.6Oe1kJ/m3=1/7.96MGOeCGS单位制SI单位制SI单位制换算 至CGS单位制磁粉生产各工序的功能 铸片熔炼 快淬 晶化铸片熔炼 熔炼技术 真空
