釹鐵硼稀土永磁材料

稀土永磁材料是指稀土金屬和過渡族金屬形成的合金經(jīng)一定的工藝制成的永磁材料。稀土永磁材料已在機械、電子、儀表和醫(yī)療等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。釹鐵硼磁性材料，作為稀土永磁材料發(fā)展的最新結(jié)果，更因其優(yōu)異的磁性能而被稱為“磁王”。第一頁，共21頁。稀土元素稀土元素有17種，分別表示如下：鈧（Sc）釔（Y）鑭（Ca）鈰（Ce）鐠（Pr）

釹（Nd）钷（Pm）釤（Sm）銪（Eu）釓（Gd）鋱（Tb）鏑（Dy）鈥（Ho）鉺（Er）銩（Tm）

鐿（Yb）

镥（Lu）在釹鐵硼產(chǎn)品中常用的稀土金屬有：釹、鐠、鏑、鋱、釓、鈥第二頁，共21頁。稀土金屬的分布據(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。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。第三頁，共21頁。磁性材料主要運用的磁性材料有鐵氧體、鋁鎳鈷、釤鈷和釹鐵硼。釤鈷和釹鐵硼合稱稀土永磁材料。目前世界上應(yīng)用最多的還是鐵氧體，產(chǎn)品廉價，其次是釹鐵硼；鋁鎳鈷和釤鈷的溫度穩(wěn)定性比釹鐵硼好，因此在一些指針式儀表、軍用品和高檔消費品中還離不開鋁鎳鈷和釤鈷材料。鐵氧體的居里溫度為465℃，釹鐵硼的居里溫度為310℃，鋁鎳鈷的居里溫度為800℃，釤鈷的居里溫度在700——800℃之間，因此釹鐵硼的溫度穩(wěn)定性最差，但性能最高，被稱為“磁王”，目前磁性材料的生產(chǎn)有燒結(jié)和粘結(jié)兩種工藝，粘結(jié)由于加了粘合劑磁性能不會高，但產(chǎn)品精度較高。第四頁，共21頁。釹鐵硼永磁材料的用途第五頁，共21頁。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。第六頁，共21頁。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。第七頁，共21頁。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、MP4）、電話接收機及電聲傳感器等等。第八頁，共21頁。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、永磁搬運機等第九頁，共21頁。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。第十頁，共21頁。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、原材料處理中得到了廣泛應(yīng)用。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(xué)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。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3——4噸第十一頁，共21頁。釹鐵硼材料的基本特性及其顯微組織結(jié)構(gòu)第十二頁，共21頁。釹鐵硼永磁體的主要原材料有稀土金屬釹,金屬元素鐵和非金屬元素硼(有時會添加鋁,鈷,鐠,鏑,鋱,鎵等),一般表達式為:RE2TM14B(RE=Nd,Pr,DyTM=Fe,Co)釹鐵硼三元系永磁材料是以Nd2Fe14B化合物作為基體的,其成分應(yīng)與化合物Nd2Fe14B分子式相近。但完全按Nd2Fe14B成分配比時,磁體的磁性能很低，甚至無磁，只是實際的磁體當中釹和硼的含量比Nd2Fe14B化合物的釹和硼含量多時(即形成富釹相和富硼相)才能獲得較好的永磁性能。大量的組織觀察表明,燒結(jié)釹鐵硼系的合金顯微組織具有以下特征：(1)基體相(主相)的晶粒呈多邊形;(2)富B相以孤立塊狀或顆粒狀存在;(3)富Nd相沿晶界或晶界交耦處分布;(4)另外在基體中還有其他雜質(zhì),氧化物相和空洞等。第十三頁，共21頁。金屬特性

燒結(jié)釹鐵硼是固體，密度7.2—7.7g/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(dǎo)體可電鍍。強的永磁體燒結(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。物理量的概念和參數(shù)1、居里溫度（Tc表示）居里溫度的概念：強鐵磁體由鐵磁性或亞鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度稱為居里溫度或居里點Tc。釹鐵硼的居里溫度點是312攝氏度，Tc是磁性材料的重要參數(shù)，Tc高材料的工作溫度可提高，也可提高磁性材料的溫度穩(wěn)定性。加鈷、鋱、鏑等可提高磁性材料的居里溫度，因此在高矯頸力的產(chǎn)品中（H、SH、……）都加有鏑等提高Tc的材料。第十四頁，共21頁。釹鐵硼的制造工藝熔煉按工藝的不同分為常規(guī)熔煉（20kg、30kg、50kg、100kg）和甩帶爐（100kg、300kg、500kg）兩種。首先裝料再抽真至1Pa以下，開始送低功率加熱，邊加熱邊繼續(xù)抽氣，隨溫度升高，吸附狀態(tài)的氣體，水份逐漸解吸而被抽出，至爐料普遍呈現(xiàn)暗紅色，關(guān)閥充入氬氣，進行增功率升溫到爐料全部熔化，并進行5分鐘左右的精煉，精煉完畢減功率并進行澆注，澆注時澆口應(yīng)對準冷卻模，澆注完畢并進行冷卻。合金錠放置和運輸過程要注意雜質(zhì)的進入如：手套的絲、空氣中的灰塵等。同時氧氣對合金有破壞作用，氧滲透進去，使釹變成氧化釹；水氣對合金有破壞作用，水碰到釹會生成釹的氧化物和氫化物，因此熔煉過程要防雜質(zhì)、防氧化。第十五頁，共21頁。釹鐵硼的燒結(jié)成型或等靜壓后生坯不具備高永磁性能的顯微組織,為了進一步提高密度改進粉末顆粒之間的接觸性質(zhì),提高強度,使磁體具備高永磁性能的顯微組織特征,需要將壓坯加熱到粉末基體相熔點以下的溫度進行一段熱處理

燒結(jié)爐應(yīng)具有良好的密封性,泄漏率低,因此經(jīng)常應(yīng)密閉抽真空保持以防氣體,水汽的吸附,切忌產(chǎn)品取出后讓爐門敞開著,長時間與外界空氣、水汽接觸.剝油箱也一樣應(yīng)及時關(guān)閉,防止水汽的吸附,影響產(chǎn)品性能.第十六頁，共21頁。燒結(jié)工藝分燒結(jié)和時效兩段工藝,燒結(jié)溫度,甩帶氫碎料大約在1050℃~1085℃之間,鑄錠氫碎大約在1070℃~1095℃之間,鑄錠料在1100℃~1135℃之間,時效分二段時效機制890℃~920℃和500℃~630℃二段,從燒結(jié)和時效到出爐整個工藝過程下來一般要20~38小時之間.后加工Nd-Fe-B坯料由于受生產(chǎn)因素的影響，尺寸精度都不能直接達到客戶要求，須進行后續(xù)加工后才能滿足客戶要求。電鍍由于釹鐵硼產(chǎn)品防腐蝕性能比較差，因此必須進行表面處理。第十七頁，共21頁。

表面處理的形式a.鍍鋅：藍白鋅、白鋅、彩鋅、黑鋅。按環(huán)保要求又可分三價鉻鋅（環(huán)保鋅）和六價鉻鋅。b.鍍鎳：亮鎳、黑鎳之分，目前鍍鎳都是鎳銅鎳三層電鍍方式c.電泳（環(huán)氧鍍）：黑環(huán)氧、灰環(huán)氧之分d.磷化e.鍍金、鍍銅、鍍銀、鍍錫等第十八頁，共21頁。信賴性試驗1.跌落試驗：用膠水把產(chǎn)品和鐵皮粘在一起，從1~1.5m空中自由落下并進行多次重復(fù)，看鍍層有沒有脫落，跌落試驗基本上是驗收鍍鋅產(chǎn)品。2.劃格試驗：用刀對鍍層進行劃格，看鍍層的結(jié)合情況（鍍鋅、鍍鎳都可以）。3.激冷激熱試驗：把電鍍鎳后的產(chǎn)品放在烘箱進行加熱（200℃左右），然后放在水里激冷，這樣幾個循環(huán)，以檢驗鍍鎳產(chǎn)品的結(jié)合力。4.PCT試驗：（壓力煮試驗）條件：2個大氣壓，95%相對濕度，121℃溫度時，檢驗鍍層的結(jié)合力。5.失重試驗：Nd-Fe-B由于易氧化，不同的工藝和不同的添加元素，及不同的工藝控制，失重是不一樣的，失重試驗的單位是每平方厘米失去多少毫克的重量，美國和歐洲的標準不太一樣。美國要求：PCT：2atm（大氣壓）95%RH（濕度）121℃，96小時，要求失重為10mg/cm2以下歐洲要求：Hast試驗：3atm（大氣壓）95%RH（濕度）130℃，240小時，要求失重為10mg/cm2以下顯然歐洲的標準嚴格得多，而目前國內(nèi)傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的Nd-Fe-B產(chǎn)品PCT試驗大部分為80~300mg/cm2，如果添加鈷同時控制工藝常規(guī)工藝也可達到10mg/cm2以下。如果用其他工藝則相對好控制。6.鹽霧試驗：條件是5%的氧化鈉，35℃溫度，連續(xù)噴霧48小時或72小時，鍍層是否有腐蝕物。7.恒溫恒試：90%濕度，80℃溫度；衡量環(huán)氧產(chǎn)品的防腐蝕性能。8.老化試驗：把產(chǎn)品加熱到某一溫度，保持1-2小時，取出冷卻，把加熱前的磁通和加熱