大學生釹鐵硼知識培訓技巧

1、釹鐵硼永磁材料講義 二一三年七月十日前 言v釹鐵硼材料一種稀土永磁材料，是含稀土的釹鐵硼材料一種稀土永磁材料，是含稀土的合金或金屬間化合物，化學性質(zhì)活潑，有較合金或金屬間化合物，化學性質(zhì)活潑，有較強的氧化性，在生產(chǎn)過程中，其粉末材料很強的氧化性，在生產(chǎn)過程中，其粉末材料很容易氧化燃燒，我們現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝是利用容易氧化燃燒，我們現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝是利用其吸氫特性以及吸氫后的易碎性采用氣流磨其吸氫特性以及吸氫后的易碎性采用氣流磨制成釹鐵硼微米級粉體，然后經(jīng)過磁場成型制成釹鐵硼微米級粉體，然后經(jīng)過磁場成型以及真空燒結(jié)成釹鐵硼毛坯。以及真空燒結(jié)成釹鐵硼毛坯。 一、一、稀土元素稀土元素v1、稀土元素有、稀土

2、元素有17種，分別表示如下：種，分別表示如下：鈧（鈧（Sc） 釔（釔（Y） 鑭（鑭（Ca） 鈰（鈰（Ce） 鐠（鐠（Pr） 釹（釹（Nd）钷（）钷（Pm） 釤（釤（Sm） 銪（銪（Eu） 釓（釓（Gd）鋱（鋱（Tb） 鏑（鏑（Dy） 鈥（鈥（Ho） 鉺（鉺（Er） 銩（銩（Tm） 鐿（鐿（Yb） 镥（镥（Lu）在釹鐵硼產(chǎn)品中常用的稀土金屬有釹、鐠、鏑、鋱、在釹鐵硼產(chǎn)品中常用的稀土金屬有釹、鐠、鏑、鋱、釓、鈥釓、鈥 v2、稀土金屬是活潑金屬、稀土金屬是活潑金屬v稀土金屬的化學活潑性處于堿金屬（鋰、鈉）和堿土金屬（鎂、鈣）之間，在一定的條件下（鈉很活潑只能保存在煤油中）會產(chǎn)生下列反應(yīng)，并產(chǎn)生大量的

3、熱量，熱量的提供進一步促進反應(yīng)的進行，如： 2Nd + 3O2 2Nd2U3 +Q 2Nd +6H2O 2Nd(OH)3 +3H2 +QNd2O3+3H2O 2Nd(OH)3 +Q從上述方程式可以看出在生產(chǎn)釹鐵硼時要進行防氧化、防受潮,其中防受潮很關(guān)鍵,在潮濕天和下雨天車間應(yīng)充分注意防受潮。v3、稀土金屬的分布v據(jù)資料統(tǒng)計，中國的內(nèi)蒙、江西、浙江、廣東、福建、廣西、湖南等地都發(fā)現(xiàn)了稀土。由于存在的狀態(tài)不同，內(nèi)蒙的包頭稀土是氟碳鈰鑭礦形式存在而且是以輕稀土為主（釹前面的稀土），而江西等是離子型礦形式存在以中重稀土為主。世界的稀土大部分在中國，中國約占了世界稀土的80%，而中國的80%在內(nèi)蒙的包頭

4、。世界上美國、俄羅斯、澳大利亞、越南等國家都發(fā)現(xiàn)了稀土。二、磁性材料二、磁性材料v1、磁性材料的含義： 利用材料所具有的磁特性的一類材料成為磁性材料。它包括硬磁材料、軟磁材料、半硬磁材料、磁致伸縮材料、磁光材料、磁泡材料和磁制冷材料等，其中用量最大的是硬磁材料和軟磁材料。硬磁材料和軟磁材料的主要區(qū)別是硬磁材料的各向異性場高、矯頑力高、磁滯回線面積大、技術(shù)磁化到飽和需要的磁場大。由于軟磁材料的矯頑力低，技術(shù)磁化到飽和并去掉外磁場后，它很容易退磁，而硬磁材料由于矯頑力較高，經(jīng)技術(shù)磁化到飽和并去掉磁場后，它仍然長期保持很強的磁性，因此硬磁材料又稱為永磁材料或恒磁材料。 永久磁體是不用從外部供給電能就

5、能產(chǎn)生磁場的物體，永磁體有天然和人造兩種。 Nd-Fe-B 是人造永磁體。永磁體要求有大的矯頑力矯頑力Hc、大的剩余磁感應(yīng)強度剩余磁感應(yīng)強度Br, 和大的最大磁和大的最大磁能積能積(BH)m。永久磁體具有永磁性，在其周圍能產(chǎn)生磁場并吸引鐵磁材料的物體。人造磁體需要充磁后才具有永磁性。v2、稀土永磁材料的主要類型現(xiàn)代工業(yè)與科學技術(shù)廣泛應(yīng)用的永磁材料有：鑄造永磁材料、鐵氧體永磁材料、稀土永磁材料和其它永磁材料。稀土永磁材料有兩大類、三代產(chǎn)品第一大類是稀土-鈷合金系（即RE-Co永磁），它又包括兩代產(chǎn)品。1996年K.Strant發(fā)現(xiàn)SmCo5型合金具有極高的磁各向異常數(shù)，產(chǎn)生了第一代稀土永磁體1:

6、5型SmCo合金。從此開始了稀土永磁材料的研究開發(fā)，并于1970年投入生產(chǎn)；第二代稀土永磁材料是2：17型的SmCo合金大約是1978年投入生產(chǎn)。它們均是以金屬鈷為基體的永磁材料合金。 第二大類是釹鐵硼合金（即Nd-Fe-B系永磁）。1983年日本和美國同時發(fā)現(xiàn)了釹鐵硼合金，稱為第三代永磁材料，當Nd原子和Fe原子分別被不同的RE原子和其他金屬原子取代可發(fā)展成多種成分不同、性能不同的Nd-Fe-B系永磁材料。其制備方法主要有燒結(jié)法、還原擴散法、熔體快淬法、粘結(jié)法、鑄造法等，其中燒結(jié)法和粘結(jié)法在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛。 從上表可以看出釹鐵硼永磁材料的綜合磁性能最好，并且燒結(jié)法優(yōu)于粘結(jié)法。 三、釹鐵硼的

7、應(yīng)用領(lǐng)域三、釹鐵硼的應(yīng)用領(lǐng)域v1、微波通訊技術(shù)中的應(yīng)用 在雷達技術(shù)、衛(wèi)星通訊、遙控遙測技術(shù)、電子跟蹤、電子對抗技術(shù)中需要用到，磁控電子管、磁控行波管、陰極射線管、環(huán)行器等都要用到釹鐵硼。v2、在電機工程中的應(yīng)用 稀土永磁材料產(chǎn)量的三分之一以上用來制造各種永磁電機。永磁電機的優(yōu)點是省銅、省電、重量輕、體積小、比功率高。電動自行車電機、電腦驅(qū)動電機、車床等的行速與轉(zhuǎn)速的測量電機、電梯的曳引機電機、麻將電機、冰箱空調(diào)電機、風力發(fā)動電機、汽車發(fā)動電機等等應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。NS10 GB40 GB5.25 in.3.5 in.v3、在電聲器件中的應(yīng)用：如揚聲器（喇叭）、話筒、助聽器、立體聲耳機（MP3、

8、MP4）、電話接收機及電聲傳感器等等。 揚聲器和耳機是永磁體傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。稀土永磁材料出現(xiàn)后在同樣輸出功率與音質(zhì)下采用釹鐵硼永磁體可減小尺寸和提高性能。目前稀土永磁揚聲器和耳機已應(yīng)用到高級隨身聽等領(lǐng)域。隨著電聲器材技術(shù)革新向高保真和小型化發(fā)展，要求使用性能更高的磁體，在這個領(lǐng)域，釹鐵硼永磁材料將得到更加廣泛的應(yīng)用。 v4、在磁力機械工程中的應(yīng)用：磁力機械包括磁力傳動器、磁性齒輪、磁制動器、磁夾具、磁力打撈器、磁性軸承、磁力泵、磁性閥、磁封門、磁鎖和永磁起重器、永磁搬運機等。5、在交通運輸工具中的應(yīng)用：利用同性相斥的原理而制造的列車叫磁懸浮列車；現(xiàn)代豪華轎車需要用15-70個永磁器件，如：風擋刮

9、水器電機、油泵電機、開窗電機、門鎖電機、去霧電機、自動汽控器、起動電機等。座椅座椅CD和空調(diào)等和空調(diào)等6、在磁分離技術(shù)中的應(yīng)用：利用磁性方法將鐵磁性物質(zhì)與非鐵磁性物質(zhì)分開的技術(shù)稱為磁分離技術(shù)。磁分離技術(shù)在選礦、選煤、原材料處理、水處理、垃圾處理以及在醫(yī)療、化工工業(yè)和食品工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。7、在磁化技術(shù)中的應(yīng)用：利用磁場對物質(zhì)進行磁化作用，改變被磁化物質(zhì)的鍵合狀態(tài)與性質(zhì)；或改變原子、電子狀態(tài)，促進物質(zhì)的化學反應(yīng)與燃料的燃燒；或改變物質(zhì)的結(jié)晶形態(tài)或凝固點，這一技術(shù)稱為磁化技術(shù)。磁化器、汽車中的節(jié)油器、石油開采中的石油防蠟器等等。8、應(yīng)用于制導系統(tǒng)，采用陀螺儀、加速度表等慣性儀表測量和確定導彈運

10、動參數(shù)，控制導彈飛向目標。9、在磁療和健身器械方面的應(yīng)用：如磁療水杯、磁球、磁療機、磁療鞋、磁療帽、磁療手鐲、項鏈等，還有近年來發(fā)展較快的醫(yī)療設(shè)備核磁共振成像儀（MRI）每臺的用量在34噸，試想中國每個醫(yī)院如果配一臺MRI釹鐵硼的用量應(yīng)該是多少！造價高，運轉(zhuǎn)費用高。高，運轉(zhuǎn)費用高。鐵氧體：鐵氧體：笨重，整個重量達十噸笨重，整個重量達十噸笨重，整個裝置重達笨重，整個裝置重達100t100t左右。左右。釹鐵硼：釹鐵硼：僅需僅需0.50.5噸噸僅需幾噸。僅需幾噸?？傊詮?983年釹鐵硼發(fā)明以來每年都有新的運用領(lǐng)域出現(xiàn)，每年的增幅在30%以上，應(yīng)用前景十分廣闊。四、釹鐵硼的發(fā)展v1、產(chǎn)品的發(fā)展v 釹

11、鐵硼自1983年發(fā)明以來前十年發(fā)展不快，近十年發(fā)展很快。96年中國360噸，日本產(chǎn)量2000 噸，美國產(chǎn)量1000噸，但到了2006年中國產(chǎn)量60000噸，日本產(chǎn)量2000噸，其它國家?guī)缀鯖]有了，全世界釹鐵硼產(chǎn)量燒結(jié)和粘結(jié)合起來有10萬噸左右（其中粘結(jié)2萬噸）。v2、我國燒結(jié)釹鐵硼企業(yè)的分布v 1998年前西方世界比中國發(fā)展快，中國發(fā)展慢。但到目前為止，日本只剩四家企業(yè)、美國只剩一家、歐洲也只剩一家，而中國有一百多家，因此中國是世界釹鐵硼的生產(chǎn)大國，但不是強國。中國釹鐵硼的產(chǎn)量60%在浙江，其它在山西和京津地區(qū)，釹鐵硼的銷售基地在深圳、寧波和北京。v3、燒結(jié)釹鐵硼性能的發(fā)展v 釹鐵硼性能的發(fā)展

12、是依賴于工藝的完善和先進設(shè)備的運用才快速發(fā)展起來的。96年前中國最好的性能為N38，世界最好為N48，而到2006年中國最好為N52世界最好也為N52（規(guī)?；a(chǎn)），性能提高很快，中國的釹鐵硼性能提高更快，中國已經(jīng)逐步從生產(chǎn)大國轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)強國。v4、我國燒結(jié)釹鐵硼生產(chǎn)工藝的發(fā)展v 最早釹鐵硼工藝是濕法生產(chǎn)，用甲苯或汽油作保護劑、球磨生產(chǎn)、性能較低，后來發(fā)展到干法生產(chǎn)（氣流磨）性能得以大力提高，但最好性能也只能是N45，但自從發(fā)明了甩帶（SC）工藝后性能得到了極大的提高，目前批量化做可以達到N52。v5、燒結(jié)釹鐵硼生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展v球磨機到氣流磨，鑄錠到鑄片到氫碎，單式燒結(jié)爐到連續(xù)多式燒結(jié)爐，簡單

13、壓機到自動壓機，設(shè)備發(fā)展工藝突破是釹鐵硼成本降低性能提高的關(guān)鍵。v6、后加工工藝的發(fā)展v 早期釹鐵硼的后續(xù)加工工藝比較單調(diào)而且浪費也大，主要加工工藝有切片、線切割、打孔、無心磨、立磨等，隨著釹鐵硼的快速發(fā)展運用領(lǐng)域的不斷擴大，加工工藝和設(shè)備也發(fā)生了很大變化，套孔（提高了材料的綜合利用率）、套瓦、磨瓦雙面磨等新的加工工藝被廣泛運用，為釹鐵硼降低成本，提高精度創(chuàng)造了條件。五、釹鐵硼材料的基本特性五、釹鐵硼材料的基本特性v（一）永磁材料基本性能v永磁材料的主要性能是由以下幾個參數(shù)決定的v（1）最大磁能積（(BH)max）：最大磁能積是退磁曲線上磁感應(yīng)強度和磁場強度乘積的最大值。這個值越大，說明單位體

14、積內(nèi)存儲的磁能越大，材料的性能越好。v（2）飽和磁化強度（Ms：是永磁材料極為重要的參數(shù)。永磁材料的飽和磁化強度越高，它標志著材料的最大磁能積和剩磁可能達到的上限值越高。v（3）內(nèi)稟矯頑力（Hcj）：鐵磁體磁化到飽和后，使它的磁化強度或磁感應(yīng)強度降低到零所需要的反向外磁場稱為矯頑力。它表征材料抵抗退磁作用的本領(lǐng)。v（4）剩磁（Br）：鐵磁體磁化到飽和并去掉外磁場后，在磁化方向保留的剩余磁化強度或剩余磁感應(yīng)強度稱為剩磁。v（5）居里溫度（Tc）：強鐵磁體由鐵磁性和亞鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度稱為居里溫度或居里點。居里溫度高標志著永磁材料的使用溫度也高。v（二）金屬特性v 燒結(jié)釹鐵硼是固體，密度

15、7.27.7g/cm3,熔點大約在1150攝氏度(微量元素的不同熔點也不同),是金屬導體可電鍍.。v（三）強的永磁體v 燒結(jié)釹鐵硼的理論磁能積為64MGOe，飽和磁化強度為1.6T，而目前國內(nèi)外批量化生產(chǎn)中最大的磁能積為52MGOe。v（四）燒結(jié)釹鐵硼按性能的不同可用于不同的溫度（1）燒結(jié)釹鐵硼按內(nèi)稟矯頑力Hcj的不同可分為N料、M料、H料、SH料、UH料、EH料、AH料，按一定的長徑比（L/D0.5）和環(huán)境條件。N料 Hcj12KOe 最高使用溫度為80M料 Hcj14KOe 最高使用溫度為100 H料 Hcj17KOe 最高使用溫度為120SH料 Hcj20KOe 最高使用溫度為150UH

16、料 Hcj25KOe 最高使用溫度為180EH料 Hcj30KOe 最高使用溫度為200AH料 Hcj33KOe 最高使用溫度為230（2）按剩磁Br和最大磁能積（BH）max的不同可分不同的牌號系列如：N35 N38 N42 N45 N48 N50 N52 等35M 38M 40M 42M 45M 48M 50M 52M等六、釹鐵硼生產(chǎn)及設(shè)備1、生產(chǎn)工藝流程 熔煉 粗破 中破配料 氣流磨 混料 甩帶 氫碎 成型燒結(jié) 檢測 后加工2、生產(chǎn)工藝v制備NdFeB系磁體的工藝主要有粉末冶金法（燒結(jié)法）和快淬磁粉及粘結(jié)法兩大類。此處僅介紹燒結(jié)法。因為金屬Nd極容易氧化，所以制備NdFeB磁體的整個工藝

17、盡可能都要在真空或保護氣氛下進行。（1）合金配料v合金配比決定合金的成分。 按需要的合金成份的配比計算各種元素在合金中應(yīng)當有的重量百分比的量。計算完成后，將各元素稱量好，放置到一容器中，待進入下一道工序進行合金冶煉。（2）、熔煉真空速凝熔煉爐是將坩堝、真空速凝熔煉爐是將坩堝、水冷系統(tǒng)封閉在真空室中，水冷系統(tǒng)封閉在真空室中，利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦流利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦流熱做為熱源，在真空或惰熱做為熱源，在真空或惰性氣氛中進行金屬與合金性氣氛中進行金屬與合金的脫氣、熔煉、澆鑄、冷的脫氣、熔煉、澆鑄、冷卻，得到所需合金薄片。卻，得到所需合金薄片。中頻交流電通過真空熔煉中頻交流電通過真空熔煉速凝爐感應(yīng)線

18、圈時，產(chǎn)生速凝爐感應(yīng)線圈時，產(chǎn)生交變磁場，使坩堝中的金交變磁場，使坩堝中的金屬內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，為屬內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，為克服金屬表面的電阻而產(chǎn)克服金屬表面的電阻而產(chǎn)生熱，用調(diào)節(jié)功率來控制生熱，用調(diào)節(jié)功率來控制熔煉溫度的方法，加熱和熔煉溫度的方法，加熱和熔融金屬。利用電磁攪拌熔融金屬。利用電磁攪拌使其混合均勻。澆注過程使其混合均勻。澆注過程中，通過坩堝傾動經(jīng)過中中，通過坩堝傾動經(jīng)過中間包在水冷輥上急冷卻后，間包在水冷輥上急冷卻后，在水冷圓盤上二次冷卻，在水冷圓盤上二次冷卻，使其成為滿足生產(chǎn)需要的使其成為滿足生產(chǎn)需要的合金薄片。合金薄片。（3）氫碎目的：目的：用氫碎爐將釹鐵硼合金用氫碎爐將釹鐵硼合

19、金鑄錠或速凝片破碎成氣流磨所鑄錠或速凝片破碎成氣流磨所要求的合金粉。要求的合金粉?；竟ぷ髟恚夯竟ぷ髟恚豪孟⊥梁辖鹞鼩浜篌w利用稀土合金吸氫后體積膨脹，各晶相產(chǎn)生不同的晶積膨脹，各晶相產(chǎn)生不同的晶格應(yīng)力，使合金沿晶界開裂。格應(yīng)力，使合金沿晶界開裂。吸氫和脫氫是可逆的化學反應(yīng)。吸氫和脫氫是可逆的化學反應(yīng)。氫破特點氫破特點破碎、制粉效率可提高破碎、制粉效率可提高35倍倍.沿晶斷裂，顆粒為單晶，利于提高取向度沿晶斷裂，顆粒為單晶，利于提高取向度.粉末顆粒內(nèi)缺餡少粉末顆粒內(nèi)缺餡少.富釹相彌散分布在顆粒表面富釹相彌散分布在顆粒表面,可實現(xiàn)低溫燒可實現(xiàn)低溫燒.提高磁體的抗蝕能力提高磁體的抗蝕能力.H

20、D工藝研究的焦點在于合金的吸氫和脫氫過程及在后續(xù)工藝中對燒結(jié)工藝的工藝研究的焦點在于合金的吸氫和脫氫過程及在后續(xù)工藝中對燒結(jié)工藝的影響影響; HD工藝使用的焦點是設(shè)備運行的安全性。工藝使用的焦點是設(shè)備運行的安全性。（4）制粉制粉制粉目的：在氮氣保護下目的：在氮氣保護下,將將釹鐵硼中碎料制成粒度為釹鐵硼中碎料制成粒度為3um5um的合格粉體的合格粉體。v混料：混料的目的：將不同批次的細破碎后的粉放入混粉機中進行混粉?；旌玫姆勖芊庋b袋，送入下一道成型工序?；旆鄣哪康氖菍⒉煌蔚姆弁ㄟ^混合使其均勻，從而使最終磁體的磁性一致。（5)成型：包括磁場模壓成型和等靜壓2個工序。成型成型目的：目的：1、將粉

21、末在磁場中壓制成具有一定形、將粉末在磁場中壓制成具有一定形狀和尺寸、一定強度和密度的壓坯。狀和尺寸、一定強度和密度的壓坯。2、指導員工正確操作，提高工作效率，、指導員工正確操作，提高工作效率，加強生產(chǎn)和質(zhì)量的規(guī)范管理。加強生產(chǎn)和質(zhì)量的規(guī)范管理。原理：原理： 粉末在取向場作用下充分取向，由粉末在取向場作用下充分取向，由于各個晶體顆粒自動轉(zhuǎn)向產(chǎn)生位移，于各個晶體顆粒自動轉(zhuǎn)向產(chǎn)生位移，同時在壓力作用下顆粒本身的變形而同時在壓力作用下顆粒本身的變形而增加接觸點和接觸面，使粉體組織的增加接觸點和接觸面，使粉體組織的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化并壓結(jié)成模腔形狀。結(jié)構(gòu)發(fā)生變化并壓結(jié)成模腔形狀。等靜壓等靜壓的原理是將壓型后的坯體裝入一個可形等靜壓的原理是將壓型后的坯體裝入一個可形變的橡皮袋中密封。放到等靜壓腔體中。等靜變的橡皮袋中密封。放到等靜壓腔體中。等靜壓腔體是一個圓柱形的可密封的金屬桶體，內(nèi)壓腔體是一個圓柱形的可密封的金屬桶體，內(nèi)