中国稀土永磁产业的技术进步

1 一步成型工艺(直接压制成型)

  由于历史原因,中国ndfeb磁体厂家普遍采用“两步成型工艺”:先使用简单的磁场取向压机,将磁粉预压成型;此种压制生坯的密度很低,为提高坯体密度,须将坯体在等静压机中进行二次压制。这种工艺只宜于生产形状简单的大块磁体,如方块、圆柱等,而不宜于生产瓦形、环形或异形磁体。此种工艺的另一缺点是压制的密度偏低,经等静压成型后,坯体密度约4.6~5.2g/cm3。

  最近有中国磁体厂家成功地采用国际上通用的直接压制工艺,生产出瓦形、环形和扇形磁体。中国磁体厂家根据自身的实践经验,并参照国外的经验,在模具成型工艺上作了很大的改进。直接成型工艺压坯的密度高达5.5g/cm3,这是两步成型工艺所不能达到的。压制的柱体互相撞击时已发出金属的声音。正由于压坯的密度显著提高,烧结过程中坯体的收缩完全,烧结后磁体的密度随之增高。困扰中国磁体厂家多年的磁体致密性和可电镀性问题随之解决。而磁体性能的一致性、均匀性也大为改进。一步成型工艺的采用,免除了等静压、线切割、打孔等工序,从而使生产成本大为降低。据估计,由于原材料的节省和加工工序的简化,生产成本可降低40~50%。虽然一步成型工艺在西方早已普遍采用,但在我国仍是新生事物,它不尽完善,仍存在一些难点,特别是在模具的设计上,这应是可以理解的。总之,或迟或早一步成型工艺终将被中国的磁体厂家所普遍采用。我深信,谁采用得愈早,谁将愈早受益。

  中国磁体厂家在成型工艺上与西方国家间的差距,归根结底是硬件上的差距,随着国外自动压机和先进的橡皮模压机(rip)的引入和普及,我国磁体厂家在成型工艺上与国外的差距终将消失。

  2 低温度系数ndfeb磁体

  用ndfeb取代alnico和smco磁体,主要难点在于ndfeb磁体的温度系数远高于后两种磁体。也就是说,ndfeb磁体随温度变化的程度远大于后两者。为了解决此问题,就需要制备低温度系数的ndfeb磁体。1986年李卫[2]用dy部分取代nd,以co部分取代fe,制备出了平均温度系数低于-0.028%/℃(20~100℃)的ndfeb磁体。其磁性能为:br=950mt,hci=1200ka/m (15koe),(bh)max=160kj/m3(20mgoe)。也制备出了零温度系数的ndfeb磁体,其磁性能为:br=790mt,hci=1280ka/m(16koe),hcb=584ka/m (7.3koe),(bh)max=114.4kj/m3(14.3mgoe)。现在已能制出性能更高的低温度系数磁体。

  3 辐射取向磁环

  磁体易轴沿径向排列的磁环称为辐射取向磁环。此种磁环是电机和陀螺仪的核心部件,广泛应用于航空、航天、航海方面。但是开裂问题总伴随着辐射取向磁环,因为稀土金属间化合物的热膨胀和磁致伸缩有明显的磁晶各向异性,也就是说,沿易轴和垂直易轴方向热膨胀和磁致伸缩有明显差异,从而导致开裂。取向度越高,开裂的倾向越明显。钢铁研究院的研究人员[3]成功地开发了一种特殊的工艺,巧妙地解决了这一难题。他们在辐射取向环的外缘通过互扩散形成厚约0.5mm的韧性薄层,此薄层的成分有别于基体。相当于在易开裂的辐射取向环外缘镶嵌了一个薄的韧性箍,既保持了基体的高度取向性,又有效地避免了烧结过程中的开裂。以sm2(co,cu,fe,zr)17辐射取向环为例,此环的磁性为br=1020mt,hci=1080ka/m(13.5koe),(bh)max=188kj/m3(23.5 mgoe)。一般而言,垂于易轴和沿易轴的热膨胀系

胀各向异性差值降低20%左右,从而可有效地避免辐射取向磁环的开裂。类似的工艺也用于制备ndfeb辐射取向磁环。

  4 高耐热ndfeb磁体

  张新宇等[4]成功开发了牌号为n35th的磁体,其成分为(nd,dy,tb)15.0(fe,tm1,tm2)78.3b6.7,其中tm1为难熔金属类掺杂元素(如nb,ti,mo等),而tm2则为低熔点类掺杂元素(如al,sn,ga等)的合金。实践表明,多种难熔金属tm1的复合添加比单独添加nb对nd-fe-b铸锭中α-fe的抑制作用更强,n35th磁体的剩磁明显高于n30uh磁体的,就足以说明这一点。对n30uh和n35th磁体的扫描电镜(sem)背散射组织的观察,发现n30uh磁体的微结构中缺陷较多,相比之下,n35th磁体的晶形较为完整,缺陷少。这说明复合添加多种低熔点金属tm2,能有效改善富nd相与主相晶粒之间的浸润角,从而优化磁体的显微结构。微结构的改善降低了高温下磁体矫顽力的温度系数,改善了磁体的热稳定性。总之,同时采用难熔金属类tm1和低熔点金属类tm2掺杂,不仅其室温剩磁和磁能积得到了大幅提高,而且磁体的矫顽力温度系数明显降低。高温下的耐热特性也得到了显著提高。n35th和n30uh在不同温度下的磁性能对比见表1。

  批量生产的尺寸为6.3×6.3×1.37mm的n35th磁体。经110℃×1.5h处理后的开路磁通净损失接近零,说明n35th磁体是一种适合于中小型稀土永磁电机以及其它需要高稳定性应用

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发布日期:2019年07月04日  所属分类:新闻动态