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钕铁硼生产基础知识及常见问题培训 二 毛坯生产制造流程 三 常用技术参数 目录 五 安全操作 四 产品应用和使用注意事项 一 产品介绍 一 产品介绍 1 我们的产品 烧结钕铁硼永磁材料 2 磁性材料类别和定义永磁体 也叫硬磁体 磁性可以长期保持 不易消失 非永磁体 也叫软磁体 去掉外加磁场后磁性易消失 指南针 电磁铁 磁性材料通常按照其矫顽力的高低进行分类 矫顽力小于0 8kA m称为软磁材料 SoftMagneticMaterials 而大于0 8kA m的通常就称为硬磁材料 HardMagneticMaterials 硬磁材料在磁化达到饱和之后通常需要很大的反向场 才能使磁化强度降为零 而软磁材料只需要很小的反向场就足以使磁化强度降为零 磁性材料分类 英语中 magnet 一词源于古希腊马其顿塞萨利亚地区的一个地名 Magnesia 此地出产天然磁铁矿 早在公元前3世纪 吕氏春秋 中就有 慈石召铁 或引之也 的记述 指南针作为中国人引以自豪的四大发明之一 其中的关键就是磁性材料 司马迁 公元前145 公元前87 在 史记 中 有黄帝在作战中使用指南车的记述 如果确实 这可能是世界上关于磁石应用的最早记载 磁现象 磁现象 磁性的起源 磁矩1 磁及磁现象的根源是电荷的运动 2 物质中存在的成对的N S极所构成的磁学量称为磁矩 磁矩是磁现象的最基本单位 3 所有物质都由原子构成 而原子由原子核和核外电子构成 原子核和电子均由于运动而产生磁矩 但原子核的磁矩远小于电子磁矩 所以原子磁矩主要来源于电子磁矩 原子的核外一般分布有若干个电子 电子又分布在几个层次上时 带有负电荷的电子在原子核周围作轨道运动和自旋运动 无论轨道运动还是自旋运动都会产生磁矩 有时各层电子之间的磁矩会相互抵消接近于零 而当原子核外电子的自旋磁矩不能相互抵消时 例如3d过渡族金属和La系稀土金属等一些元素 原子就表现出具有总的原子磁矩 同时 如果在交换作用下 所有原子的磁矩能按一个方向整齐排列时 这种现象称为自发磁化 物体就会对外显示磁性 当然 抵消以后由于原子磁矩大小的不同 最终磁体显示的磁性强弱也不同 未成对电子 磁性的起源 原子固有磁矩 量子力学效应全同粒子 无交换相互作用 磁有序的起源 交换相互作用 磁现象及其基本特征1 与物质磁矩相关联的各种现象称为磁现象 2 任何磁体必然产生磁场 一般用磁力线的疏密程度表示磁场强度的大小 3 磁体上磁性最强的部分叫磁极 任何磁体必然有N S两个磁极 同极相斥 异极相吸 磁力线的方向是由N极 正极 出发 指向S极 负极 4 N极 小磁针被自由放置时 指向地磁场北极的磁极称为北极 N极 5 地磁的北极在地理的南极附近 地磁的南极在地理的北极附近 磁现象 磁畴在分子场作用下 磁矩在材料内部的一个个小区域整齐排列 形成许多自发磁化区 这些自发磁化区就是磁畴 各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁 在材料未被磁化时 磁畴之间原子磁矩方向各不相同 只有当磁性材料被磁化以后 它才能对外显示出磁性 那么在磁畴壁处原子磁矩又是怎样排列的呢 实际上 畴壁由很多层原子组成 为了实现磁矩的转向 从一侧开始 每一层原子的磁矩都相对于磁畴中的磁矩方向偏转了一个角度 并且每一层的原子磁矩偏转角度逐渐增大 到另一侧时 磁矩已经完全转到和这一侧磁畴的磁矩相同的方向 磁现象 3 磁性材料的发展 永磁体 铝镍钴AlNiCo 铁氧体 稀土永磁 钐钴系SmCo 粘结钕铁硼 烧结钕铁硼 钕铁硼系NdFeB 什么是稀土 稀土 稀土就是化学元素周期表中镧系元素 镧 La 铈 Ce 镨 Pr 钕 Nd 钷 Pm 钐 Sm 铕 Eu 钆 Gd 铽 Tb 镝 Dy 钬 Ho 铒 Er 铥 Tm 镱 Yb 镥 Lu 以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素 钪 Sc 和钇 Y 共17种元素 称为稀土元素 RareEarth 简称稀土 RE或R 稀土元素最初是从瑞典产的比较稀少的矿物中发现的 土 是按当时的习惯 称不溶于水的物质 故称稀土 根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质 以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征 十七种稀土元素通常分为二组 轻稀土LR 又称铈组 包括 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 重稀土HR 又称钇组 包括 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥 钪 钇 称铈组或钇组 是因为矿物经分离得到的稀土混合物中 常以铈或钇占优势而得 稀土金属 R 与3d过渡族金属 M 形成一系列化合物 其中富3d过渡族间化合物如RM5 R2M17 R2M14B等己成为重要的永磁材料 稀土资源分布 世界各国稀土资源储量的对比 我国稀土资源工业储量约4 800万吨 稀土氧化物ReO 远景储量约12 000万吨 占世界稀土资源的70 80 磁体工业中常用的元素 如Nd Pr Sm Tb Dy等在我国稀土矿含量相当高 而且我国稀土矿的稀土氧化物的分离较简便 稀土价格低 这些资源优势为我国稀土永磁材料工业的发展提供了极为有利的条件 3 磁性材料的发展 3 1铝镍钴AlNiCo 1920年优点 Br高 热退磁性优异 耐腐蚀 缺点 Hcj很低 磁性易消失 3 2铁氧体 1950年优点 热稳定性好 耐腐蚀性优异 原料来源广泛 价格低廉 缺点 最大磁能积低 力学性能差3 3钐钴系SmCo 1960年优点 热稳定性好 磁性能较好 缺点 成本高昂 且大量使用战略金属 3 4钕铁硼 1983年优点 性能优异 性价比高 加工性好 被称为 磁王 缺点 耐腐蚀性较差 需进行表面涂覆或防腐处理后使用 质地硬且脆 国于1983年底在实验室研制成功钕铁硼永磁体 1984年底开始转化为工业化生产 1985年中国年产10T 1998年增加到3200T 磁体发展进程图示 3 磁性材料的发展 何为高性能稀土永磁体 高牌号NdFeB烧结磁体的判别式如下 BH max MGOe iHc kOe 70而在5年以前 高牌号的判别式总值低约10 即 BH max MGOe iHc kOe 65 NdFeB材料相组成 所用稀土元素为Nd Pr Dy Tb相组成 磁性相Nd2Fe14B Dy2Fe14B Pr2Fe14B Tb2Fe14B Nd2Co14B Pr2Co14B Tb2Co14B非磁性相 REFe4B4 V2FeB2 NbFeB MOFeB富稀土相 Nd Rich CoNd3 Ga Nd由杂质引起的相 Nd oxide Pr oxide RE carbide RE nitride 二 毛坯生产制造流程 原材料准备 原材料检验 配料 熔炼 甩片 回火 烧结 磁场取向压型 制粉 入库 性能检测 取样品加工 熔炼 熔炼的目的 熔炼的目的是将配比好的纯金属料 Fe Nd B Fe Dy Al Nb Co Cu等 在真空感应炉中熔化 以便浇注得到铸锭组织 铸锭组织不仅对制粉 取向 烧结工艺 而且对粉末性质和最终烧结磁性能均有重要影响 没有优良的铸锭组织 就不可能造出高性能的烧结永磁体 铸锭组织是制约磁体性能的关键技术之一 良好的铸锭组织应该是 柱状晶生长良好 其尺寸细小 富钕相沿晶界均匀分布 但不得有大块的富钕相 不存在 Fe相 1 配料 按工艺设计的配比进行原料配制 主原料 Pr Nd B Fe 其他常用原料有Dy Tb Al Cu Ga Zr Ho Nb La Ce等 工艺控制点 1 原材料纯度2 清洁状态3 称重仪器精确度 2 熔炼 使用中频感应炉 在惰性气体保护下 将配料工序配置好的原料熔化 浇铸成钢锭 装炉时依各类原料熔点由高至低的顺序依次放入 工艺控制点 1 真空度2 装炉时原料摆放顺序3 预热 熔化 精炼 浇注各步骤的加热功率和操作时间 4 重量 铸锭成分 外观 结晶 新技术应用sc 成相好 Nd2Fe14B主相比例大 无 Fe相 有利于获得高剩磁 传统的合金锭中 主相比例受限制 富钕相等杂相有一定比例 较难获得高剩磁织构好 主相晶粒小 均匀 富钕相均匀分布在主相晶粒边界 有利于获得高矫顽力 传统的合金锭中 主相晶粒较大 欠均匀 富钕相分布不均匀 需要较多的富钕相以获高矫顽力 Nd2Fe14B主相比例下降 影响获得高剩磁 粗破碎 HD 主相晶粒完整 晶界富Nd相吸氢后导致的合金薄片沿晶界破碎 有利于提高取向度 获得高剩磁 机械破碎 无法保证沿晶界破碎 一个颗粒中可能包含多个晶粒 不利于提高取向度 富钕相分布均匀 富钕相均匀分布在破碎颗粒边界 有利于获得高矫顽力 机械破碎 无法保证沿晶界破碎 富钕相均匀分布不均匀 制粉效率提高 气流磨制粉效率加倍提高 粉末抗氧化能力提高 吸氢使晶粒表面钝化 烧结磁体的材质得到改善 HD原理 HD工艺是利用稀土合金和H2的相互作用达到破碎铸锭合金的目的 其工艺过程如下 将具有新鲜表面的Nd Fe B系合金装入密闭容器 抽真空后充入高纯氢气 使氢气压为两个大气压左右 数分钟后就会听到合金锭的爆裂声并伴随着温度的升高 这个过程就成为 氢爆 HD 此过程是Nd Fe B合金发生氢化的结果 在一定的温度和氢气压力下 Nd2Fe14B与氢可以发生如下的反应 富钕相与氢的反应与其类似 这是个可逆反应 3 氢破 利用稀土材料吸收氢气的特性 通过体积膨胀使金属铸锭均匀的沿晶破碎 为磨制粉料提供预处理 缺点 1 氢破后原料含氢量较大 需在烧结工序进行脱氢处理 延长烧结周期 2 金属组织内部形成氢化物 提高了产品的脆性 3 氢气易燃 需有严格的操作和安全管理规程 优点 1 氢气环境进行加工 减少与氧气的接触 2 沿晶破碎的方式 使破碎后的颗粒粒度均匀 制粉时可以更好的获得单晶 并提高制粉产能 3 破碎后颗粒含氢 防氧化 工艺控制点 防漏 吸氢前真空度 吸氢时间 脱氢温度 时间 冷却出炉温度 HD过程 恒定氢气压力下NdFeB升温过程中和氢气的反应 细粉碎 实际生产设备中 为了提高制粉效率 气流磨制粉机采用多个喷嘴 以便在磨室内形成一个物料流态化的区域 图2 8为实际气流磨粉机中的磨室示意图 共有四个喷嘴 其中三个在旁边 互成120 角 底部也有一个 旁边有进料口 顶部是涡轮分级轮 将压力为0 6MPa左右的高纯氮气通过喷嘴射入对撞粉碎区 使物料流态化 并在高速气流作用下 让物料在喷嘴交汇处产生碰撞 使颗粒破碎为细粉 破碎的颗粒随上升气流通过分级轮 使小于规定尺寸的DC的颗粒通过 大于DC的颗粒不能通过分级轮 又返回到对撞粉碎区 继续进行粉碎 而小于规定尺寸DC的粉末经输送管道送到细粉末分离器与高效旋风分离器进行分离 如图2 9所示 尺寸小于D0的过细的粉末被分离掉 在D0 DC范围内的合格粉料从出料口流出 尺寸小于D0的粉末要滤除 净化的氮气可反复使用 气流磨原理 气流磨示意图 4 制粉 利用高压氮气使原料颗粒高速碰撞 并通过分选 制备金属微粉 粉末颗粒直径3 5 m 优点 1 自碰撞进行破碎 原料无污染 2 碰撞能量小 辅助气流冷却 产生热量较少 粉末内应力小 3 保护气体环境下工作 防氧化 4 分选方式 粒度分布较好 工艺控制点 1 加料前氧含量和过程氧含量 2 平均粒度和粒度分布 对撞式可控气流磨制粉机是一种高效的制造Nd Fe B永磁粉的设备 它具有如下特点 利用物料自身高能对撞来粉碎 物料与气流磨室内壁碰撞力很小 内壁无磨损 由于制粉过程是在封闭的系统中进行 杜绝了杂质进入物料 无污染 制造的粉末纯度很高 尽管粉末颗粒在碰撞过程中产生热量 但是经过压缩机压缩的氮气通过喷嘴射入研磨腔后 体积急剧膨胀 吸收大量的热量 从而抑制了颗粒碰撞产生的温升 通过调整分级轮和旋风分离器可以控制粉末的最大尺寸DC和最小尺寸D0 可以将D0 DC控制在2 5 m之内 将尺寸在D0 DC范围内的粉末数控制在95 99 左右 这对制造高性能Nd Fe B磁体至关重要 气流磨可以进行连续生产 容易实现自动化 生产效率很高 气流磨的优点 压型 压型 磁粉的取向和压型是在同一台设备上完成的 磁粉在压模中磁场取向后紧接着就是压型 压型主要有三个目的 1 使磁粉达到一定的密实度 以便在烧结中达到高磁性能的致密的显微组织 2 将磁粉压制成所需的形状和尺寸 3 保持在磁场取向过程中所获得的取向度 目前普遍采用的压型方法主要有三种 模压法 模压加等静压和橡皮模压 也可分为干压和湿压 湿压就是使粉末与保护介质 一般为有机液体 混和 然后进行压型 其最突出的优点就是可以显著降低磁粉的氧化 但是由于此法成本高 工艺复杂 且在烧结时对真空系统有损害 所以极少被采用 5 压型 在电磁场中对成品粉进行取向 并压型固定 以保持取向后的粉末排列 工艺控制点 1 封闭压型操作的氧含量控制 2 称粉重量检验 3 取向电流 压机压力 4 手模压制上模位置 4 方块压后外观 尺寸检验 5 圆柱压后外观 重量分布检验 6 等静压工作压力 保压时间 烧结 6 烧结 使用真空烧结炉对压型生坯进行高温烧结 达到性能所需的致密度 回火 通过单级或双级回火 促进成分扩散 调整毛坯内部微观结构 工艺控制点 1 烧结炉的压升率和真空系统抽率 2 炉内温区一致性 3 加热前真空度 4 风冷前充气压力 5 出炉温度 烧结对Br影响 烧结磁体的烧结温度既不能太低 这样无法得到高磁性能的显微组织 也不能太高 这样会导致晶粒异常长大 矫顽力迅速下降 一般来说 磁体的最佳烧结温度与其成分和粉末粒度密切相关 当Nd含量较高时 或含有一定数量的轻稀土元素时 如Pr等 烧结温度应该适当降低 当压坯中磁粉的粒度较小时 在烧结过程中 界面能的推动作用较大 也应适当降低烧结温度 烧结温度 回火温度 回火温度对磁体性能的影响与合金内部富钕相的数量 形貌和分布有关 当磁体在比较高的温度下进行第一级回火时 短时间内在晶界交汇处的富钕相变成液相 然后在较低的温度下进行第二级回火 发生共晶反应 液相数量减少 并且其成分也在变化 如能使富Nd液相成分优化至接近三元共晶温度时的Nd含量 就可获得有利于高矫顽力的显微组织 所以两级回火比一级回火得到更加优化的显微组织 烧结对Hcj影响 氧对烧结钕铁硼材料的影响 1 稀土元素与氧化学反应较剧烈 容易生成氧化物 富Nd相稀土总量50 90 主相稀土总量26 69 因此 富Nd相先于主相吸氧 吸氧速度也更快 2 生产过程中 全程气体保护 防止产品氧化 3 制粉过程中 少量并可控的氧的加入 可以生成少量氧化物 烧结过程中起到阻碍晶粒长大的作用 对提高产品Hcj有一定的积极作用 同时 可以起到钝化粉料作用 减缓后续生产过程中粉料对氧的吸收速度 4 过量的氧会依次破坏富Nd相 主相 严重影响产品的剩磁 矫顽力和方形度 5 稀土吸氧是放热反应 如产品粉料短时间内迅速吸氧 大量热量来不及散发会导致起燃 1 以日本住友 德国VAC为代表2 我国有国标 现行版本为 GB T13560 2009 3 依矫顽力大小分为N M H SH UH EH TH七类 分别代表12 14 17 20 25 30 35KOe 4 由矫顽力和最大磁能积组合为若干牌号 如N45 42H 35UH等 烧结NdFeB永磁技术术语 牌号 烧结钕铁硼磁体23 3 下的磁性能 烧结钕铁硼磁体23 3 下的磁性能 烧结钕铁硼磁体23 3 下的磁性能 退磁曲线 剩磁Br单位 高斯Gs或特斯拉T 1T 10000Gs矫顽力Hcj单位 奥斯特Oe或安 米A m 1KOe 79 6KA m磁能积 BH max单位 高斯 奥兆高斯 奥 即10万高斯 奥 方形度Hk Hcj弯曲点Hk和方形度Q通常将J H曲线上的Jr 0 9或0 8Br相对应的磁场称为弯曲点磁场Hk 也称为膝点矫顽力 Hk越大意味着内禀退磁曲线 J H 的方形度越好 J H曲线的方形度Q可表达为Q 4 B H m Jr 三 常用技术参数 磁感矫顽力磁体磁化到饱和后 使它的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力Hc B H曲线上 B 0所对应的磁场强度值称为磁感矫顽力 记作Hcb 单位是安 米 A m CGS单位制中的单位为奥斯特 Oe 1KOe 79 577A m 剩磁磁体磁化到饱和并去掉外磁场后 磁场强度等于零 磁感应强度并没有降为零 而是仍剩余磁感应强度 称为剩余磁化强度 用Br表示 单位是特斯拉 T CGS单位制中的单位为高斯 Gauss 简称Gs 磁能积退磁曲线上任一点的磁通密度与磁场强度的乘积称为磁能积 某个位置上磁能积为最大值 称为最大磁能积 用 BH max表示 单位为KJ m3 对于退磁曲线为直线的永磁材料 显然在Br 2 Hcb 2处磁能积最大 所以 BH max 1 4Br Hcb BH max 0 96 Br Br 4CGS单位制中的单位为兆高奥 MGOe 1MGOe 7 96KJ m3 内禀矫顽力磁体磁化到饱和后 使它的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力Hc J H曲线上 J 0所对应的磁场强度值称为内禀矫顽力 记作Hcj 单位是安 米 A m CGS单位制中的单位为奥斯特 Oe 1KOe 79 577A m 单位制式 SI 国际单位制1960年第11届国际计量大会上规定采用一种适合于一切计量领域的单位制 用符号 SI 表示 我国政府于1977年采用SI制做为我国法定单位制 SI单位制是以长度单位米 m 质量单位千克 kg 时间单位秒 s 电流强度单位安培 A 等做为基本单位 CGS单位制 高斯单位制 一种国际通用的单位制式 即Centimeter Gram Second systemofunits 厘米 克 秒单位制 通常在重力学科及相关力学科目中使用 7 机加工 磨 切 打孔等加工手段 四 产品应用和使用注意事项 磁体应用及实例 宽度充磁 长度充磁 厚度充磁 单面双极 单面多极 轴向充磁 径向充磁 轴向充磁 轴向充磁 表面磁场强度 表场 磁片中心轴线上的磁感应强度 单位是特斯拉 T CGS单位制中的单位为高斯 Gauss 简称Gs 磁片中心轴线上的场可用近似公式来计算A 圆片 直径Dm 长度Lm中心轴线z点的表场 Bz Br z Lm 4 z Lm 2 Dm2 1 2 Z 4Z2 Dm2 1 2 B 方片 长a 宽b 厚度Lm端面中心轴线z点的表场 Bz Br tan 1 ab 2z a2 b2 4z2 1 2 tan 1 ab 2 z Lm a2 b2 4 z Lm 2 1 2 说明 以上公式假定磁体的B H曲线在第二象限是直线 这对NdFeB磁体大多数情况下是适用的 但是当B H曲线存在拐点 且磁片较薄 其开路状态下的工作点Bm Hm位于工作点之下时 实测值明显偏低 表面磁场强度 表场 磁体表面的磁力线是发散的 只有轴线上 场的方向相对固定 霍耳片测量的是中心区域的平均值B 一般测量值较理论值稍低 A 测量简单直观 读数具有确定的单位 意义明确 代表霍耳片所在区域 常理解为一点 场垂直霍耳片的分量的平均值 尤其适于测均匀场 气隙场 B 尺寸较小的产品 30mm 用中心点表场代表磁体整体性能是不恰当的 尺寸大的产品 中心区的表场反而较小 且由于NdFeB磁体的粉末冶金性 材质不均匀性不可避免 个别点的弱磁可能并不会影响整块产品的使用性能 只能测不同点的表场 通过与标准样品比较来判定材质均匀性 并对整体使用性能作出初步判定 高斯计 现称毫特斯拉计 是根据霍尔效应制成的测量磁感应强度的仪器 它由霍尔探头和测量仪表构成 霍尔探头在磁场中因霍尔效应而产生霍尔电压 测出霍尔电压后根据霍尔电压公式和已知的霍尔系数可确定磁感应强度的大小 高斯计的读数以高斯或千高斯为单位 高斯计是用于测量和显示单位面积平均磁通密度或磁感应强度的精密仪器 高斯计就是特斯拉计 是通过霍尔元件检测磁性材料或物体上的一个点及一个面的磁感应强度 1T 1000mT 10000Gs高斯是常见非法定计量单位 特 斯拉 是法定计量单位在国际单位制 SI 中 磁感应强度的单位是特斯拉 简称特 T 在高斯单位制中 磁感应强度的单位是高斯 Gs 1T 10000Gs 磁通量设在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面 磁感应强度B与面积S的乘积 叫做穿过这个平面的磁通量 简称磁通 标量 符号 定义 设在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面 磁感应强度B与面积S的乘积 叫做穿过这个平面的磁通量 简称磁通 1 公式 BS 适用条件是B与S平面垂直 如中间图 当S与B的垂面存在夹角 时 B S COS 读 斐 来自现代汉语词典第五版 单位 在国际单位制中 磁通量的单位是韦伯Weber 符号是Wb 1Wb 1T m 2 1V S 是标量 但有正负 正负仅代表穿向 磁通量 flux 亥姆赫兹线圈 空心双线圈 A 尺寸要求 镜面对称的两线圈 同尺寸 同匝数 同轴 相互串联 两线圈中心距等于线圈半径 线圈任意截面尺寸不应超过直径的10 线圈直径通常应达到所测最大产品尺寸的5倍 一般不小于3倍 B 线圈敏感性及亥姆赫兹常数K 敏感性用线圈中通1A电流在其中心区域产生的均匀场H0 0 7155I N匝 Rcoil 大小来表示 单位为A cm 显然线圈尺寸越小 匝数越多 越敏感 更适合测小样品 在相当于线圈直径尺寸25 30 的圆柱中心均匀区内 场的大小相差0 5 线圈常数K 1A H0 单位是cm K Rcoil N匝 C 亥姆线圈的积分值 VS 乘以K 即为磁矩 Wbcm D 测量值对样品充磁方向与线圈轴向夹角 很敏感 10o对应测试误差百分比为5 左右 只要确保产品的磁取向与线圈轴平行 在中心均匀区内 测量值对线圈与产品的相对位置不敏感 在25 均匀区内 读数误差约为1 什么是磁通计 测量磁通 量 的一种磁测量仪器 用于空间磁场的测量和材料的磁性研究 常用的有磁电式 电子式和数字积分式磁通计 亥姆霍兹 测量原理如果有一对相同的载流圆线圈彼此平行且共轴 通以同方向电流 当线圈间距等于线圈半径时 两个载流线圈的总磁场在轴的中点附近的较大范围内是均匀的 故在生产和科研中有较大的实用价值 也常用于弱磁场的计量标准 这对线圈称为亥姆霍兹线圈 NdFeB材料热稳定性 高温减磁 1 磁性材料的高温减磁与其居里工作温度Tc 失磁温度 矫顽力和两大指标 剩磁Br及矫顽力 存在一定的温度系数有关 对NdFeB材料通常Tc 340 450 Br 0 11 0 07 jHc 0 68 0 45 在一确定磁路中 Tc值越大 温度系数 绝对值 越小 减磁越小 矫顽力的作用体现在B H曲线的拐点位置的高低上 由于B H曲线只是近似直线 并可能存在拐点 具体单位温度变化引起的减磁大小随温度及具体磁路而变化 NdFeB材料Hcj与温度关系 l d 0 7 NdFeB材料热稳定性 2 通常NdFeB材料在室温下的B H曲线近似为直线 高温减磁大小可根据工作点在退磁曲线 B H 上的变动来描述 在静态磁路中 磁片所处工作点 BmHm 与零点的连线称为负载线 工作点为负载线与B H曲线在第二象限中的交点 在动态磁路中 极限工作状态可用与静态负载线平行的两条极限负载线来描述 NdFeB材料在不同温度下的退磁曲线 以及磁片在开路和器件中静态和动态工作点的变化情况如示意图所示 NdFeB材料热稳定性 A 开路状态 单个磁片工作点较低 负载线P 自发退磁场 H1 较大 升温到T3时 磁片工作点已位于B H曲线的拐点以下 此时会产生较大的不可逆减磁 如只升温到T2 不可逆减磁不明显 B 在静态磁路中 工作点明显提高 负载线Po 磁体内部退磁场 Ho1 较小 升温到T3时 工作点还是位B H曲线直线段 不可逆减磁还是比较小 在相同不可逆减磁的条件下 同一磁片在磁路中允许升到更高的温度 在闭路状态下 允许升温是最高的 理论上决定于居里温度Tc的大小 NdFeB材料热稳定性 C 在动态磁路中 最关心的是器件在可能最高工作温度及最大退磁状态下磁片的最低工作点 在进行磁路设计和选取磁材时 原则上应保证该点在B H曲线的拐点之上 在实际磁路中 磁片工作点或多或少会受到外磁场的影响而变化 变化小的可认为是静态磁路 变化大的 如永磁电机 必须作为动态磁路考虑外在退磁场的影响 NdFeB材料热稳定性 可逆减磁 可逆减磁是指磁片从高温降到低温的过程中的磁性能 磁通或表场 变化 在确定磁路中 负载线的斜率不变 差异 与磁片可逆温度系数正相关 同一磁片在闭路状态可逆减磁最大 开路状态最小 Bm 4 M Hm 温度稳定性 可逆减磁衡量 NdFeB材料热稳定性 不可逆减磁 不可逆减磁是指磁片从低温到高温 再回到低温 前后两次低温所测磁性能差异 它是由烧结NdFeB的B H线只是近似直线以及存在拐点而引起 大小与不可逆温度系数相关 工作点在拐点以下 将导致巨大不可逆减磁 同一磁片在正常工作温度范围内 闭路状态的不可逆减磁最小 接近零 开路状态最大 NdFeB材料热稳定性 对NdFeB磁材 温度系数变化不大 可逆减磁在某些磁路中通过温度补偿可适当减少 且随温度变化是可恢复的 相对而言 不可逆减磁的危害较大 客户关心的减磁与通常成品高温减磁概念的区别 1 通常在成品检测中所说的高温减磁 是指磁片在一定状态下 退磁因子 从室温升到高温并保温一段时间后回到室温 前后两次的表场或磁通变化情况 它主要反应的是准开路状态下单个磁片的不可逆温度减磁 与试验时样品的摆放方式有关 只有在老化试验过程中 工作点变化到B H曲线的拐点以下时 减磁才明显 客户关心的减磁与通常成品高温减磁概念的区别 客户通常关心的减磁 是指磁器件从低温升到高温时 由磁片减磁而引起的信号变化 显然它包含了可逆及不可逆温度减磁两部分 另外磁片在运输安装过程中 由环境温度变化及外磁场的影响 也可能导致部分不可逆减磁 减磁率与形状 退磁因子 的关系 降低减磁率途径 1 首先了解客户的使用及测量方式 器件特征变量与磁片磁通变量之间的对应关系 定性判定减磁的性质 可逆的与不可逆所占百分比 然后采取较经济的方式改善 2 降低可逆损失的途径 主要是改进配方 降低剩磁温度系数 或者选用温度系数更好的材料 3 降低不可逆损失的途径 主要是改进配方 降低矫顽力温度系数 提高矫顽力 并改善退磁曲线的方形度 最终目的是降低B H曲线拐点的高度 如条件允许 可建议客户改进磁路 提高负载线的斜率 4 可采用老化的方法降低减磁率 时间稳定性 外磁场下的稳定性 电机用磁体 在工作过程中气隙长度和体积是变化的 属动态磁路 磁体不但受到温度变化的影响 而且还受到电枢磁动势对其反向退磁的影响 由于工作点是在回复线上往返变化 就使得磁体处于循环退磁状态 这要求我们在做电机磁路设计时 不但要考虑温度变化的影响 还要考虑到动态退磁的附加影响 一般功率型的直流电机 由于电枢效应 其最低工作点大约都在 0 6的地方 此时要求磁体在电机的连续工作温度下B H曲线仍为直线 如果B H曲线发生弯曲 磁体就会因电枢效应产生永久性退磁 另外还有对磁体在电机的极限温度下 要求其磁通不可逆损失