磁性材料知識(shí)問答（知識(shí)類8-14）

8. 如何判斷磁鐵產(chǎn)品的優(yōu)劣?

最全面的判斷方法：一、磁鐵性能;二、磁鐵尺寸；三、磁鐵鍍層。

首先，磁鐵性能的保障來自原料生產(chǎn)過程的控制

1、根據(jù)企業(yè)制造高檔或中檔或低檔燒結(jié)釹鐵硼的要求，按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原材料成分來選購原料。

2、生產(chǎn)工藝的先進(jìn)與否直接決定磁鐵的性能品質(zhì)。目前最先進(jìn)的技術(shù)是鱗片鑄錠(SC)技術(shù)、氫破碎(HD)技術(shù)和氣流磨(JM)技術(shù)。小容量的真空感應(yīng)冶煉爐(10kg、25kg、50kg)已被大容量(100kg、200kg、600kg、800kg)真空感應(yīng)爐所替代。SC(StripCasting)速凝鑄片技術(shù)已逐漸替代大鑄錠(冷卻方向的厚度大于 20-40mm 的鑄錠)，氫破碎(HD)技術(shù)和氣流磨(JM)取代了顎式破碎機(jī)、盤磨機(jī)、球磨機(jī)(濕法制粉)，保障了粉末的均勻性，并且有利于液相燒結(jié)和晶粒細(xì)化。

3、磁場取向上，我國是世界上唯一采用兩步壓制成型的國家，取向時(shí)用小壓力垂直模壓成型，最后采用準(zhǔn)等靜壓成型，這是我國燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)最重要的特色之一。

4、并且，生產(chǎn)過程質(zhì)量的監(jiān)控是非常重要的，可以通過 SC 片厚度測量和 JM 粉顆粒尺寸分布等檢測方式進(jìn)行管控。中國計(jì)量科學(xué)研究院先后開發(fā)了多種型號(hào)的永磁材料技術(shù)磁參數(shù)測量儀器。脈沖磁場磁強(qiáng)計(jì)(PFM)是一種測試超高矯頑力永磁體的測試儀器，主要是為了適應(yīng)電動(dòng)汽車領(lǐng)域和大型永磁電機(jī)所需求的高矯頑力永磁體。客戶可根據(jù)磁鐵參數(shù) Br(剩磁)、Hcb(矯頑力)、Hcj(內(nèi)稟矯頑力)、(BH)max(最大磁能積)選定自己需要的釹鐵硼牌號(hào)，同時(shí)這四個(gè)參數(shù)即是判定產(chǎn)品是不是按照客戶要求生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

其次，磁鐵尺寸的保障取決于工廠的加工實(shí)力。實(shí)際應(yīng)用的釹鐵硼永磁體形狀是多種多樣的，如圓片、圓柱、圓筒狀(有內(nèi)孔);方片、方塊、方柱狀;瓦狀、扇形、梯形、多角形和各種不規(guī)則形狀等。每一種形狀的永磁體有不同的尺寸，生產(chǎn)過程很難做到一次成型。一般生產(chǎn)流程是：先生產(chǎn)出大塊(大尺寸)的坯料，經(jīng)過燒結(jié)和回火處理后，再通過機(jī)械加工(包括切割、打孔)和磨加工、表面鍍層(涂層)處理，然后進(jìn)行磁體性能、表面質(zhì)量和尺寸精度的檢測，然后充磁、包裝和出廠。

1、機(jī)械加工分為三類：

(1)切割加工：將圓柱、方柱狀磁體切割成圓片狀、方片狀；

(2)外形加工：將圓形、方形磁體加工成扇形、瓦型或有凹槽或其他復(fù)雜形狀的磁體；

(3)打孔加工：將圓棒、方棒狀磁體加工成圓筒狀或方筒狀磁體。其加工方式有：磨削切片加工、電火花切割加工和激光加工。

2、燒結(jié)釹鐵硼永磁元件表面一般要求光滑和達(dá)到一定精度，毛坯交貨的磁體表面需要進(jìn)行表面磨加工。方塊釹鐵硼永磁合金常用的磨加工方法有平面磨、雙端面磨、內(nèi)圓磨、外圓磨等。圓柱常用無芯磨、雙端面磨等。瓦型、扇形和 VCM 磁體則用多工位磨床。

一個(gè)是否合格的磁體，不僅僅需要性能的達(dá)標(biāo)，尺寸公差的控制也直接影響它的應(yīng)用，而尺寸的保障直接取決于工廠的加工實(shí)力。再次，磁鐵鍍層的品質(zhì)直接決定產(chǎn)品的應(yīng)用壽命。實(shí)驗(yàn)得知，1cm3 的燒結(jié)釹鐵硼永磁體放在 150℃的空氣中停留 51 天，將會(huì)全部被氧化腐蝕掉。在弱酸溶液中它更容易被腐蝕。為了使釹鐵硼永磁體經(jīng)久耐用，要求它有 20-30年的使用壽命，其必須經(jīng)受表面抗腐蝕處理，以此抵抗腐蝕介質(zhì)對(duì)磁鐵的腐蝕侵害。目前，燒結(jié)釹鐵硼永磁體制造行業(yè)普遍采用電鍍金屬、電鍍+化學(xué)鍍金屬、電泳涂層和磷化處理等方法，在磁體表面鍍上一層附加隔離物，將磁體表面和腐蝕介質(zhì)隔離開，以防止介質(zhì)對(duì)磁體的侵害。

1、一般以鍍鋅、鍍鎳+銅+鎳、鍍鎳+銅+化學(xué)鍍鎳三種工藝為主，其他金屬鍍種要求，一般都是在鍍鎳后再施以其他金屬電鍍。

2、在一些特殊情況下也會(huì)使用磷化：(1)在釹鐵硼磁體產(chǎn)品因?yàn)橹苻D(zhuǎn)、保存的時(shí)間過長而又不明確后續(xù)的表面處理方法的時(shí)候，使用磷化簡單易行;(2)當(dāng)磁體需要環(huán)氧膠粘結(jié)、涂漆等，膠水、漆等環(huán)氧有機(jī)物的黏結(jié)力需要基體有很好的侵潤性能。磷化工藝可以改善磁體表面的侵潤能力。3、電泳涂層已成為廣泛采用的防腐蝕表面處理技術(shù)之一。因其不僅與多孔磁體表面的結(jié)合力很好，而且具有耐鹽霧、耐酸、耐堿等的腐蝕，防腐蝕性優(yōu)異。但是與噴涂涂層相比其耐濕熱性能較差。

綜上，只有了解了其生產(chǎn)流程，了解產(chǎn)品的要求因素，才能正確的判斷產(chǎn)品的合格性。

9. 幾類常用磁鐵的磁力大小比較？

磁力從大到小排列為：釹鐵硼磁鐵、釤鈷磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵、鐵氧體磁鐵。

10. 不同磁性材料的性價(jià)類比？

鐵氧體：性能低和中，價(jià)格最低，溫度特性良，耐腐蝕，性能價(jià)格比好。

釹鐵硼：性能最高，價(jià)格中，強(qiáng)度好，不耐高溫和腐蝕。

釤鈷：性能高，價(jià)格最高，脆，溫度特性優(yōu)，耐腐蝕。

鋁鎳鈷：性能低和中，價(jià)格中，溫度特性優(yōu)，耐腐蝕，耐干擾性差。

SmCo，鐵氧體，釹鐵硼可用燒結(jié)和粘結(jié)方法制造，燒結(jié)磁性能高，成型較差，粘結(jié)磁鐵成型性好，性能降低很多。

AlNiCo 可用鑄造和燒結(jié)方法制造，鑄造磁鐵性能較高，成型性較差好，燒結(jié)磁鐵較低，成型性較好。

11. 永磁鐵的生產(chǎn)工藝有哪些？

目前涉及各類磁體的生產(chǎn)工藝主要有燒結(jié)、鑄造、粘結(jié)和熱壓熱變形幾種。其中一種工藝可能適用于幾種磁體的生產(chǎn)，但是實(shí)際生產(chǎn)過程中，還要根據(jù)磁體自身特點(diǎn)，進(jìn)行一些工序和細(xì)節(jié)的調(diào)整和改善。下面將這幾類生產(chǎn)工藝進(jìn)行逐一介紹。其中，燒結(jié)工藝是應(yīng)用最廣泛的生產(chǎn)工藝，適用于燒結(jié)釹鐵硼、永磁鐵氧體、釤鈷以及燒結(jié)鋁鎳鈷等磁體的生產(chǎn)。鑄造工藝主要是用于鑄造鋁鎳鈷磁體的生產(chǎn)。粘結(jié)工藝主要用于各類粘結(jié)磁體的生產(chǎn)，如粘結(jié)釹鐵硼、粘結(jié)釤鈷、橡膠磁等。熱變形工藝主要是用于熱壓熱變形釹鐵硼的生產(chǎn)。

（1）燒結(jié)工藝

燒結(jié)工藝是采用粉末冶金的方法，是目前應(yīng)用最廣泛的生產(chǎn)工藝，適用于燒結(jié)釹鐵硼、永磁鐵氧體、釤鈷以及燒結(jié)鋁鎳鈷等磁體的生產(chǎn)。其生產(chǎn)流程簡圖如圖 1 所示。

（2）鑄造工藝鑄造是指將固態(tài)金屬溶化為液態(tài)倒入特定形狀的鑄型，待其凝固成形的加工方式。對(duì)于永磁體而言，鑄造工藝主要用來生產(chǎn)鑄造鋁鎳鈷磁體。相比于燒結(jié)鋁鎳鈷來說，鑄造鋁鎳鈷的磁性能較高，可以加工生產(chǎn)成不同的尺寸和形狀，燒結(jié)鋁鎳鈷的工藝簡單，毛坯尺寸公差小，可加工性好。其生產(chǎn)流程簡圖如圖2所示。（3）粘結(jié)工藝粘結(jié)工藝是將具有一定磁性能的永磁材料粉末與粘接劑和其他添加劑按一定比例均勻混合，然后采用壓制、擠出和注射成型等方法制備復(fù)合永磁材料的一種生產(chǎn)工藝。與燒結(jié)和鑄造永磁體相比，粘結(jié)永磁體的突出優(yōu)點(diǎn)是：尺寸精度高，不變形，無需二次加工；形態(tài)自由度大，可根據(jù)實(shí)際使用需求，造成各種形狀的產(chǎn)品，如長條狀、片狀、管狀、圓環(huán)狀或其他復(fù)雜形狀的產(chǎn)品；便于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)；且產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度高。其缺點(diǎn)是磁性能低，使用溫度不高。粘結(jié)工藝過程中的關(guān)鍵技術(shù)是：磁粉的制備，耦聯(lián)劑與粘接劑的的選擇，粘結(jié)劑的添加量，成型的壓力和取向磁場強(qiáng)度等。粘結(jié)釹鐵硼所用磁粉的制造方法主要有熔體快淬法、HDDR法、機(jī)械合金化法和氣體噴霧法。其中，目前比較流行的是HDDR法。粘結(jié)工藝的生產(chǎn)流程簡圖如圖3所示。

（4）熱壓熱變形工藝熱壓熱變形工藝是另一種生產(chǎn)釹鐵硼磁體的工藝。通過此工藝可生產(chǎn)出各向同性和各向異性釹鐵硼磁體。此工藝生產(chǎn)的釹鐵硼磁體磁性能高，徑向最大磁能積可達(dá)240~360 kJ/m3。且具有高耐熱性，使用溫度可達(dá)180 ℃，磁環(huán)為納米晶結(jié)構(gòu)，密度高，采用環(huán)氧樹脂電泳涂層，耐腐蝕性優(yōu)良。熱壓各向異性輻射取向環(huán)狀磁體主要應(yīng)用于EPS電機(jī)、伺服電機(jī)、電動(dòng)工具電機(jī)，以及各類直流電機(jī)。熱壓熱變形工藝的流程簡圖如下：

12. 燒結(jié)工藝都有哪些工序？

①配料與混合

首先選擇所需的金屬料，按照設(shè)計(jì)好的配比進(jìn)行計(jì)算各種所需原料的質(zhì)量，然后進(jìn)行稱量，稱量前應(yīng)先對(duì)金屬原料進(jìn)行預(yù)處理，以便去除氧化物和其他污染，盡量保證原料的純凈度。稱量后進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠扑樘幚恚瑢追N原材料放置在一起混合，待后續(xù)處理。

②熔煉

熔煉的目的是將純金屬料熔化，并確保合金液“清、準(zhǔn)、均、凈”。“清”是指將所以的金屬料熔清，有些金屬的熔點(diǎn)較高，應(yīng)設(shè)法使他們完全熔清。“準(zhǔn)”是確保合金的設(shè)計(jì)成分，做到成分準(zhǔn)確。而造成成分不準(zhǔn)的原因是金屬的揮發(fā)和氧化損失，為此一般采用真空感應(yīng)爐熔煉，真空度應(yīng)達(dá)到10-2~10-3Pa以上。“均”是指成分均勻。為此一般采用2.5kHz左右的中頻感應(yīng)爐熔煉，它的電磁攪拌能力強(qiáng)。待爐料熔清后，用大功率攪拌一段時(shí)間，以保證成分均勻。“凈”是確保合金液干凈，防止夾雜物和氣體污染。夾雜物的來源主要是爐料本身和坩堝反應(yīng)帶來的污染。

熔煉出來的合金主要有兩種狀態(tài)：一種是鑄錠，另一種是速凝片。生產(chǎn)合金鑄錠的設(shè)備是真空感應(yīng)熔煉爐，生產(chǎn)速凝片的設(shè)備是真空感應(yīng)速凝爐。目前生產(chǎn)過程中比較普遍的是采用真空感應(yīng)速凝爐熔煉出的速凝片。

③破碎、制粉

制粉的目的是將大塊合金錠或速凝片破碎至一定尺寸的粉末，目前主要采用的是氫爆+氣流磨的方法。將熔煉產(chǎn)生的合金錠或速凝片放入爐子中，抽真空至10-2Pa以下，然后充入高純氫氣，使氫氣壓達(dá)到105Pa左右，約20-30min后，就會(huì)聽到爆裂聲，且爐子溫度會(huì)升高。合金吸氫后形成氫化物而使其爆裂，成為氫爆裂，簡稱氫爆，即HD (Hydrogen decrepitation)。磁體發(fā)生氫化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此會(huì)使?fàn)t子溫度升高。HD處理可將磁體破碎成45~355 mm范圍的顆粒，大部分是125 mm左右的顆粒。若經(jīng)過多次吸氫-脫氫循環(huán)處理，可使其粉末顆粒進(jìn)一步降低到10 mm以下。HD采用的設(shè)備是氫破爐。

將HD粉進(jìn)一步采用氣流磨（Jet Milling，簡稱JM），可使分泌破碎至2~5 mm，這樣尺寸的粉末可直接用來制造燒結(jié)磁體。氣流磨制粉是利用氣流將粉末顆粒加速到超音速使之相互碰撞而破碎。氣流磨的常用設(shè)備是氣流磨制粉機(jī)。HD+JM已成為燒結(jié)磁體的重要制粉方法。

13. 哪些因素會(huì)影響磁性能？

環(huán)境溫度：溫度是影響強(qiáng)力磁鐵比較重要的因素之一，在溫度不斷地提升強(qiáng)力磁鐵的磁性的性能將會(huì)大大的越弱，從而導(dǎo)致強(qiáng)力磁鐵磁場相對(duì)越弱，在高溫下強(qiáng)力磁鐵的性能是與溫度的高低成反比關(guān)系，溫度影響網(wǎng)站磁鐵磁性性能的主要的原因是在溫度的影響下，磁鐵內(nèi)部的電子的能力就會(huì)增加導(dǎo)致電子很多電子掙脫了原子核的約束，從而導(dǎo)致做有規(guī)則遠(yuǎn)動(dòng)的電子的數(shù)量減少，從而使得磁鐵消失部分的磁性。

由于燒結(jié)釹鐵硼具有負(fù)的溫度系數(shù)，所以使用環(huán)境的瞬間最高溫度和持續(xù)最高溫度都會(huì)對(duì)磁體本身產(chǎn)生不同程度的退磁，包括可逆的和不可逆的、可恢復(fù)的和不可恢復(fù)的。

環(huán)境濕度：釹鐵硼本身是易腐蝕、氧化的，一般我們采取表面處理的方式來保護(hù)永磁體，但并不能從根本上解決環(huán)境濕度對(duì)磁體的影響。環(huán)境愈干燥，磁體的使用壽命就愈長久。

14. 永磁鐵氧體居里溫度是多少？

據(jù)悉，鐵氧體的居里溫度在450℃左右，通常大于等于450度。硬度在480-580左右。釹鐵硼磁體居里溫度基本都在350-370度之間。但釹鐵硼磁體使用溫度都達(dá)不到居里溫度，溫度超過180-200度磁性能已經(jīng)衰減很多了，磁損也很大了，已經(jīng)失去使用價(jià)值了。