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1、,稀土永磁材料钕铁硼,稀土永磁材料是指稀土金属和过渡族金属形成的合金经一定的工艺制成的永磁材料。稀土永磁材料已在机械、电子、仪表和医疗等领域获得了广泛应用。钕铁硼磁性材料，作为稀土永磁材料发展的最新结果，更因其优异的磁性能而被称为“磁王”。,稀土元素,稀土元素有17种，分别表示如下：钪（Sc） 钇（Y） 镧（Ca） 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）,在钕铁硼产品中常用的稀土金属有：钕、镨、镝、铽、钆、钬,稀土金属的分布,据资料统计，中国的内蒙、江西、浙江、广东、福建、广西、
2、湖南等地都发现了稀土。由于存在的状态不同，内蒙的包头稀土是氟碳铈镧矿形式存在而且是以轻稀土为主（钕前面的稀土），而江西等是离子型矿形式存在以中重稀土为主。世界的稀土大部分在中国，中国约占了世界稀土的80%，而中国的80%在内蒙的包头。世界上美国、俄罗斯、澳大利亚、越南等国家都发现了稀土。,磁性材料,主要运用的磁性材料有铁氧体、铝镍钴、钐钴和钕铁硼。钐钴和钕铁硼合称稀土永磁材料。目前世界上应用最多的还是铁氧体，产品廉价，其次是钕铁硼；铝镍钴和钐钴的温度稳定性比钕铁硼好，因此在一些指针式仪表、军用品和高档消费品中还离不开铝镍钴和钐钴材料。铁氧体的居里温度为465，钕铁硼的居里温度为310，铝镍钴的
3、居里温度为800，钐钴的居里温度在700800之间，因此钕铁硼的温度稳定性最差，但性能最高，被称为“磁王”，目前磁性材料的生产有烧结和粘结两种工艺，粘结由于加了粘合剂磁性能不会高，但产品精度较高。,钕铁硼永磁材料的用途,微波通讯技术中的应用：在雷达技术、卫星通讯、遥控遥测技术、电子跟踪、电子对抗技术中需要用到，磁控电子管、磁控行波管、阴极射线管、环行器等都要用到钕铁硼。,在电机工程中的应用：稀土永磁材料产量的三分之一以上用来制造各种永磁电机，永磁电机的优点是省铜、省电、重量轻、体积小、比功率高。电动自行车电机、电脑驱动电机、车床等的行速与转速的测量电机、电梯的曳引机电机、麻将电机、冰箱空调电机
4、、风力发动电机、汽车发动电机等等应用领域极其广泛。,在电声器件中的应用：如扬声器（喇叭）、话筒、助听器、立体声耳机（MP3、MP4）、电话接收机及电声传感器等等。,在磁力机械工程中的应用：磁力机械包括磁力传动器、磁性齿轮、磁制动器、磁夹具、磁力打捞器、磁性轴承、磁力泵、磁性阀、磁封门、磁锁和永磁起重器、永磁搬运机等,在交通运输工具中的应用：利用同性相斥的原理而制造的列车叫磁悬浮列车；现代豪华轿车需要用15-70个永磁器件，如：风挡刮水器电机、油泵电机、开窗电机、门锁电机、去雾电机、自动汽控器、起动电机等。,在磁分离技术中的应用：利用磁性方法将铁磁性物质与非铁磁性物质分开的技术称为磁分离技术。磁
5、分离技术在选矿、选煤、原材料处理中得到了广泛应用。在磁化技术中的应用：利用磁场对物质进行磁化作用，改变被磁化物质的键合状态与性质；或改变原子、电子状态，促进物质的化学反应与燃料的燃烧；或改变物质的结晶形态或凝固点，这一技术称为磁化技术。磁化器、汽车中的节油器、石油开采中的石油防蜡器等等。在磁疗和健身器械方面的应用：如磁疗水杯、磁球、磁疗机、磁疗鞋、磁疗帽、磁疗手镯、项链等，还有近年来发展较快的医疗设备核磁共振成像仪（MRI）每台的用量在34吨,钕铁硼材料的基本特性及其显微组织结构,钕铁硼永磁体的主要原材料有稀土金属钕,金属元素铁和非金属元素硼(有时会添加铝,钴,镨,镝,铽,镓等),一般表达式为
6、: RE2TM14B(RE=Nd,Pr,Dy TM=Fe,Co) 钕铁硼三元系永磁材料是以Nd2Fe14B化合物作为基体的,其成分应与化合物Nd2Fe14B分子式相近。但完全按Nd2Fe14B成分配比时,磁体的磁性能很低，甚至无磁，只是实际的磁体当中钕和硼的含量比Nd2Fe14B化合物的钕和硼含量多时(即形成富钕相和富硼相)才能获得较好的永磁性能。大量的组织观察表明,烧结钕铁硼系的合金显微组织具有以下特征：(1)基体相(主相)的晶粒呈多边形;(2)富B相以孤立块状或颗粒状存在;(3)富Nd相沿晶界或晶界交耦处分布;(4)另外在基体中还有其他杂质,氧化物相和空洞等。,金属特性,烧结钕铁硼是固体，
7、密度7.27.7g/cm3,熔点大约在1150摄氏度(微量元素的不同熔点也不同),是金属导体可电镀。,强的永磁体,烧结钕铁硼的理论磁能积为64MGOe，饱和磁化强度为1.6T，而目前国内外批量化生产中最大的磁能积为52MGOe。,物理量的概念和参数,1、居里温度（Tc表示）,居里温度的概念：强铁磁体由铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称为居里温度或居里点Tc。,钕铁硼的居里温度点是312摄氏度，Tc是磁性材料的重要参数，Tc高材料的工作温度可提高，也可提高磁性材料的温度稳定性。加钴、铽、镝等可提高磁性材料的居里温度，因此在高矫颈力的产品中（H、SH、）都加有镝等提高Tc的材料。,钕铁硼的制
8、造工艺,熔炼按工艺的不同分为常规熔炼（20kg、30kg、50kg、100kg ）和甩带炉（100kg、 300kg、 500kg ）两种。首先装料再抽真至1Pa以下，开始送低功率加热，边加热边继续抽气，随温度升高，吸附状态的气体，水份逐渐解吸而被抽出，至炉料普遍呈现暗红色，关阀充入氩气，进行增功率升温到炉料全部熔化，并进行5分钟左右的精炼，精炼完毕减功率并进行浇注，浇注时浇口应对准冷却模，浇注完毕并进行冷却。合金锭放置和运输过程要注意杂质的进入如：手套的丝、空气中的灰尘等。同时氧气对合金有破坏作用，氧渗透进去，使钕变成氧化钕；水气对合金有破坏作用，水碰到钕会生成钕的氧化物和氢化物，因此熔炼过
9、程要防杂质、防氧化。,钕铁硼的烧结,成型或等静压后生坯不具备高永磁性能的显微组织,为了进一步提高密度改进粉末颗粒之间的接触性质,提高强度,使磁体具备高永磁性能的显微组织特征,需要将压坯加热到粉末基体相熔点以下的温度进行一段热处理 烧结炉应具有良好的密封性,泄漏率低,因此经常应密闭抽真空保持以防气体,水汽的吸附,切忌产品取出后让炉门敞开着,长时间与外界空气、水汽接触.剥油箱也一样应及时关闭,防止水汽的吸附,影响产品性能.,烧结工艺分烧结和时效两段工艺,烧结温度,甩带氢碎料大约在1050 1085之间,铸锭氢碎大约在10701095之间,铸锭料在11001135之间,时效分二段时效机制890920
10、和500630二段,从烧结和时效到出炉整个工艺过程下来一般要2038小时之间.后加工Nd-Fe-B坯料由于受生产因素的影响，尺寸精度都不能直接达到客户要求，须进行后续加工后才能满足客户要求。电镀由于钕铁硼产品防腐蚀性能比较差，因此必须进行表面处理。,表面处理的形式,a. 镀锌：蓝白锌、白锌、彩锌、黑锌。按环保要求又可分三价铬锌（环保锌）和六价铬锌。b. 镀镍：亮镍、黑镍之分，目前镀镍都是镍铜镍三层电镀方式c. 电泳（环氧镀）：黑环氧、灰环氧之分d. 磷化e. 镀金、镀铜、镀银、镀锡等,信赖性试验,1. 跌落试验：用胶水把产品和铁皮粘在一起，从11.5m空中自由落下并进行多次重复，看镀层有没有脱
11、落，跌落试验基本上是验收镀锌产品。2.划格试验：用刀对镀层进行划格，看镀层的结合情况（镀锌、镀镍都可以）。3.激冷激热试验：把电镀镍后的产品放在烘箱进行加热（200左右），然后放在水里激冷，这样几个循环，以检验镀镍产品的结合力。4.PCT试验：（压力煮试验）条件：2个大气压，95%相对湿度，121温度时，检验镀层的结合力。5.失重试验：Nd-Fe-B由于易氧化，不同的工艺和不同的添加元素，及不同的工艺控制，失重是不一样的，失重试验的单位是每平方厘米失去多少毫克的重量，美国和欧洲的标准不太一样。美国要求：PCT：2atm（大气压） 95%RH（湿度） 121，96小时，要求失重为10mg/cm2
12、以下欧洲要求：Hast试验：3atm（大气压）95%RH（湿度） 130，240小时，要求失重为10mg/cm2以下显然欧洲的标准严格得多，而目前国内传统工艺生产的Nd-Fe-B产品PCT试验大部分为80300 mg/cm2，如果添加钴同时控制工艺常规工艺也可达到10mg/cm2以下。如果用其他工艺则相对好控制。6. 盐雾试验：条件是5%的氧化钠，35温度，连续喷雾48小时或72小时，镀层是否有腐蚀物。7. 恒温恒试：90%湿度，80温度；衡量环氧产品的防腐蚀性能。8. 老化试验：把产品加热到某一温度，保持1-2小时，取出冷却，把加热前的磁通和加热后的磁通进行对比，衡量产品的温度稳定性。,结 论,钕铁硼在我国的储量巨大，但因生产工艺的落后，导致价格低廉。不过，至今已取得很大进步。钕铁硼的发展空间很广，应用领域也愈加广泛，因其性能优异，可显著提高某些器材的性能。但稀土是不可再生资源，对生产工艺和回收的进步提出了要求。中国应利用储量的优势，占据稀土发展的制高点。,谢谢观看,The end,
