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磁铁知识培训讲座.pdf

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    • 磁铁磁铁 百科内容来自于: 成分是铁、钴、镍等原子结构特殊,原子本身具有磁矩,一般的这些矿物分子排列混乱磁区互相影响就显不出磁性,但是在外力(如磁场)导引下分子排列方向趋向一致,就显出磁性,也就是俗称的磁铁铁,钴,镍,是最常用的磁性物质,基本上磁铁分永久磁铁与软铁,永久磁铁是加上强磁,使磁性物质的自旋与电子角动量成固定方向排列,软磁则是加上电流(也是一种加上磁力的方法) 等电流去掉软铁会慢慢失去磁性磁铁不是人发明的,有天然的磁铁矿,最早发现及使用磁铁的应该是中国人所以“指南针”是中国人四大发明之一 1. 几种分类几种分类 一 强磁铁——NdFeB 磁铁 NdFeB 磁铁是第三代稀土永磁钕铁硼, 是当代磁铁中性能最强的永磁铁其潜在的磁性能极高,能吸起相当于自身重量 640 倍的重物钕铁硼磁铁的机械性能较其它磁铁要好,更易于切割和钻孔及复杂形状加工其不足之处是温度性能不佳,在高温下使用磁损失较大,最高工作温度较低一般为 80 摄氏度左右,在经过特殊处理后,其最高工作温度可达 200 摄氏度由于材料中含有大量的钕和铁, 故容易锈蚀也是它的一大弱点 所以钕铁硼磁铁必须进行表面涂层处理 可电镀镍(Ni), 锌(Zn), 金(Au), 铬(Cr), 环氧树脂(Epoxy)等。

      钕铁硼磁铁目前广泛应用于航空航天,电子,机电,仪器仪表,医疗等领域而且非技术领域使用也越来越广 粘接 NdFeB 磁体 (制备 NdFeB 磁体的方法不止这一种,这只是其中之一) 粘接 NdFeB 磁体具有许多优点, 因而可以取代部分铁氧体永磁在汽车、 电子工业及办公自动化等许多领域磁铁磁铁 的应用本文简要介绍了目前国内外粘接磁体的发展,叙述了粘接 NdFeB 磁体的生产工艺,并对其在微电机中的应用做了探讨 NdFeB 粘接磁体是将 NdFeB 微晶磁粉及有机聚合物如树脂、尼龙、塑料、造牙粉或软金属均匀混合后,经压制和固化而制成的磁体 和烧结型磁体相比,粘接型磁体的磁性偏低一些,但却大大高于铁氧体永磁,而且磁性能变化范围很宽,如磁能积(BH)max 可以从 5MGOe(40kJ/m3)到 15MGOe(120kJ/m3),因此它可以取代铁氧体永磁在许多领域中获得应用,使其达到小型、轻量化和高性能的要求 粘接型磁体具有以下特点 1.工艺简便、流程短,产品一致性好,适宜于工业化批量生产; 2.产品尺寸精度高,一般不需要机械加工; 3.形态自由度大,产品可以做成薄壁、异形条块和瓦片等各种形状复杂、性能均匀的磁体,也可以做成轴向、径向、辐向及多极磁化的磁体; 4.机械强度好,产品不易破碎、掉边和掉角; 5.能再生利用原材料,因此达到节能、节电、节省原材料的要求,从而降低成本; 6.可以将磁体与电机的转轴等部件一体成型。

      这样既保证了高精度,减少了整体系统的公差,又降低了总成本 正是由于上述特点,NdFeB 粘接磁体特别适合于制作各种小型、精密的电机,广泛用于办公自动化、计算机外围部件、电子及汽车工业中 粘接 NdFeB 磁体的生产工艺: 粘接磁粉的制备法 (1)真空快淬法也称熔体旋淬(melt spun),是将熔融的 NdFeB 合金熔液喷射到高速旋转的水冷金属辊的表面, 使合金熔液以极快的冷却速度凝固甩成薄带,这种薄带厚度一般为 30~50μm,很脆,极容易破碎成鳞片状的粉末,再经过晶化处理便得到 NdFeB 磁粉 (2)氢化法(HDDR 法)是利用稀土与过渡金属化合物的吸氢特性,将 NdFeB 合金铸锭破碎成 2~5cm 的小块后,放在氢气中,使之氢化,磁铁磁铁 合金块破裂碎化,之后再升高温度使之岐化,再经脱氢处理,便可得到细晶粒高矫顽力的 NdFeB 磁粉其工艺实际过程如图 2 所示,HDDR 分别代表工艺流程中四个主要转变过程的英文字头 氢化法工艺能够制造高矫顽力磁体的原因是由于岐化后主相再组合的晶粒变细的缘故晶粒约在 0.3μm 左右,接近单畴颗粒的临界尺寸其次,在主相晶粒或晶界上没有杂质,也没有应变产生,主相周围晶界处均匀分布着富钕相和富硼相。

      当 NdFeB 成分接近主相的成分时,这些富钕相及富硼相数量大大减少,且分布在主相晶粒边界处,因此能获得较高的矫顽力 (3)其他制备方法:还原扩散法、雾化法及机械合金化法等但都因为各有缺点而未能采用,目前只在实验室里用 2.粘接磁体的制造方法 (1)压缩成型,简称模压法将磁粉和粘接剂按比例混合后放入模具的模腔中,通过一定压力使粉料细密成形,然后再固化,便得到粘接磁体,粘结剂有液体和固体粉末两种 (2)注射成型法将经过防氧化处理后的磁粉与热塑性树脂粘接剂按比例混合后,经过加热混炼和造粒,这种混炼后的粒料被加热到呈熔融状态,然后注射到模具的模腔中注塑成形,便得到粘接磁体由于注射成型法能实现高度自动化,并能免去二次加工的麻烦一次成型即能达到高精度的要求,因此特别适合于大规模工业的需要,因其采用的是注塑技术,故也称注塑成型 NdFeB 小结 NdFeB 粘接磁体特别适合用在微型永磁电机中, 以发挥它的小型化、 轻量化、 高效率和设计上自由度很大,节约能源等特点在各类结构和额定容量的永磁电机中,无论是旋转式,直线式还是具有宽调速范围的电机中, 粘接 NdFeB 磁体都有很大的应用潜力 例如, 汽车上有24种微电机大部分需要粘接 NdFeB 磁体。

      因此汽车工业有可能成为粘接 NdFeB 磁体的最大用户之一其次,随着办公自动化,家用电器等电子工业的发展,也将会大大刺激各种微电机的发展其应用前景是乐观的 随着科学技术的不断发展,随着人们生活水平的不断提高,在未来世界市场上,成本、性能、可靠性和高效率、节能等都将成为激烈竞争的关键参数电机节能已在国际上引起了普遍重视,稀土永磁电机比现有电机节电3%~12%,功率因数提高10%以上,因此有着极广阔的发展前景 二 橡胶磁铁 介绍 橡胶磁铁是粘接铁氧体磁粉,合成橡胶或塑料等材料复合后,经挤压成型,压延成型,注射成型等工艺制作而成具有比重轻,柔软,弹性好,可扭曲,保磁性强,易加工,省能源等特点可生产成条状,卷状,片状及其它复杂形状,适用于电子,电器工业及家电日用品工业,马达定转子,玩具,文具,广告,印刷装饰等领域 一般物理性能 Typical Physical Properties 性能名 单位 数值 拉伸强度 Tensile strength Kg/cm3 20 伸展度 Elongation % 60 硬度 Hardness Hv 95+/-5 密度 Density G/cm3 3.70+/-0.2 饱和磁化 Saturation Field KA/m 10/800 生产流程: 配料--混合--挤压/压延/注射成型--加工--磁化--检验--包装 2. 取向分析取向分析 大多数磁性材料可以沿同一方向充磁至饱和,这一方向叫做“磁化方向”(取向方向)。

      没有取向方向的磁铁(也叫做各向同性磁铁)比取向磁铁(也叫各向异性磁铁)的磁性要弱很多什么是标准的“南北极”工业定义?“北极”的定义是磁铁在随意旋转后它的北极指向地球的北极同样,磁铁的南极也指向地球的南极 辨别磁铁的北极辨别磁铁的北极 很显然只凭眼睛是无法分辨的可以使用指南针贴近磁铁,指向地球北极的指针会指向磁铁的南极 安全的处理和存放磁铁安全的处理和存放磁铁 要始终十分小心,因为磁铁会自己吸附到一起,可能会夹伤手指磁铁相互吸附时也有可能会因碰撞而损坏磁铁本身(碰掉边角或撞出裂纹)将磁铁远离易被磁化的物品,如软盘,信用卡,电脑显示器,手表,,医疗器械等 磁铁应远离心脏起搏器较大尺寸的磁铁,每片之间应加塑料或硬纸垫片以保证可以轻易地将磁铁分开磁铁应尽量存放在干燥,恒温的环境中 隔磁隔磁 只有能吸附到磁铁上的材料才能起到隔断磁场的作用,而且材料越厚,隔磁的效果越好 最强的磁铁最强的磁铁 目前最高性能的磁铁是稀土类磁铁,而在稀土磁铁中钕铁硼是最强力的磁铁但在 200 摄氏度以上的环境中,钐钴是最强力的磁铁 磁铁的种类磁铁的种类 磁铁,应该叫磁钢,英文 Magnet,磁钢现在主要分两大类,一类是软磁,一类是硬磁; 软磁包括硅钢片和软磁铁芯;硬磁包括铝镍钴、钐钴、铁氧体和钕铁硼,这其中,最贵的是钐钴磁钢,最便宜的是铁氧体磁钢,性能最高的是钕铁硼磁钢,但是性能最稳定,温度系数最好的是铝镍钴磁钢,用户可以根据不同的需求选择不同的硬磁产品。

      磁铁的性能磁铁的性能 主要有如下 3 个性能参数来确定磁铁的性能: 剩磁 Br:永磁体经磁化至技术饱和,并去掉外磁场后,所保留的 Br 称为剩余磁感应强度 矫顽力 Hc:使磁化至技术饱和的永磁体的 B 降低到零,所需要加的反向磁场强度称为磁感矫顽力,简 称为矫顽力 磁能积 BH:代表了磁铁在气隙空间 (磁铁两磁极空间) 所建立的磁能量密度, 即气隙单位体积的静磁能量由于这项能量等于磁铁的 Bm 和 Hm 的乘积,因此称为磁能积 磁场:对磁极产生磁作用的空间为磁场 表面磁场:永磁体表面某一指定位置的磁感应强度 选择磁铁选择磁铁 在决定选择哪一种磁铁之前应明确需要磁铁发挥何种作用? 主要的作用:移动物体,固定物体或抬升物体 所需磁铁的形状:圆片形,圆环形,方块形,瓦片形或特殊形状 所需磁铁的尺寸: 长, 宽, 高, 直径及公差等等 所需磁铁的吸力,期望价格及数量等等 指南针就是根据磁铁的性质发明的 磁铁磁铁 磁铁的作用磁铁的作用 1 指南北 2 吸引轻小物体 3 电磁铁可以做电磁继电器 4 发电机 3. 磁现象发现磁现象发现 先秦时代我们的先人已经积累了许多这方面的认识,在探寻铁矿时常会遇到磁铁矿,即磁石(主要成分是四氧 化三铁)。

      这些发现很早就被记载下来了《管子》的数篇中最早记载了这些发现:“山上有磁石者,其下有金铜 其他古籍如《山海经》中也有类似的记载磁石的吸铁特性很早就被人发现,《吕氏春秋》九卷精通篇就有: “慈招铁,或引之也那时的人称“磁”为“慈”他们把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引并认为:“石是铁 的母亲,但石有慈和不慈两种,慈爱的石头能吸引他的子女,不慈的石头就不能吸引了 汉以前人们把磁石写做“慈石”,是慈爱石头的意思 既然磁石能吸引铁,那么是否还可以吸引其他金属呢?我们的先民做了许多尝试,发现磁石不仅不能吸引金、银、铜等金属,也不能吸引砖瓦之类的物品西汉的时候人们已经认识到磁石只能吸引铁,而不能吸引其他物品当把两块磁铁放在一起相互靠近时,有时候互相吸引,有时候相互排斥现在人们都知道磁体有两个极,一个称 N 极,一个称 S 极同性极相互排斥,异性极相互吸引那时的人们并不知道这个道理,但对这个现象还是能够察觉到的 到了西汉,有一个名叫栾大的方士,他利用磁石的这个性质做了两个棋子般的东西,通过调整两个棋子极性的 相互位置,有时两个棋子相互吸引,有时相互排斥栾大称其为“斗棋”他把这个新奇的玩意献给汉武帝,并当场演示。

      汉武帝惊奇不已,龙心大悦,竟封栾大为“五利将军”栾大利用磁石的性质,制作了新奇的玩意蒙骗了汉武帝地球也是一个大磁体,它的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方因此地球表面的磁体, 可以自由转动时, 就会因磁体同性相斥, 异性相吸的性质指示南北 这个道理古人不够明白,但这类现象他们很清楚 4. 行业应用行业应用 在传统工业中的应用:在传统工业中的应用: 磁性材料已经在传统工业的各个方面得到了广泛应用 例如,如果没有磁性材料,电气化就成为不可能,因为发电要用到发电机、输电要用到变压器、电力机械要用到电动机、机、收音机和电视机中要用到扬声器众多仪器仪表都要用到磁钢线圈结构这些都已经在讲述其它内容时说到了 生物界和医学界的磁应用:生物界和医学界的磁应用: 信鸽爱好者都知道,如果把鸽子放飞到数百公里以外,它们还会自动归巢鸽子为什么有这么好的认家本领呢?原来,鸽子对地球的磁场很敏感,它们可以利用地球磁场的变。

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