烧结钕铁硼永磁材料制备技术.ppt

* * * * * * * * * * * * * * 基于DEM模拟解析颗粒下落及堆积过程的分布规律 基于DEM模拟解析颗粒下落及堆积过程的分布规律 烧结钕铁硼永磁材料制备技术 * 冶金与环境学院 * * 稀土永磁材料的发展 稀土永磁材料到目前为止已经发展了三代产品，1966 年 K.Strnat 应用粉末粘结法制作了 RECo5型合金，该材料具有极高的磁各向异性常数，称为第一代稀土永磁体也即 1：5 型 SmCo合金，磁能积典型值为 200kJ/m3；第二代永磁材料是 2：17 型 SmCo 合金，即 Sm2Co17，磁能积大约 300 kJ/m3；1983 年日本和美国发现了钕铁硼合金，也就是 Nd2Fe14B 合金，其磁能积约为 400 kJ/m3~490 kJ/m3，理论值可达到 640 kJ/m3，称之为第三代稀土永磁材料；随着研究的不断深入，钕铁硼磁性性能不断改善。 * * 钕铁硼永磁材料生产发展与应用 全球钕铁硼产量在过去近三十年中取得了快速增长，由 1983 年的不足 1 吨增加到 2010 年的 13.43万吨，其中我国的产量达 10.8 万吨，占全球钕铁硼总产量的 80%。烧结钕铁硼磁体产量由 2001 年的1.25 万吨，增加到 2010 年的 12 万吨，约占钕铁硼总产量 90%，并在过去十年间保持年均 26.5%的速率快速增长。与烧结钕铁硼相比，粘结钕铁硼规模小很多，但也一直保持较好的发展势头，2001~2010 年间全球粘结钕铁硼磁体产量以年均 8%的速率增长，2010 年产量达 1.43 万吨，其中我国产量达到 1 万吨，占全球粘结钕铁硼产量的近 70%，并以年均近 30%的速率高速增长。 * * 钕铁硼永磁材料生产发展与应用 钕铁硼磁体由于其本身的优异磁性能和良好的性能价格比广泛应用于微波通讯、音像、仪器仪表、电机工程、计算机、磁分离、磁疗等领域。信息技术方面，硬、软磁盘、光盘驱动器和打印机驱动头是钕铁硼磁体材料；医疗器械方面，核磁共振成像仪已成为各大医院必须配备的医疗器械，每台核磁共振成像仪需要钕铁硼磁体 0.5 吨；机床工业方面，NC机床 80%采用直流钕铁硼永磁电机控制；日常生活方面，汽车防雾尾灯、磁卡门锁，礼品盒开关是钕铁硼永磁材料等。 * * 钕铁硼永磁材料制备技术 钕铁硼永磁材料可分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼和注塑钕铁硼。烧结钕铁硼磁性能较好，但生产工艺较复杂，成本也较高。粘结钕铁硼磁体，虽因粘结剂的加入使得磁性能降低，但其具有易批量生产、制造尺寸精确、形状复杂、密度小、磁性能稳定等优点，在电子和医疗领域得到广泛应用。注塑钕铁硼有极高的尺寸精确度，容易制成各向异性、形状复杂的薄壁环或薄磁体。 * * 烧结钕铁硼永磁材料制备技术 烧结钕铁硼磁体用粉末冶金方法制造。烧结Nd-Fe-B系永磁材料的磁性能主要由 Nd2Fe14B基体相来决定的。Nd2Fe14B相的化学成分决定了磁极化强度Js和各向异性场HA。剩磁Br、矫顽力Hcb和磁能积(BH)max由成分和组织结构决定。 烧结钕铁硼永磁材料制作流程 * * 合金铸造-平板铸造 合金铸造技术是制备高性能烧结Nd-Fe-B磁体的关键工艺。高性能磁体制造，Nd-Fe-B合金铸锭微观组织应该具有柱状晶完整，没有α-Fe偏析相，富钕相弥散分布的特点。常用的铸造方法有平板铸造、柱状铸造、薄板铸造。 平板铸造模结构图 1-金属液，2-冷却铜模，3-冷却水 平板铸造是生产钦铁硼最初采用的方法。它是通过将合金熔液浇铸在底部水冷的平板状铜锭模内,得到厚为30-50mm的板状铸锭。由于平板铸造为单面冷却，冷速较低，因此α-Fe较多(由SEM图可知),非冷却面处柱状晶不完整,偏析较严重,对应的磁能积在240-280KJ/m3左右。 平板铸造SEM图 灰色-主相，白色-富钕相，黑色-αFe * * 合金铸造-柱状铸造 柱状铸造是现在采用较广泛的铸造工艺之一，将Nd-Fe-B合金熔液浇铸在柱状(圆柱或长方柱)铜锭模内，锭模底部和四周都有水冷，得到圆柱形直径约100mm的铸锭。由于冷速提高,可以形成完整的柱状品，但依然有较多α-Fe存在。主相晶粒度为50-80μm，而α-Fe呈弥散分布，枝晶也有几个微米尺度，对应的磁能积在280-300KJ/m3左右。 柱状铸造SEM图 灰色-主相，白色-富钕相，黑色-αFe 柱状铸造模结构图 1-金属液，2-冷却铜模，3-冷却水 * * 合金铸造-薄板铸造 柱状铸造是现在采用较广泛的铸造工艺之一，将Nd-Fe-B合金熔液浇铸