釹鐵硼永磁材料的研究進(jìn)展及

1、釹鐵硼永磁材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用,材科1104 焦京鈺 41130241,永磁材料,第三代稀土永磁材料,稀土永磁材料,矯頑力高，磁化后難以退磁，磁滯回線寬，故又叫硬磁材料,合金、鐵氧體和金屬間化合物,合金永磁材料,一般永磁材料，如鋁鎳鈷、鐵氧體,第1代是于1967年Strnat采用粉末法研制的1：5型的SmCo5材料第2代是2：17型的釤鈷磁體。,釹鐵硼,釹鐵硼(Nd-Fe-B)永磁材料的生產(chǎn)與應(yīng)用發(fā)展十分迅速，在稀土永磁材料中占主導(dǎo)地

2、位。Nd-Fe-B合金是由多相組成，其中以Nd2Fe14B為主相，約占80%～85%，還有富釹相、富硼相，此外往往還有一定量的α-Fe相。其具有質(zhì)量輕、體積小和磁性強(qiáng)等特點(diǎn)，是迄今為止性價(jià)比最高的磁體。在磁學(xué)界被譽(yù)為“磁王”。釹鐵硼的磁能積理論極限值為 64 MGOe，經(jīng)過近三十年的努力，釹鐵硼磁體的磁能積有了大幅提高。,釹鐵硼簡介,35MGOe,59.6MGOe,9~11MGOe25MGOe,分類,非常堅(jiān)硬可以切割鉆孔,—

3、次成形，可直接做成各種復(fù)雜的形狀,原材料—預(yù)處理—配料—熔煉—破碎—細(xì)磨—混料—壓型—燒結(jié)—熱處理—機(jī)加工—電鍍—充磁—檢驗(yàn)—包裝—入庫,制備工藝,燒結(jié)釹鐵硼,物理破碎法機(jī)械磨碎法是通過脆性物質(zhì)相互碰撞和摩擦，使其表層與內(nèi)部產(chǎn)生形變和應(yīng)力不同，從而發(fā)生碎裂的方法。 盤磨/球磨：熔煉鑄錠經(jīng)粗破碎后，在保護(hù)溶劑(汽油、酒精)中進(jìn)行。粉末夾雜和溶劑污染，氧含量比較高。 氣流磨：金屬在高速氣流中碰撞而破碎。自動化程度

4、很高，粉末粒度均勻，夾雜少，氧含量低。 機(jī)械合金化：高速轉(zhuǎn)動使研磨球?qū)υ线M(jìn)行強(qiáng)烈的撞擊、研磨和攪拌。組織和成分分布均勻。,制粉階段,快速凝固法為制備單疇尺寸的晶粒甚至納米晶稀土永磁開辟了道路。 熔體旋淬法：高矯頑力，抗氧化性和熱穩(wěn)定性優(yōu)異。經(jīng)過熱壓塑變后也可成為各向異性致密磁體。 鑄帶工藝(SC)技術(shù)：大量生產(chǎn)晶粒結(jié)構(gòu)微細(xì)而且均勻、沒有α-Fe析出的薄帶。 氣體霧化法：一步就能制作大批

5、量磁粉，不需磨碎，磁粉流動性好。粒度不均勻 超聲情性氣體霧化法：氧含量低，顆粒為球形，流動性好，填充密度高。,制粉階段,氫化破碎法HD稀土基體相與晶界相吸氫后體積膨脹和內(nèi)應(yīng)力而破碎的物理化學(xué)粉碎方法單晶顆粒能提高合金粉末的生產(chǎn)效率，減少粉末被雜質(zhì)污染的可能性。解決了合金鑄錠破碎困難的問題，降低了粗破碎的成本。,制粉階段,HDDR法氫化—歧化—脫氫—再結(jié)合具有高矯頑力的Nd-Fe-B細(xì)磁粉通過熱壓制得各向異性磁體，

6、也可以制得粘結(jié)磁體和注射成形磁體。,制粉階段,濕壓成型技術(shù) (HILOP)合金錠的均勻化等溫退火技術(shù)橡皮膜壓 ( RIP) 技術(shù)雙相合金法技術(shù)沖擊波爆炸壓結(jié)磁體技術(shù)注射成型(MIM)燒結(jié)磁體技術(shù),其他工藝,制備工藝,粘結(jié)釹鐵硼,粘結(jié)階段,,,磁體的應(yīng)用環(huán)境，使用溫度高的磁體則需要耐熱的粘結(jié)劑工藝性能，對于壓縮成型磁體，不宜選用常溫下為液體的粘結(jié)劑。對于注射成型，則應(yīng)選擇熱塑性粘結(jié)劑磁體性能。用不同粘結(jié)劑制得的磁體的性能有很

7、大的差別，包括力學(xué)性能和磁性價(jià)格,粘結(jié)階段,粘結(jié)劑,按功能可歸納為以下五個(gè)方面:(1)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。如電動機(jī)、音響設(shè)備中的揚(yáng)聲器等。(2)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。如發(fā)電機(jī)拾音器、麥克風(fēng)等。(3) 直接利用磁體的吸引力或排斥力。如選礦機(jī)，吸重器、磁性吸盤、磁力傳動、磁懸浮列車等。(4)直接利用磁體產(chǎn)生的磁場，如行波管、調(diào)速管、磁控管、核磁共振成像儀、磁電式測量儀表等。(5)利用磁場對介質(zhì)或生物體的作用如磁處理水裝置、油田用降

8、蠟器、各種磁療器械,應(yīng)用,據(jù)說現(xiàn)階段乃至將來汽車工業(yè)仍是稀土永磁電機(jī)的最廣泛應(yīng)用領(lǐng)域之一。汽車制造理論：追求小馬達(dá)來降低整體質(zhì)量，降低尾氣排放，以提高汽車自身的安全性能，增加一定的舒適度，進(jìn)而使汽車的性能進(jìn)一步提升。,汽車工業(yè),轎車中的永磁電機(jī),主要利用磁體的吸引力與排斥力做成磁性醫(yī)療器械及其新技術(shù)解決有關(guān)問題。嵌牙：經(jīng)根管治療后，在根內(nèi)埋人一塊小磁體，然后在其相對的托牙組織面也埋人等大的稀土鉆磁體，利用異名極相吸的作用嵌牙。磁

9、力正牙：按矯正牙齒的需要，用復(fù)合樹脂將磁片粘接在牙齒的牙面上或牙齒的適當(dāng)位置上核磁共振成像技術(shù)：可對人體內(nèi)部組織拍攝各種不同角度的相片，因此能構(gòu)成立體圖象，確定病變的性質(zhì)與形態(tài)。,醫(yī)學(xué)方面,100t,0.5t,永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)就能使風(fēng)力發(fā)電的效率提高到85％以上。同時(shí)．永磁發(fā)電機(jī)可將風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)直接耦合，由此可去掉變速箱，使其工作更穩(wěn)定．還降低系統(tǒng)噪音，以及減少系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。使用釹鐵硼永磁作為懸浮軸承的發(fā)電機(jī)，其輸出功率增加約20％

10、，即風(fēng)速不變情況下．發(fā)電量增加了20％。節(jié)能家電也是未來釹鐵硼重要的替代應(yīng)用領(lǐng)域，稀土永磁電機(jī)將被廣泛運(yùn)用于空調(diào)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等家用電器領(lǐng)域。,節(jié)能方面,熱穩(wěn)定性差釹鐵硼的居里溫度低(312℃)，對溫度極敏感，在受熱時(shí)其剩磁、特別是內(nèi)稟矯頑力下降很快易腐蝕長時(shí)間高溫環(huán)境(>150℃)、暖濕環(huán)境和電化學(xué)環(huán)境會腐蝕明顯,缺陷改進(jìn),合金化研究表明，通過添加元素Co提高了居里溫度；添加Dy、Tb、Al、Ga、Nb、C

11、u等元素提高了內(nèi)稟 矯頑力，大大改善了燒結(jié)釹鐵硼永磁材料的熱穩(wěn)定性,改善熱穩(wěn)定性,合金化山本、飛世和五十嵐等指出在燒結(jié)釹鐵硼材料內(nèi)加入Zr、V、Nb、Ta、Mo、W、A1的一至二種可取代Fe可改善磁體的耐蝕性，或使之在晶界上偏析，減少晶界上富稀土相而提高晶界的耐氧化腐蝕性能。在釹鐵硼中添加一定量的Dy，Co和Cu可以很大地提高抗腐蝕性能，而又不會使磁體的矯頑力下降，而且磁體的不可逆磁通損失也變得很小,增強(qiáng)耐腐蝕性,表面處理對磁體鍍

12、或涂上一層保護(hù)膜以阻擋水和氧氣及電解質(zhì)的侵蝕。釹鐵硼磁體的防腐蝕涂層主要有金屬鍍層有機(jī)涂層和復(fù)合涂層。,增強(qiáng)耐腐蝕性,電鍍典型有效的方法是電鍍Ni和Zn，其中鍍Ni應(yīng)用最為廣泛很難避免水、酸、堿和鍍液滲入磁體材料中以及磁體作陰極時(shí)，有氫的析出，導(dǎo)致永磁材料鍍后氫脆、泛白、鼓泡等現(xiàn)象影響耐蝕性。化學(xué)鍍有高耐蝕性、高穩(wěn)定性、低的磁屏蔽性。成本比電鍍高得多、鍍液穩(wěn)定性差、在對永磁材料施鍍時(shí)仍有氫析出而引起永磁材料吸氫和氫脆、鍍層有

13、空洞等。,金屬涂層,有機(jī)涂層一般用于在較嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境下使用的磁體或者在某些使用環(huán)境中要求磁體表面電絕緣時(shí)的場合。硬度稍差復(fù)合涂層可采用陰極電泳技術(shù)與電鍍鋅技術(shù)相結(jié)合，其工藝步驟為：高溫烘烤除油—沸水封孔—除油—除銹—活化—電鍍鋅—磷化—鈍化—陰極電泳—水洗—烘干固化。際應(yīng)用中往往很難達(dá)到兩種涂層復(fù)合的抗腐蝕效果。,全球釹鐵硼產(chǎn)量在過去近三十年中取得了快速增長，由1983年的不足1噸增加到2010 年的13.43萬噸，其中我