（材料学专业论文）粘结ndfeb永磁材料模压成型工艺及相关研究.pdf

m i nl i n d i r e c t e db y p r o f l i q i a n gj i a n g c o l l e g eo fc h e m i c a le n g i n e e r i n ga n d m a t e r i a l s z h e ji a n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y , h a n g z h o u ，p r c h i n a d e c e m b e r2 0 0 4 i i l l l | 0 0 7 8 4 -iio 浙江1 ：业大学硕l - 学位论文 粘结n d f e b 永磁材料模压成型工艺及相关研究 摘要 本文旨在丌发模压成型制造粘结n d f e b 磁体的工艺，详细研究了压力大小、 保压时间、压制方式、粘结剂、磁粉粒度级配、固化温度、固化时问、偶联剂对 磁粉及磁体性能的影响；并对磁体制件终成型尺寸的影响因素、纳米金属层包覆 对磁粉及磁体影响、n d f e b & c u 复合磁体和n d f e b & 铁氧体复合磁体的开发进行 了探讨。 采用双向模压成型方式，成型压力取9 1 0 t c m 2 ，保时间1 5 s ；粘结剂质量为 磁粉质量的2 5 - - 一3 ；磁粉级配为1 0 0 - - 2 0 0 目，大于6 0 目或小于2 0 0 目的磁粉适 量；固化温度为1 2 5 - - 一1 3 5 0 c ，固化时间2 h ：硅烷k h 5 5 0 和钛酸脂n d e 4 0 可以提 高磁粉的抗氧化性，用量为0 8 1 2 时磁体的性能较好；综合以上优化工艺所制 得的粘结磁体密度高，磁性能及机械性能较好。 磁体制件的尺寸随粘结剂含量的增多而收缩，磁体制件的尺寸随压制压力的 增大而膨胀，但总体上压力因素对尺寸的影响占主导地位。 采用电化学方法在n d f e b 磁粉表面沉积6 种组合的单层或双层纳米厚度的会属 层，测试了包覆磁粉的电极电位和磁性能、包覆磁粉制备的粘结磁体的电阻率。 磁粉电极电位表现为n d f e b 和沉积金属的混合电位。磁粉的磁性能变化与沉积金属 的性质有关。磁体电阻率表现为n d f e b 矛u 沉积金属的混合电阻率，沉积z n n i 双金 属层的样品电阻率异常增加其矫顽力和最大磁能积降低程度最大。 采用电化学沉积、化学沉积及机械混合方法在n d f e b 磁粉表面沉积或引入c u 组分。测试并对比了处理后磁粉磁性能，并制成粘结磁体测量比较了其电阻率及 抗压强度的变化。磁体电阻率表现为n d f e b 矛i i c u 混合电阻率。磁体的机械强度随 c u 的加入而提高，采用化学沉积工艺的效果最好。磁粉的磁性能变化与处理方法 及c u 质量分数相关，其q h b r 变化较小而i h c 和b h c 则下降明显。 采用机械混合法制造复合n d f e b & 铁氧体磁体，粘结剂含量按3 n d f e b 十1o 铁氧体复配确定，复合磁体的机械强度稳定，复合磁体的磁性能处于粘结n d f e b 磁 体和粘结铁氧体性能之间，在当铁氧体磁粉质量分数超过5 0 时，复合磁体的矫顽 -yi， 浙江工业大学硕 学位论文 力温度系数1 3 h c 为正值。当铁氧体含量超过3 0 之后，复合磁体电阻率急剧上升。 关键词：粘结n d f e b 磁体，模压成型，纳米余属沉积层，粘结复合磁体 2 j l vi， 浙江t 业大学硕 ：学位论文 c o m p a c t i n g m a n u f a c t u r ep r o c e s so fb o n d e dn d f e ba n d i n v e s t i g a “o n sr e l a t e d a b s t r a c t t h ec o m p a c t i n gm a n u f a c t u r ep r o c e s so fb o n d e dn d f e bw a sd e v e l o p e d t h e e f f e c t i n gf a c t o r sw a si n v e s t i g a t e di nd e t a i l ，i n c l u d i n gp r e s s u r ev a l u e ，p r e s s - k e e p i n gt i m e ， p r e s sm o d e s ，a d h e s i v e ，t h eg r a n u l a r i t ym i x t u r eo fp o w d e r s ，s o l i d i f y i n gt e m p e r a t u r e ， s o l i d i f y i n gt i m ea n dc o u p l i n ga g e n t s b e s i d e s ，t h o s ef a c t o r sa b o u tt h ef i n a ln e t - s h a p eo f p r o d u c t s ，t h ep o w d e r sd e p o s i t e db y n a n o m e t a l sa n dh y b r i db o n d e dm a g e t s ( n d f e b & c u ，n d f e b & s r f e o ) w e r e r e s e a r c h e d t h eo p t i m i z a t i o nc o n d i t i o n sw e r ed r e w no n ：t h et w o - d i r e c t i o nc o m p a c ta t9 1 0 t c m 2f o r15 s ，t h ea d h e s i v ew e i g h ta t2 5 - - - 3 o f p o w d e r s ，t h eg r a n u l a r i t yo f p o w d e r s r a n g e df r o m10 0m e s ht o2 0 0m e s hw i t ht h ep r o p e rp r o p o r t i o no fb i g g e r6 0m e s ha n d s m a l l e r2 0 0m e s ho n e s ，s o l i d i f y i n ga t12 5 - 13 5 f o r2 h ，k h 5 5 0a n dn d e - 4 0 i m p r o v i n gt h ea n t i o x i d a t i o no fp o w d e r s ，m a g n e t i ca n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yo fm a g n e t s e n h a n c e db y0 8 - 1 2 c o u p l i n ga g e n t s t h es h a p eo fm a g n e tp r o d u c t sw a ss h r u n kw i t ht h ei n c r e a s i n ga d h e s i v ew h i l ei t w a se x p a n d e dw i t ht h ei n c r e a s i n gp r e s s u r e g e n e r a l l yt h ep r e s s u r ep l a y e dt h ed o m i n a n t r o l ei nt h es h a p e f o r m i n g s i xk i n d so fo n eo rt w ol a y e r so fn a n o m e t a lw e r ee l e c t r o d e p o s i t e do nt h es u r f a c e o fn d f e bp o w d e r s t h ee l e c t r o d ep o t e n t i a lo ft h o s ep o w d e r sw e r em e a s u r e d ，w h i c hw a s am i x e dp o t e n t i a lc o m b i n e dn d f e bw i t hd e p o s i t e dm e t a l s t h ev a r i e t yo fm a g n e t i c p r o p e r t i e sw e r er e l a t e dw i t ht h ep r o p e r t yo fd e p o s i t e dm e t a l s t h er e s i s t i v i t yo fb o n d e d m a g n e t ss h o w e dt h ep a r a ll e lc o n n e c t i o nb e t w e e nn d f e ba n dd e p o s i t e dm e t a l s i tw a s f o u n dt h a tt h er e s i s t i v i t yo ft h es a m p l ed e p o s i t e db yt h en a n o - - z n n a n o n if i l mi n c r e a s e d a b n o r m a l l y a n di t s ( b h ) ma n dh ed e c r e a s e dag r e a td e a l t h ec uc o m p o n e n tw a sd e p o s i t e do ra d d e dt ot h es u r f a c eo fn d f e bp o w d e r sb y 3 ll。l “、l r l二 _ 浙江t 业大学顾b 学位论文 m e a n so fe l e c t r o d e p o s i t i n g ，c h e m i c a l d e p o s i t i o na n dm e c h a n i c a lb l e n d i n g t h e m a g n e t i cp r o p e r t i e so fn d f e bp o w d e r sw e r em e a s u r e da f t e rt r e a t e d t h eb o n d e d m a g n e t sw e r em a d ea n dt h e i rr e s i s i t i v i t ya n dc o m p r e s s u r ew e r et e s t e da n dc o m p a r e d t h er e s i s t i v i t yo fb o n d e dm a g n e t ss h o w e dt h ep a r a l l e lc o n n e c t i o nb e t w e e nn d f e ba n d c u t h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo fm a g n e t sw e r ei m p r o v e db yt h ec ua d d i t i o ne s p e c i a l l y b yt h ec h e m i c a ld e p o s i t i o np r o c e s s t h ev a r i a n c eo fm a g n e t i cp r o p e r t i e sw a sr e l a t e d 晰t 1 1t h et r e a t m e n t sa n dt h ec ua d d i t i o n t h eb rd e c r e a s e dal i t t l ew h i l et h ej h ea n db h c d e c r e a s e dg r e a t l y t h en d f e b & s r f e oh y b r i db o n d e dm a g n e t sw e r em a d eb ym e c h a n i c a lm i x t u r e t h ea d h e s i v ec o n t e n tw a sc o n f i r m e da t3 n d f e b ( w t ) + 10 s r f e o ( w t ) ，w h i c hl e dt o t h es t a b l em e c h a n i c a lp r o p e r t yo fh y b r i dm a g n e t s t h em a g n e t i cp r o p e r t yo fh y b f i d m a g n e t sw a sb e t w e e nb o n d e dn d f e bm a g n e t sa n db o n d e ds r f e om a g n e t s t h e t e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n to fc o e r c i v ef o r c e ( 3 h c ) b e c a m ep o s i t i v ew h e nt h es r f e op e r c e n t e x c e e d e d5 0 a n dt h ec o n d u c t i v i t yo fh y b r i dm a g n e t si n c r e a s e dag r e a td e a lw h e nt h e s r f e op e r c e n t e x c e e d e d3 0 k e yw o r d s ：b o n d e dn d f e bm a g n e t s ，c o m p a c t i n gm o l d ， d e p o s i t e dn a n o m e t a l s ， b o n d e dh y b r i dm a g n e t s 4 卜l l 1 7 l 浙江工业大学硕士学位论文 目录 摘 要”一”“”“”“- “1 a b s t r a c t o q o o o o o 3 主要符号说明8 第一章文献综述9 。1 1 粘结n c l i ； e b 永磁材料的历史发展及分类9 1 2 粘结n d f e b 磁体的应用范围及优点”9 1 3 粘结n d f e b 磁体的制造工艺1 0 1 4 粘结n d f e b 磁粉的原理及制造技术1 1 1 4 1 快淬法制造n d f e b 磁粉的原理及技术l l 1 4 2h d 和h d d r 法制造n ( 1 f e b 磁粉的原理及技术1 l 1 4 3 机械合金化法制造n d f e b 磁粉的原理及技术1 2 1 4 4 气体喷雾法制籼e b 磁粉的原理及技术1 2 1 5 粘结n d f e b 磁体的成型方法及特点1 3 1 6 粘结n d f c b 磁体的现状与发展趋势1 5 1 7 粘结n d f e b 磁体研究与应用中存在的主要问题1 6 1 8 课题提出及其意义1 7 第二章实验材料、设备及方案设计1 9 2 1 实验材料与仪器设备1 9 2 2 模压成型工艺实验方案及实验方法2 0 2 3 磁体终成型尺寸影响因素研究2 2 2 4 磁粉表面纳米金属层包覆对磁粉及磁体影响研究2 2 2 5 复合磁体制造工艺实验方案2 2 第三章试验结果及分析2 3 3 1 压制压力、压制方式与保压时间对粘结n d f e b 磁体性能的影响2 3 3 1 1 压制压力对磁体性能的影响2 3 3 1 2 压制方式对磁体密度的影响2 4 3 1 3 保压时间对粘结磁体密度和磁性能的影响2 5 3 2 磁粉粒度分布对粘结n d f e b 磁体性能的影响2 6 5 、| i 7 一 浙江工业大学硕士学位论文 3 3 粘结剂含量和种类对粘结n d f c b 磁体性能的影响2 7 3 3 1 粘结剂含量对粘结n d f e b 磁体磁性能和机械性能的影响2 7 3 3 2 不同粘结剂对粘结n d f e b 磁体磁性能和机械性能的影响2 9 3 4 不同固化时间和固化温度对粘结n d f e b 磁体性能的影响3 0 3 4 1 固化温度对粘结n d f e b 磁体密度及力学性能的影响o e e e e o e e o e eo e o o e e 0 3 0 3 4 2 固化时间对粘结磁体磁性能的影响3 0 3 5 偶联剂不同类型及含量对粘结n d f e b 磁体性能的影响3 1 3 5 1 偶联剂的类型和包覆机理3 l 3 5 2 不同偶联剂对磁体磁性能和机械性能的影响3 2 3 5 3 偶联剂包覆工艺的影响3 3 3 5 4 偶联剂包覆对磁粉抗氧化性能的影响3 4 3 6 高性能粘结n i 讹b 磁体的制造及微观分析3 5 3 6 1 粘结n i f e b 磁体制造工艺优化3 5 3 6 2 粘结n i d f e b 磁体微观分析3 6 3 7 磁体终成型尺寸影响因素研究3 6 3 7 1 粘结剂含量对磁体终成型尺寸的影响3 7 3 7 2 成型压力对磁体终成型尺寸的影响3 8 3 8 磁粉表面纳米金属层包覆对磁粉及磁体影响研究3 8 3 8 1 实验材料及方法3 9 3 8 2 纳米金属层包覆对磁粉电极电位的影响4 l 3 8 3 纳米金属层包覆对磁体电阻率的影响”4 2 3 8 4 纳米金属层包覆对磁粉磁性能的影响4 2 3 9n i d f e b & c u 复合效应及不同工艺对磁体性能的影响4 3 3 9 1 实验材料及方法4 4 3 9 2c u 包覆对磁体电阻率的影响4 5 3 9 3c u 包覆对磁体机械性能的影响4 5 3 9 4c u 包覆对磁粉磁性能的影响4 6 3 1 0n d f e b & s r f e o 复合对磁体性能的影响4 8 3 1 0 1 实验材料及实验方法4 9 6 浙江工业大学硕士学位论文 3 1 0 2 粘结剂含量对复合磁体机械性能的影响4 9 3 1 0 3 永磁铁氧体含量对复合磁体磁性能的影响5 0 3 1 0 4 永磁铁氧体含量对复合磁体电阻率的影响5 2 3 1 0 5 复合磁体的微观分析5 3 第四章总结5 4 参考文献5 6 研究生期间已发表或待发表的论文6 0 致谢”“”“”一“”“”一n ”6 l 7 浙江t 业人学硕i ：学位论义 主要符号说明 8 浙江t 业大学硕i ：学位论文 第一章文献综述 1 1 粘结n d f e b 永磁材料的历史发展及分类 2 0 世纪7 0 年代，为解决s m c o 烧结磁体难于精密加工成特殊形状，而发展出粘 结磁体制造技术；随着1 9 8 4 年的高性能n d f e b 磁粉开发成功，由于其具有优异的磁 性能、机械性能和良好的可加工性，得到越来越多的应用。 粘结磁体是将永磁材料粉术与粘结剂复合而获得的一种新型的磁功能复合材 料。按照不同的划分标准可将粘结磁体分为如下几种类型： 按磁性材料组成可以分为单一型磁体( 由一种永磁材料粉末与粘结剂混合 制成) 和复合型磁体( 由几种永磁材料粉术与其它类型材料及粘结剂共同复合而 成) ； 按成型方法可以分为压缩成型磁体，注射成型磁体，挤压成型磁体，压延 成型磁体，热压成型磁体； 按成型过程中是否需要提供磁场可以分为各向同性磁体和各向异性磁体。 1 2 粘结n d f e b 磁体的应用范围及优点 与烧结、铸造等成型方法相比，粘结工艺较为简单。用粘结法制成的粘结 n d f e b 磁体还具有如下特点乜3 ： 显著高的特性价格比； 可制成较复杂形状，可与其他元件合成一体； 磁性能一致性好； 磁体外观尺寸精确，便于后续加工： 有些粘结磁体是各向同性的，可在任意方向充磁磁化 具有很高的韧性。 以上特点促使粘结n d f e b 磁体随着现代科学技术的发展得到了越来越广泛的 应用。应用范围可分为三大类，即成熟类、增长类和开发类三种。 9 浙江丁业人学硕i j 学位论文 成熟类应用有：相机快门、电子取景器、钟表、步迸电机、录相机、传真机、 点阵式打印机和软盘驱动器等处永磁体，其中最主要的应用是计算机软盘驱动器 磁头动作电机中的磁体。 增长类应用有：主轴电机、硬盘驱动器、c d d v d r o m 中的v c m ( 音圈电机) 、 c d 机、拾信电机、步进电机、激光打印机等处。这类领域中有些有较大的潜力， 如计算机硬盘驱动器和c d r o m 等，其市场将随着计算机产量的增长而相应扩大。 开发类应用有：汽车工业、小型和大型仪表或装置、音响、移动电话、耳机 等。这一部分主要有待开发或正在开发的一些领域，特别是数字音像、消费电子产 品的发展，成为粘结n d f e b 磁体的新兴最大市场。 粘结n d f e b 磁体的应用分配在目前为。”：计算机占6 1 、电子占9 、办公自 动化占8 、汽车占7 、器具占6 、其余占9 。在计算机的6 1 的份额中，硬盘 驱动器( h d d ) 主轴电机占4 6 ，c d r o m 拾信器占2 3 。c d r o m 主轴电机占1 9 ， 软盘驱动器动作器占1 0 ，软盘驱动器主轴电机占4 。近几年来，越来越多的消 费类电子产品中的电机采用粘结n d f e b 磁体h 1 。综上所述，对于粘结n d f e b 永磁 来说，现在和未来的市场中，最大份额还是计算机及与数字音像技术有关的应用 中。 1 3 粘结n d f e b 磁体的制造工艺 粘结n d f e b 磁体制造的关键技术是：磁粉的制备、偶联剂和粘结剂的选择、粘 结剂的添加量、成型的压力和取向磁场强度等。粘结n d f e b 永磁材料的磁粉制造方 法主要有快淬法、h d d r 法、机械合金化法和雾化法等瞄1 。 粘结剂的基本作用是增加磁性粉术颗粒的流动性和它们之间的结合强度。粘 结剂的种类很多，选择粘结剂的原则是：结合力大，粘结强度高，吸水性低，尺 寸稳定性好，固化时尺寸收缩小，使得粘结磁体的产品尺寸精度高，热稳定性好。 热固性粘结剂有环氧树脂、酚醛类树脂；热塑性粘结剂有尼龙( 6 、6 6 、1 2 、6 1 0 等) 、 p p s 、p p o 、p b t 等。这些塑料在加工时流动性好，热稳定性高、机械性能优良。 根据粘结剂和磁粉的具体情况，添加剂的添加量一般占磁粉的质量分数的2 1 0 0 6 0 不等。 一般来讲，金属铁磁性粉末属于亲水性，而作为粘结剂的高分子材料属于亲 油性的。如果使金属磁性粉末颗粒的表面变成亲油性的，则其和粘结剂的亲和性 1 0 浙江丁业大学硕i ：学位论文 就会大大增加。故在制造粘结磁体时添加偶联剂有利于：提高磁粉颗粒与粘结剂 的接触面；提高粉末颗粒流动性和转动性，促进粉木颗粒在磁场中的取向因子的 提高；减少粉木的氧化和提高粘结磁体的强度和稳定性等。偶联剂有硅烷类、钛 酸脂类等。 1 4 粘结n d f e b 磁粉的原理及制造技术 1 4 1 快淬法制造n d f e b 磁粉的原理及技术m 删 熔体快淬法( m q 法) 现已成为生产稀土一铁系永磁材料的重要工艺技术，该 工艺流程的核心技术环节是熔体快淬制造薄带。熔体快淬法制造n d f e b 薄带有双辊 法和单辊法两种，快淬n d f e b 磁粉的生产方法主要是真空冶炼母合会，真空快淬得 到鳞片状n d f e b 片，经粉碎和适当热处理得到一定粒度分布的粉，这种磁粉即是粘 结磁体所用的磁粉，产品的磁性能和快淬合金的成分、组织、工艺等密切相关。 其主要设备是单辊真空熔体快淬设备。实验室中均采用真空感应冶炼合金、 石英管坩埚、单辊快淬。在工业化生产中采用两种方法：一种足类似实验室中的 设备和方法，即真空感应冶炼合金、单辊快淬；另一种是电弧炉水冷铜坩埚冶炼 母合金，然后快淬成碎片。 1 4 2h d j i f l h d d r 法制造n d f e b 磁粉的原理及技术凹1 2 1 将n d f e b 合会锭放入不锈钢容器内，先抽真空至1 0 之p a ，再通入高纯氢气，使 其压力保持在1 0 。5 p a 左右，然后缓慢升温加热，使合金锭发生h d ( h y d r o g e n d e c r e p i t a t i o n ) 反应。加热到6 5 0 9 0 0 保温一段时问，使合会锭进一步发生并完成 歧化( d i s p r o p o n i o n a t i o n ) 反应，即n d 2 f e l 4 b + ( 2 + x ) h 2 = 2 n d h 2 + x + 1 2 f e + f e 2 b 。然后再 抽真空到2 1 0 p a ，在6 5 0 - - - 一9 0 0 。c 保温一段时间，由于n d h 2 + x 中的氢己被抽出 ( d e s o r p t i o n ) ，歧化产物( 2 n d + 1 2 f e + f e 2 b ) 是不稳定的，在高温( 大于6 5 0 。c ) 通过 形核长大的方式，再化合( r e c o m b i n a t i o n ) 形成新的具有纳米晶粒尺寸( o 3 0 0 3 u m ) 的n d 2 f e l 4 b 相，i i 2 n d h 2 + x + 1 2 f e + f e 2 b = n d 2 f e l 4 b + ( 2 + x ) h 2 。上述整个处理过程称为 浙江t 业大学硕：卜学位论文 h d d r 处理，或称h d d r 反应。经过这一处理得到的n d f e b 系合会粉末称为h d d r 粉末。如果将n d f e b 合金铸锭或烧结n d f e b 磁体破碎成细小的粉末，其矫顽力很低， 一般小于1 6 0 k a m ；然而，n d f e b 合金的h d d r 粉末却具有很高的矫顽力，其最高 可达1 1 9 4 m a m ，甚至更高。现在h d d r i 艺己成为生产具有高h c i 的n d f e b 磁粉 的重要方法。 1 4 3 机械合金化法制造n d f e b 磁粉的原理及技术n 3 叫副 机械合金化方法( m e c h a n i c a la l l o y i n g ) 作为一种制造非晶态合金的重要工艺手 段，可以用来制造传统冶金方法不能制造的合会，或者用快淬法不能制造的非晶 态材料。 与快淬法在熔炼过程中实现合金化不同，机械合会化是利用固相反应来实现 合金化的。将计划成分所需的金属原料，破碎成粉，混合后放入高能球磨机进行 球磨合金化。在高能球磨机中的初期，由于钢球对粉木的撞击，钢球高速运动的 动能转化为粉末颗粒的形变能、表面能和热能。其中塑性好的粉末颗粒将扁平化， 脆性粉末颗粒将被破碎，使初始原料粉末彤成新鲜的洁净表面，这一阶段称为粉 末颗粒的活化阶段。当球磨继续进行时，扁平化粉木加工硬化，并与脆性粉术颗 粒的新鲜表面接触，经过复合、折叠、扁平化，从而形成层状结，这一阶段称为 冷焊合阶段。接着是层状结构粉术颗粒相互穿插和焊合，形成等轴层状结构的粉 末颗粒，称为层状结构颗粒等轴化过程。随后是等轴化层状结构粉末颗粒内部的 结构层进一步薄化，达到纳米级尺寸的水平，从而形成具有超精细层状结构的粉 末颗粒。 1 4 4 气体喷雾法制造n d f e b 磁粉的原理及技术1 6 。1 7 1 气体喷雾法( g a s a t o m i z a t i o n ) 的工艺过程是：当n d f e b 熔液流经一个高速喷嘴 时，被高压a r 气流雾化成细小的金属液滴，射向旋转粉碎盘，最终凝固成极细的 非晶和微晶粉末。这种方法省去了中间破碎环节。该粉木可用于制造烧结或粘结 磁体，磁粉表面光滑，呈球状，粒径为4 1 0 u m ，这种磁粉经过热处理就出现 n d 2 f e 7 8 6 相，能使矫顽力上升。这种球形磁粉在注射成型时，流动性较好，有可能 1 2 浙江t 业大学硕l j 学位论文 制得磁粉填充率高的粘结n d f e b 系磁体。 1 5 粘结n d f e b 磁体的成型方法及特点 粘结n d f e b 磁体按成型方法可以分为模压成型磁体、注射成型磁体、挤出成 型磁体、压延成型磁体等n 引，它们的工艺流程如下图1 1 所示： l l l i j i 司化处理 l 充磁与检测 图1 1 粘结n d f e b 磁体的生产流程图 f i g 1 1 m a n u f a c t u r ep r o c e s so fb o n d e dn d f e bm a g n e t s 各向同性粘结磁体的磁性主要取决于磁粉的磁性能和所采取的制备工艺。模 压法制备的粘结磁体磁性最高，( b h ) m 一般在6 4 - - 9 6 k j m 一( 9 - - - ，1 2 m g o e ) ，目前国 内粘结磁体磁能积大都在6 0 9 0k j m - 3 之间n 钊。其他三种工艺制备的磁体均低于 此值。 模压成型工艺：将松散的磁粉与粘结剂和添加剂充分混合后，将其填充在模具 中，用压机加压，使其成为具有一定尺寸、形状、密度和强度的压坯。磁粉填充率 浙江t 业人学硕i j 学位论文 高达8 0 ( 体积分数) ，因此产品的磁性能比其它成型法的高。尺寸精度与注射成 型的相近，不需二次加工。 注射成型工艺：将一定粒度的永磁粉与粘结荆预先混合造粒( 粘结剂可占到 3 0 ，体积分数) ，再进行注射成型从而得到注射粘结磁体。在注射机中，经造粒的 粉将磁粉加热至一定温度再用螺杆将粉通过一个d , - 孑l 注射至模腔中，磁粉在模腔 中被挤压成所需形状，并在模腔中冷却和固化，打开模腔将磁体取出。产品尺寸精 度非常高，国外称为近终形成型( n e a rn e ts h a p e ) 工艺。 挤出成型：将混练料加压挤过一个加热的喷嘴，并在冷却时控制外形。磁粉 填充率可达7 5 ( 体积分数) 。挤压模具应具有良好的耐蚀性。 压延成型：将混练料通过轧辊形成连续的薄带状产品，长度可达上百米，厚 度为0 3 6 3 m m ，使用时按需要切割。 各种成型方法的特点及对比如下表1 1 所示： 表1 1 各种成型方法的对比 t a b l e1 1 c o m p a r i s o no f d i f f e r e n tm o d e l i n gm e t h o d s 1 6 粘结n d f e b 磁体的现状与发展趋势 1 9 8 3 年日本开发了性能优良的第三代稀土永磁材料n d f e b 之后，几乎同时美 1 4 浙江丁业人学硕i ：学位论文 国g m 公司开发了用快淬法生产各向同性n d f e b 磁粉的新工艺。目前，由于专利 限制和性能上的优势，绝大部分各向同性n d f e b 磁粉主要由m q i 公司提供嗍_ 。 随着电子仪器的小型化及高性能化，对粘结n d f e b 磁体的磁性提出了更高的 要求，这也在一定程度上促进了各向异性n d f e b 磁粉的诞生。各向异性粘结磁体 的制备工艺大体与各向同性粘结磁体相同，所不同的是成型时要在外磁场下磁取 向而得到各向异性。制备n d f e b 各向异性磁粉的方法主要是h d d r 方法。在n d f e b 合金中添加c o 、g e 、z r 等元素后，经h d d r 处理在“重组”过程中其结晶方向具 有取向性，即具有原始晶粒的记忆效应而得到具有磁取向的各向异性磁粉。目前国 际市场上供应的h d d r 各向异性n d f e b 磁粉的磁性( b h ) m 为2 4 0 2 8 0 k j m 3 ，粘 结各向异性n d f e b 磁体( b h ) m 为1 2 0 1 4 0 k j m 3 。实验室水平为 ( b h ) m = 1 7 6 k j m 3 ，b r = 1 0 2 t ，b h c - 6 3 2 k a m ，h c i = 9 2 0 k a m 。国际市场上供应h d d r 各向异性n d f e b 磁粉的生产厂家是同本的三菱材料株式会社，并拥有专利。这种磁 粉和磁体的潜在市场是十分巨大的乜邑2 引。目自i ，我国仅有少数公司可生产各向同性 h d d r 磁粉，相应的各向异性h d d r 磁体也仅少量试产，尚处于实验宅阶段。因此 我国各向异性粘结n d f e b 磁体的设备、技术和工艺等与世界先进国家还有较大差 距，尚有待于开发。 粘结n d f e b 磁体的市场在过去几年内平均以每年3 5 的增长率增长，在未来 几年内预计也会以约3 0 左右的增长率上升，预计到2 0 1 0 年，全球粘结n d f e b 系 永磁材料的产量将达到4 6 万吨，产值将达到2 0 亿美元以上，其发展前景十分广阔 心4 1 。国内除成都银河、宁波韵升、上海e p s o n 等少数厂家外，其它厂家生产规模 较小。快淬磁粉的生产量更小。可见粘结n d f e b 磁体有巨大的市场日订景和发展余 地。 1 7 粘结n d f e b 磁体研究与应用中存在的主要问题 虽然粘结n d f e b 磁体具有不可比拟的诸多优点，但也存在着以下主要缺点： 与烧结磁体相比，磁性能偏低； 将具有一定磁性能的粉木做成粘结磁体，与原磁性粉末相比，其h c i 基本不 浙江r t 业人学硕i ：学位论文 降低，但其b r 和( b h ) m 有较大的降低。粘结磁体的剩磁可表达为： b r = ( 1 一国) c - - o 而s o b r ( p ) ，式中b r ( p ) 是磁性粉末的剩磁b r ( p ) ，b r ( p ) 与合金 口0 磁粉的成分、制造方法、磁粉颗粒显微结构有关。c o s o 是磁粉的颗粒晶体的取向 因子。对单轴各项异性磁性粉未来说，当粉末颗粒易化轴混乱取向时，c o s o - - 0 5 ， 各向同性粘结磁体便是如此。当粉末颗粒微单轴单晶体，且易磁化轴沿磁场取向 的方向完全取向时，c o s o = 1 0 ；当粉末颗粒的易磁化轴部分取向时，c o s o 可在 o 5 1 0 范围内变化。取向因子c o s o 的高低与粉末颗粒的大小、形状、取向磁场的 强度、成型方法等因素有关，导是粘结磁体的相对密度，d o 是粘结磁体的理论密 d o 度，d o = d 7 0 ( 1 一缈) + c o d ”0 ，其中d 0 是磁性粉木的理论密度，d ”o 是粘结剂和添加 荆的理论密度，这与粘结剂类型有关。是粘结剂和添加剂的体积分数。d 是粘 结磁体的实际密度，它与成型的压力大小有关。通常是d d o 总是小于1 o 。对于 压制成型，若使用环养树脂作粘结剂，体积分数约为1 4 1 5 ，( 质量分数约为 2 5 3 ) ；对于注射成型，若使用环氧树脂作粘结剂，体积分数一般为3 0 - 4 0 ( 质 量分数为8 l o ) 。因此，c o 是粘结磁体的磁性能比磁粉低的主要参量。 使用温度不高，最高仅为1 8 0 。c ，n d f e b 材料的t c 偏低，为3 1 0 左右，但 可以通过添加c o 、z r 、p r 、d y 等元素来得到一定程度的改善；下图1 2 1 1 1 为某一牌 号的粘结n d f e b 磁粉的电子能谱图。 o 钧oh v 图1 2 粘结n d f e b 磁粉的电子能谱图 f i g 1 2a e sg r a p ho fb o n d e dn d f e bp o w d e r s 磁体硬度和压缩强度小 1 6 浙江t 业大学硕卜学位论文 粘结磁体的机械性能主要由粘结剂提供，当磁粉表面与粘结剂结合性能不佳 时必然导致磁体的机械性能下降。 目前粘结n d f e b 磁体的研究重点主要集中在以下方向： 提高磁粉的磁性能，如丌发h d d r 各向异性n d f e b 磁粉、双相纳米晶复 合( 剩磁增强型) 磁粉、新型稀土铁系永磁材料系统( s m f e n 、n d f e n 等) ； 提高磁体的耐热性能，如添加高t c 金属( n d 、z r 等) 提高磁体高温下的 磁性能； 丌发更好的粘结剂以提高磁体的稳定性和机械强度，以满足某些极端条件 下的应用( 如军事上、空间领域等的应用) ； 开发或改进成型工艺，提高粘结n d f e b 磁体的性能价格比，以期进一步扩 大使用范围。 1 8 课题提出及其意义 目前，国内粘结n d f e b 磁体行业目前主要面临以下几个i u j 题： 集中力量解决批量生产中的关键工艺和设备问题。磁体行业的竞争归根结 底还是技术( 专利) 的竞争，磁粉方面：全球范围内m q 及住友的一系列专利于2 0 0 4 年后逐渐到期，可以想见，到那时国产磁粉与国外磁粉必将有一场包括价格和质 量在内的激烈竞争；磁体方面：目前磁体行业主要还是以国内厂家稳固中低端产 品线，国外厂家( 主要是同系厂家) 把持高档产品为主，但随着国内厂家实力的 增强和低端产品利润的下降，将迫使国内厂家进行技术改造和产品升级。 目前使用最广泛的粘结n d f e b 磁体为各向同性的粘结n d f e b 磁体，我国生 产粘结n d f e b 的时间比国外晚，生产能力及产量也较小。国内生产中存在的主要问 题是磁性能和国外有较大的差距，目前国内外广泛进行的纳米双相复合磁性材料 的研究乜5 1 ，就是一个值得重点研究的方向。 进行粘结磁体其它相关性研究与丌发。我国目前只注重磁体磁性能的开 发，其它相关性研究较少，如针对不同使用环境下的粘结剂、进一步扩展磁体适 浙江工业人学硕 ：学位论文 用范围等等。 解决产品成本与市场需求的矛盾，力争找n - 者的平衡点。这必须对粘结 n d f e b 磁体的经济技术特性、用途、市场容量、客户的价格承受能力等方面进行全 面的调查和评估。 经上述分析可以看出，从资源开发与新材料研究的角度考虑，研究稀土永磁 材料n d f e b 有利于开发我国的资源，发挥我国稀土大国的优势，形成特色；从能源 与环保角度考虑，n d f e b 磁体的开发可带动电动交通工具和传动工具的发展，例如 磁悬浮技术的完善；从应用领域及要求来看，粘结n d f e b 永磁体能制成较复杂的形 状，可与其它元件合成一体；从发展前景来看，随着全球信息产业的飞速发展， 在未来十年，计算机产业，汽车产业和消费类电子产品市场对粘结n d f e b 磁体的需 求将呈现猛烈的增大。 基于以上原因，本人以“粘结n d f e b 磁体的模压工艺及相关研究”为课题，进 行了实验工作。 1 8 粘结剂：s y f t g l ( 北京航天航空研究所) ； w 二6 6 c ( 四川承华化工) ； 偶联剂：k h 5 5 0 、钛酸脂n d e 4 0 1 ( 南京曙光化工总厂) 溶剂：丙酮( 分析纯，杭州化学试剂有限公司) 2 1 2 实验设备 普通电子秤模压组合模具分析天平电子搅拌器 真空干燥箱台式压片机油压式万能试验机w e 1 0 万能材料试验机w e 6 0电子力能材料实验拉力机c m t 51 型 永磁材料测试仪h t - 6 1 0 及配套电脑打印机会相显微镜 h i t a c h i s 4 7 0