钕铁硼材料基本知识.pdf

1钕铁硼材料基本知识 主要内容: 第一章 磁物理基础 第二章 磁性材料的发展概况 第三章 钕铁硼的主要特点及应用 第四章 钕铁硼生产工艺及设备 2第一章 磁物理基础 1 物质的磁现象 磁性材料:magnetic material 钕铁硼磁铁:nd-fe-b magnet 铁氧体磁铁:ferrite magnet 牛磁棒:magnetic bar for cattle? 磁力架:magnetic separator 物质的磁性是一个历史悠久的研究领域,约在三千年前就已受到人们的注意中国是最早应用磁性的国家，公元前四世纪，我国制成了世界上最早的指南针，成为中国的四大发明之一磁学史上第一部关于磁性的专著是英国(WGilbert)吉耳伯特的《论磁石》（1600 年），这本书介绍了那时书籍有关的磁性知识然而，磁性作为一门科学却到19世纪前半期才开始发展 1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应，拉开了磁电之间联系的序幕； 1820 年末，法国物理学安培证明通电圆形线圈和普通的磁铁一样具有吸引和排斥的现象 1831 年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象，并提出电磁感应定律，从而揭示电和磁之间的内在联系； 后来，苏格兰科学家麦克斯韦，将电磁的联系建立起严密的电磁场理论。

他发展了法拉第的思想，用数学的形式总结出电场和磁场的联系，即麦克斯韦方程 2 磁性的起源 物质的磁性起源于原子磁矩 原子物理学告诉我们，组成物质的最小单元是原子，原子又由电子和原子核组成电子的排布遵循三大原则：1 洪特规则，2泡利不相容规则，3 能量最低原理原子中的电子绕着原子核进行高速运转，电子运转时同时有两种运动形式，即电子绕原子核的轨道运动和电子绕本身轴的旋转前者叫电子轨道运动，后者叫电子自旋处于旋转运动状态的电子相当于电流闭合回路，必然伴随有磁矩的发生，电子轨道和电子自旋产生的总磁矩称为原子磁矩 3 主要磁物理参数 33.1 磁特性参数 ⑴ 剩磁(Br)：永磁材料在闭路状态下经外磁场磁化至饱和后，再撤消外磁场时，永磁材料的内部磁感应强度B并不会因外磁场H的消失而消失，而会保持一定大小的值，该值即称为该材料剩余磁感应强度Br，统称剩磁 Br=Jr=A(1-β)d/d0cosφ A： 正向畴的体积分数 (1-β)： 主相Nd2Fe14B的体积分数 d/d0： 烧结磁体的实际密度和理论密度的比值 cosφ：Nd2Fe14B晶粒C轴沿取向方向的取向因子(取向度) Js： Nd2Fe14B单晶的饱和磁化强度 ⑵ 磁感应强度(B)：由于介质内部的磁场强度是由磁场H通过介质的感应而表现出来的，为与H区别，称之为介质的磁感应强度B=H+J， 对于非铁磁性介质如空气、水、铜、铝等，其磁极化强度J、磁化强度M几乎等于0，故在这些介质中磁场强度H与磁感应强度B相等。

⑶ 磁场强度(H)：表示磁场强弱的物理量，定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线0.2厘米远处的磁场强度为1Oe 永磁材料用作磁场源和磁力源，主要利用它在气隙中产生的磁场 Hg=(BmHm*Vm/μ0Vg)1/2磁铁在气隙中产生的磁场强度 H 除了与 Vm 、Vg有关外，主要取决于磁体内部的磁能积 ⑷磁能积(BH)max：在永磁材料的 B 退磁曲线上(二象限)，不同的点对应着磁体处在不同的工作状态，B退磁曲线上的某一点所对应的Bm和Hm（横坐标和纵坐标）分别代表磁体在该状态下，磁体内部的磁感应强度和磁场的大小，Bm和Hm的绝对值的乘积（BmHm）代表磁体在该状态下对外做功的能力，等同于磁体所贮存的磁能量，称为磁能积 理论最大磁能积(BH)max=1/4（μ0Js）2 人们通常都希望磁路中的磁体能在其最大磁能积状态下工作 ⑸矫顽力(bHc)：在永磁材料的退磁曲线上，当反向磁场H增大到某一值bHc时，磁体的磁感应强度B为0，称该反向磁场H值为该材料的矫顽力bHc. 4⑹内禀矫顽力(jHc)：当反向磁场H增大到某一值jHc时，磁体内部的微观磁偶极矩的矢量和为0，称该反向磁场H值为该材料的内禀矫顽力jHc。

⑺ Hk:在退磁曲线中0.9Br所对应的内禀矫顽力的数值 方形度: Hk/jHc ⑻ 磁矩:Φ*C ⑼ 磁化率Х=M/H 磁导率=B/H ⑽ 磁力线:处处与磁感应强度方向相切的线，磁感应强度方向与磁力线的方向相同，其大小和磁力线的密度成正比 3.2 温度特性参数 ① 居里温度(Tc) ：当温度升高至某一值时，材料的磁极化强度 J降为0，此时磁性材料的磁特性变得同空气等非磁性物质一样，将此温度称为该材料的居里温度Tc居里温度Tc只与合金的成分有关，与材料的显微 ② 磁体的可工作温度(Tw)组织形貌及其分布无关 在某一温度下永磁材料的磁性能指标与室温相比降低一规定的幅度，将该温度称为该磁体的可工作温度 Tw由于磁性能的这一降低幅度需要视该磁体的应用条件及要求而定，因此，所谓的磁体的可工作温度Tw对于同一磁体来说是一个待定值，也就是说，同一永磁体在不同的应用场合可以有不同的可工作温度Tw显然，磁性材料的居里温度Tc代表着该材料的理论工作温度极限事实上， 5永磁材料的实际可工作Tw远低于Tc ③ 温度系数 剩磁温度系数а=ΔB/ΔT (%/℃) 内禀矫顽力β=ΔH /ΔT(%/℃) 例如：已知一产品 20℃时的剩磁为 1.207T ，内禀矫顽力为 30kOe，120℃时内禀矫顽力为18.7 kOe， 150℃时的剩磁为1.063T, 求此产品在（20℃-150℃）剩磁温度系数，（20℃-120℃）内禀矫顽力温度系数。

计算：利用剩磁温度系数公式а=ΔB/ΔT (%/℃) а=(1.063-1.207)/1.207*(150-20)×100%=-0.092%/℃ 利用内禀顽力温度系数公式β=ΔH /ΔT(%/℃) β=（18.7-30.0）/30*(120-20) ×100%=-0.377%/℃ 我司温度系数标准： а：-0.09-0.13%/℃ β：-0.50-0.80%/℃ ④ 其它参数 膨胀系数：/℃ 热导率：W.(m. ℃)-1 比热容:kJ.(kg. ℃) -1 3.3 其它特性参数 抗压强度：MPa 抗拉强度：MPa 密度：g/cm3 硬度：HV 电阻率：Ω.cm 杨氏模量：N.cm-3 3.4 磁滞回线 当H从正的最大变化到负的最大,再回到正的最大时,B-H或M-H形成了一条闭合曲线,这条闭合曲线叫磁滞回线 6磁滞回线的几点说明：  磁感应强度B和H之间的关系称正常曲线，B=J+H  内禀磁化强度J和H之间关系称为本征曲线  通常用磁滞回线第二象限来分析永磁体的性能，本征曲线 正常曲线都是适用的  比Br低的退磁曲线上的某一点，称为工作点；连接工作点和原点之间的直线称为负载线，表示为Bd/Hd。

3.4 单位换算： 中文名称 英文简称 单位SI 单位CGS SI/CGS 剩磁 Br T kGs 10 感应矫顽力 Hcb kA/m kOe 4π/103 内禀矫顽力 Hcj, iHc kA/m kOe 4π/10 磁能积 BH max kJ/m3 MGOe 4π/103 表磁 H kA/m kOe 4π/103 磁通 Φ Wb, Vs Mx 108 磁矩 Mm A.m2 Vs.cm 103 磁化强度 M T kGs 10 第二章 磁材的发展概况 磁性材料及其应用已为人所知上千年之久，最早的磁性材料历史记载了能够显出很强磁力的天然磁石例如，约在2000多年前，我国古代人民就使用天然 7磁石（主要成份为Fe3O4）制做指南针永磁材料的迅猛发展起始于19世纪末，其主要历程如下： 公元前3——4世纪——最早的记载：“磁石取针”，“磁石召铁”的记载（中国） 战国（公元前2500年）——司南 宋代——罗盘，航海的发展提供了关键技术 1900年代——钨钢制成 1930年代——铝镍钴(铸造铝镍钴,烧结铝镍钴) 1950 年代——铁氧体:钡铁氧体(Bao.6Fe2O3) 、锶铁氧体(Sro.6Fe2O3) 、粘结铁氧体永磁 Br:0.3-0.44 Hcj:3.14-4.39 (BH)max:3.14-4.52 Tc:450℃ 1960年代——1:5型SmCo5钐钴，第一代稀土永磁 Br:0.9-1.0 Hcj:13.82-19.34 (BH)max:3.14-4.52 Tc:450℃ 1970年代——2：17型Sm2Co17钐钴，第二代稀土永磁 Br:0.3-0.44 Hcj:3.14-4.39 (BH)max:3.14-4.52 Tc:450℃ 1983年——钕铁硼，第三代稀土永磁，磁能积理论值为509kJ/m3(64MGOe)。

2 磁性材料的主要分类: 金属磁性材料分为硬磁材料、软磁材料二大类通常将内禀矫顽力大于10kA/m（10Oe）的材料称为永磁材料，将内禀矫顽力小于 0.8kA/m（10Oe）的材料称为软磁材料记录介质介于硬磁和软磁之间 3 铝镍钴的主要特点及应用 ⑴ ▲强度高，抗腐蚀能力强； ▲ 成份均匀，磁特性优秀； ▲良好的温度稳定性（Br的温度系数是各类永磁材料中最小的）； ▲最高使用温度达到500℃； ▲烧结磁体可制造体积小，形状复杂的磁体和复合磁体 ⑵ 铝镍钴主要工艺流程: 铸造铝镍钴:砂模制作+熔炼浇铸+热处理+磨削加工+检验包装 烧结铝镍钴:粉料配比搅拌+压制成型+烧结+热处理+磨削加工+检验包装 ⑶ 铝镍钴的主要系列 8AlNiCo5系列: Br:0.7-1.32 Hcj:0.50-0.74 (BH)max:1.13-7.03 Tc:890℃ AlNiCo8系列: Br:0.8-1.05 Hcj:1.38-2.01 (BH)max:5.02-9.0 Tc:860℃ ⑷ 主要应用 ▲ 内磁式电压电流表、电子式电能表、万用表、流量计等； ▲各类磁性传感器、极化继电器、温度和压力控制器； ▲移动蜂鸣器、助听器、受话器、微型扬声器； ▲汽车点火启动器、汽车和摩托车里程表、永磁电机、吸附器件等； ▲广泛应用于要求稳定性高的航空、航天、军事装置等领域 第三章 钕铁硼的主要特点及主要应用 ①主要特点： ②主要应用 钕铁硼磁体可广泛应用于电动机、发动机、音圈马达、磁共振成像仪、通讯、控制仪表、音响设备等方面。

电声音响占 32%，磁化器占 21%，电机和传感器占31%，磁联轴及磁选机占9%，音圈马达及电度表占5%，其他为2%其最主要的应用领域是 VCM(音圈马达)，目前国外生产的烧结钕铁硼磁体约有一半用于 VCM除 VCM 以外，应用较多的领域是电动机和发电机，随着汽车工业的发展，今后这一领域对钕铁硼磁体的需求量将有较大增长稀土永磁电机市场潜力大，是国内尚未充分开发的巨大领域目前稀土永磁电机约有200万kW，只相当于各类电机总容量4亿kW的0.5%若用稀土高效节电机替代老式J-JO及J2-JO2系列电机的50%，即1亿kW，则约需高性能烧结钕铁硼磁体5万吨使用稀土永磁高效电机可节能15%～20%，减轻电机重量20%以上稀土永磁高效电机已列为科技部"稀土应用工程"重点项目 粘结钕铁硼永磁材料的生产及应用开发较晚，应用面不广，用量较小，主要用于办公室自动化设备、电装机械、视听设备、仪器仪表、小型马达和计量机械方面近年我国粘结钕铁硼永磁材料的应用比例为：计算机占62%，电子工业占7%，办公室自动化设备占8%，汽车占7%，器具占7%，其他占9% 9第四章 钕铁硼的生产工艺和设备 6 性能的检测方法和设备 ① 退磁曲线：常温、变温。

② 磁通量：B*S，单位为Wb或Vs ③ 表磁：磁体的表面磁场强度.中心、四角、两极，单位为Gs ④ 磁矩: m.l 6.1 化学特性及各项试验条件 钕铁硼主要镀层：Ni 黑Ni NiCuNi Zn 彩Zn 。