常用永磁材料及其应用基本知识讲座

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常用永磁材料及其应用基本知识讲座第五讲永磁产品磁性能波动原因分析宋后定(西南应用磁学研究所，四川绵阳 6 10 ) 2 00中图分类号：T 7 M2 3文献标识码：B 文章编号： 10—8 02 0 )60 6—4 0 13 3 (0 70—0 30

l引言在永磁产品的生产过程中，由于原材料、设备

制造高档牌号的钐钴和钕铁硼永磁产品时，最好采用经过重熔的钐、镨、钕等稀土金属，以确保合金成分准确无误。国目前大量采用的稀土金属我块都是粗制品，不仅夹渣，有明显的氧化层，还含有不少氯根。日本人低价大量购买这种粗制稀土金

和仪表、工人操作、温度和湿度等等原因，造成永磁产品磁性能波动。在某种永磁产品磁性能波动面前，只有经验丰富而又细致了解情况的人，才可能较快地确定原因，采取措施，解决问题。这时如果有适当的理论指导和仪器分析，能促进对问题的则认识和解决。本讲是笔者的经验归纳和分析浅谈， 且仅限于金属永磁产品，供大家参考。

属块，以重熔精制，来制造高档稀土永磁产品，加用 其价格数倍于我国同类中档产品。要稳定地制造高档牌号的永磁产品首先必须把原材料的质量控制住。

2原材料对永磁产品磁性能的影响原材料对永磁产品的磁性能具有特别重大的

3熔炼的重要意义放入熔炼炉坩埚中的原材料是按配方称的纯金属块 (、、铜等 )和某些中间合金块 (铁、铁钴镝

影响，必须十分重视对原材料质量的控制。应多方面注意控制，例如： ( )纯度和不纯物含量。属于主要成分的原 1材料，其纯度达到 9 .%就够了。作为掺杂成分的 95原材料，其纯度达到 9%就够了。C、P 9、S 1、C、

硼铁等 ),随着温度升高，它们逐渐熔化，原子间互相扩散，形成合金或金属问化合物。起先是不均匀的，后来在精炼过程中逐渐均匀化。若炼的是铝镍钴，则浇入砂型慢慢冷却。若炼的是钐钴或钕铁硼，则浇入钢锭模快速冷却。 熔炼铝镍钴时，容易发生两大错误操作：( ) 1加入铝后，在铝未充分扩散分离为单原子状态之前，便过快

地仓促浇涛。这样只有部分铝成单原子

C、Na a、Mn等不纯物各不超出 01 .%以至 00%。 .1( )锈、灰、油、污等表面不纯物应清除干 2净，否则合金成分将明显偏离配方成分。 ( )没有经过重熔的镨、钕等稀土金属锭内 3 部常有夹渣，使合金成分明显偏离配方成分。 ( )储存时间较长的稀土金属块，表面变质 4层较厚，易使合金成分明显偏离配方成分。 如果上述因素存在而未适当处理，则合金成分

进入了铝镍钴晶格，尚有部分铝在合金中呈现为而小团块。种铝的小团块越多，这永磁特性越差。 2 ()含铌、、钛锆等高熔点金属的高矫顽力铝镍钴合金， 高温精炼的持续时间要比普通铝镍钴长得多。高若

必然偏离配方成分。偏离小，则永磁产品的磁性能发生小的波动；偏离大了，则产生大量废品。解决这类问题一般有几种途径：( )当金属块 1

温精炼不充分，便仓促浇铸，则铌、钛、锆高熔点金属没有全部成单原子进入铝镍钴晶格，导致矫顽力和退磁曲线方形度不能达到应有的水平。 1列表出了几种金属的熔 ( )点。沸 铝和铌、钛、锆都是不易挥发的。在精炼过程中，这些金属的挥发量是极少的。不必顾忌这些金属的挥发，尽管放心地进行精炼。6 3

表面污物清除不净时，只好多称点 (经验 ) 2凭；( )当稀土金属块内有夹渣，或表面变质层较厚，必须

多称点 (凭经验 ) 3有意称配若干炉稀土含量偏；( )多的原材料，炼成合金，以便制粉时用来调整成分。

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表 1部分金属的熔 ( )点沸

不正常，微区域成分不均匀，还有一些 F e或钴

枝晶或钴铁枝晶。这时候你怎么调整磨制时间都做不出好产品。平均粒度是正常的，但是粉末的形貌不正常。常粉末的形貌应该是由直线构成的多边正在熔炼钐钴或钕铁硼时也必须重视精炼过程。 通俗的说法叫“炼透”,即熔炼的温度要够高，时间要够长，炼得很均匀。如何把握呢？在不能测定合金液温度的情况下，般凭经验控制中频功率及一其持续时问，并观察液面情况，综合确定是否已经

精炼好了 (已炼透了 )。 钐钴或钕铁硼未炼透便浇铸出来，会带来一系列问题：( )制粉效率低，粉末形貌差：( )烧结不 1 2形，很少见到曲线形的边。不正常的粉末形貌：曲线形的边很多，l g以上的大颗粒较多，1 m以 Om g下的超细颗粒也很多。用透气法测量粉末的平均粒度不能发现这个问题。用显微镜看粉末颗粒的大小和形貌，可以一目了然。在激光粒度分布仪给出的粒度分布曲线上，可以看出，超细颗粒很多，大颗粒也较多。 气流磨制粉比球磨或搅拌磨制粉好，要优点主是铁屑少和氧含量低。公差配合较松的，安装调试不太好的气流磨磨制出来的稀土永磁粉末，也常有很多超细颗粒和较多大颗粒。只能做普通的稀土这永磁产品。要做高性能的钐钴或钕铁硼，用气流磨制出的粉里必须基本消除超细颗粒和大颗粒。为此，粉室里的公差配合应严格，旋风沉降器应仔磨细调试好。

合格率增大；( )返烧率增加；( )永磁特性参数全 3 4面降低。笔者了解，来大家对钐钴或钕铁硼的精据近炼过程已比较重视了，所以上述问题较少出现。 目前，钐钴或钕铁硼熔炼中的主要问题是成在分偏移，而且基本是向稀土总量少的一边偏移，其原因是：( )熔炼炉的密封性不好，有点漏气，一 1部分稀土金属氧化了；( )稀土金属块中的灰、夹 2渣、变质的外表层等等，不是或不全是稀土金属： ( )稀土金属吸附的气体和水分未充分排除，便 3加大功率开始熔炼；( )土金属中残留的氯根较 4稀多。

铸锭的不均匀性在气流磨制粉时也要表现出来：分选轮的转速有时要调快些，有时要调慢些：

先出来的磁粉剩磁高，后出来的磁粉矫顽力高，混合以后才能去成型：留在磨粉室里磨不细的“老粉” 有时候多，有时候少，甚至没有。 在纯净氮气保护下磨制出来的微米级磁粉，其表面非常活泼，遇空气就会慢慢发热而烧起来。解决这个问题有如下三种方式：( )往每袋 ( )粉 1罐里注入…定量的航空汽油，以保护磁粉表面与空气隔离：( )在气流磨制粉过程中，往纯净氮气流中 2加入一点干燥空气，使氧含量保持

在 O5 .%左右，

笔者认为钕铁硼永磁材料生产线的规模已发展到千吨级，熔炼炉应向 5 0 1 0 0~ 0 0公斤发展，精炼时准确测定并控制温度，样在线分析合金液成取分，随即调整成分使其准确达到配方要求。这种熔炼规模和熔炼方式，笔者曾在中国航空材料研究院参观过，他们每炉熔炼 5 0公斤钕铁硼永磁材料， 0 每年炼 2 0￣ 0 0吨，供给 MQI 0 0 30公司制造快淬钕铁硼粉。

让磁粉表面轻微氧化而钝化；( )破碎工序加入 3在防氧化剂，气流磨制粉过程中此防氧化剂薄层会将

4制粉对钐钴和钕铁硼永磁产品磁性能的影响如果采用球磨或搅拌磨制粉，常要调整磨制则时间，有时磨制时间要长点，有时要短点，有时怎么调整时间总是不好，时磨长点磨短点都可。有在料、球、介质三者比例保持一定的条件下，上述复杂情况与铸锭成分及微结构有关。铸锭的微结构在正常时，稀土总量偏多的，磨制时问要长点；稀土总量偏少的，磨制时问要短点：稀土总量适中的， 则磨制时间也适中，而且长点短点都可以。如果未精炼好，或精炼好了但冷却慢了，则铸锭的微结构

每颗磁粉都包裹起来，与空气隔离。采用球磨或搅拌磨制粉时，般用航空汽油做一

介质。航空汽油喜欢吸收空气中的水分，形成微小水滴慢慢沉入容器底部。以盛航空汽油的容器必所须随时盖紧密封，以防水气进入。不含水的航空汽油是很透明的，而含水分的其透明度就比较差。用含水分的航空汽油做介质磨制钐钴粉或钕铁硼粉，磁粉的质量必受到不良影响。

对气流磨中所用氮气应严格限定其含水量。气流磨产出的磁粉，若能闻到氨味或乙炔味，则氮气的含水量超标了，立即停下来解决这个问题，否应JM a nM a e g t rDe i e Vo 3 No6 vc s l 8

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则将发生重大的质量问题。采用液氮气化，可以有

然后被压在坯件中。这点沙子或灰尘，其量很小， 未影响最终产品的磁性能，但切割成小件或薄片后，会出现一些小麻点，成为废品。 ( )飞边和散落的磁粉。有的操作员出于好 9心

,要尽量节约，随时将飞边和散落的磁粉收集起来，加到待压的磁粉中。这是不合适的，其后果与前一点类似。

效避免发生这种问题。

5成型中的哪些因素对稀土永磁产品的质量有不良影响在钐钴和钕铁硼的成型过程中有许多因素对最终产品质量有不良影响，分别列举如下：

( )温度。微米级的稀土永磁粉末，其表面 1是很活泼的，容易氧化而变质。经验表明，当室温

(0储存。好待烧的坯件不应暴露在空气 1)压中，该放在真空中储存，免氧和水的不良影响。应避 (1 1 )压坏的坯件。将破损压坯捣碎研细 (过筛),再成型是可以的，但必须做好记号，因为它

在 2℃以下时，氧化缓慢；超过 2" O 0 C,氧化就渐渐显现；3℃以上，氧化相当快了，以至于不加防 O氧化剂就难以正常成型了。以成型问的温度必须所确保在 3℃以下，最好在 2℃以下。 O 5 ( )湿度。水与稀土金属相遇会形成稀土氧 2

的磁性能将比较差一点，甚至于很差。钐钴和钕铁硼成型过程中该注意的地方很多，要仔细小心，并不断总结经验。

化物和稀土氢化物。分对于钐钴和钕铁硼磁粉的水危害性比氧还大。所以成型间的湿度必须确保在5%以下。 5

6烧结、固溶、时效过程中容易发生的问题在钐钴或钕铁硼永磁产品的烧结、固溶和时效过程中，容易发生很多问题，产品质量受到影响，使兹举例如下：

() 3密度。生坯的相对密度要达到 6%以上， O

即钐钴坯件密度至少达到 51gc,钕铁硼坯件 .6/m3密度至少达到 45 g/m3 .6/。生坯密度低会导致永磁 c

( )排气不充分。在制粉和成型过程中磁粉 1已陆续吸附了一些氧气、氢气、水分、航空汽油、

产品性能的一致性差，破损率高。 ( )磁定向度。不良的磁场定向成型系统有 4时会发生问题。例如：①定向磁场没加上，于是得

防氧化剂等。边抽真空边加热到 3 0 0℃并保温一段时间，为第一排气阶段，处于物理吸附状态的气体、 水分、航空汽油、防氧化剂中的易挥发物，将脱附而被抽出。与磁粉表面已形成化学吸附状态的气体，尤其是氢

气容易与金属形成金属氢化物，这些

到各向同性产品，为废品；②定向磁场加上的时机滞后了，于是产品的磁定向度低了，为废品；③磁场线圈匝问短路未及时发现，定向磁场弱了，磁定向度低不少，为废品。

气体要在较高温度 (般为 70 9 0 )下才能脱一 0~ 0℃附而被抽出。为将这些气体充分排除，应在

( )裂纹。压机好，模具好，一次成型便可 5得到合格的坯件。压机的精度和稳定性不够好，模具的材质差、精度差，一次成型出来的坯件里难免有裂纹，必须接着进行等静压来提高密度，消除裂纹。现行生产线中常用一种非正规的简易等静压机，

9 0 10℃选定一个温度保温一段时间。 0~ 0 O排气不充分在烧结好的钐钴或钕铁硼产品中表现出的问题是，密度较低，剩磁稍低，矫顽力低很多，有时在磁体角边出现光滑的碎裂。 ( )前后两炉差别较大。同一批生坯，在同 2一

它的油压表指示值常大于工作缸里的实际值，经它压过的坯件往往密度不够高，裂纹未完全消除。( )油污染。经过等静压的坯件，在剥离外 6

个炉子里，以同样的烧结制度进行烧结固溶时

效，到的钐钴或钕铁硼磁体的磁性能不一样，甚得至差别较大。这种情况，时有发生；尤其在气温、 水温较高时，发生的频度明显增加。其原因是多方

包皮 ( )时，若安排不当、操作不当，一些坯件套会被油污染，使其最终产品的磁性能受到不良影响。坯件越小，影响越大。

面的：①生坯的存放条件不好，有所变质；②冷却水在循环过程中温度渐渐升高，空系统的抽力渐真

( )汗水污染。工作中，操作员的手难免有 7

或多或少的汗水，它会污染坯件，使最终产品的磁性能受到不良影响。坯件越小，影响越大。 ( )工艺卫生不好。生产线的工艺卫生没搞 8

渐下降；③在炉壁夹层中不断流动的冷却水的温度，与炉内产品实际感受的温度是相关的。若前后

两炉烧结时冷却水温度差别较大，则产品实际感受的温度会有明显差别：指示温度和控制温度的热④

好，有一点沙子或灰尘在不知不觉中进入磁粉中，

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电偶不在烧结产品堆里面，而在它的外面，还比较靠近发热元件。以该热电偶指示的温度与烧结产所品堆里面的温度是不同的，两个温度的相对关系这

能解决这类问题的百分之八九十。在温度高、湿度

高时，返烧的频度会明显增加。这是由于合金锭冷却慢了点，使成分偏析大了点；真空系统的抽气率有所下降。

是变动的，复杂的；升温越快，两者的差别越大， 保温起始点的时问差别也越大。( )返烧。由于产品磁性能未能达到预定牌 3号要求，决定返烧。谓返烧，即重新烧结、固溶、所

( )冷却。钐钴 1: 4 5型的烧结最简单，不必固溶和时效。但在冷却时要迅速通过 7 0C,6 0 5" 0℃以下冷却稍慢点就没大问题了。如果在 7 0C左 5￣

时效，或重新固溶、时效，或重新时效。如果密度和剩磁都差一点，则需要重新烧结、固溶、时效； 如果密度够了，而剩磁稍低点，矫顽力差得多点， 则重新固溶、时效；如果只是矫顽力差点，则重新时效。凭经验而论，对于钐钴和钕铁硼，似乎返烧(上接 5页) 1

右冷却慢了，则矫顽力会很低。烧结钕铁硼大产品需要控制好冷却，6 0C以上快冷， 5￣ 5￣ 6 0C以下要慢

冷 (随炉冷却 ),这样既保证大产品不裂，又保证它的矫顽力达标。

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图 4 3A N 5 H磁体的() a高温退磁曲线和高温不可逆磁通损失

我们看到，新工艺生产的 N3AH磁体在 20 5 4℃下仍有 4 8 k ( . k )的矫顽力，2~ 4℃ 5 . A 57 Oe 4 6

020的剩磁和矫顽力的温度系数， 分别达到一

金工艺分别炼制重稀土含量较低的母合金和重稀土 ( yT ) aC, )金混合制造的磁体有效地避 D,b(, u合 G A1免了 1软磁相的产生，获得了( ):: 2了~2 34 k/ (5 3 Oe, 8 . J 3 . MG ) 4 m 4 I 2 5 .k/ 3 .5= 9 63 A m(71

01%/ . 3℃和~O3 4℃,能指标明显高于 N3 E .8%/性 5H磁体，见表 2。高温退磁曲线显示，在 2 0C下的 00

k )在 2- 4￣ Oe, 0 2 0C间剩磁和矫顽力温度系数分别为-

曲线仍为直线，在 20C高温不可逆磁通损失 4￣仅 26 ( c一1 ) .%尸： .,说明该磁体可以在 2 0C的高 4 4￣温下工作。表 2 N 5磁体在不同温度下的磁性能 3 AH

01%/ . 3℃和一O3 4℃,能在 2 0C的高温下使 .%/ 8 4￣

用的 N3 A 5 H烧结 NdF—体。—eB磁 参考文献：[] K o mtl HadMan t tr l【 . r tdi 1 1 rn le H, r g e cMae as M】Pi e lr i i . n nNeh ra d 1 9 . 6 . t e ln 9 14 1

[] Hi swa .J IE rn g, 9 9 2:4 7 2 2 r a [ .E ET as o S] Man 18, 5 3 3 . 【】 Fde .J.E ET as g, 9 5 2 () 15。9 7 3 il J[ IE rn n 18, 15: 9 5 15 . r] Ma 【】 B sh w KH[ . e rg h s 19,4 l2 . 4 uco J J R pPo P y, 9 15:13 .] [】 G ss gr,t1[ . escmmo t18,: 9 5 rsi e R ea.J J s o n 】 L - n, 7 l4 2 . Me 9 3

4结论在高使用温度烧结 N—eB永磁材料的研究 dF—中，当 Nd被 D ( b y T )取代 2 a￣ 0t%时，会抑制铸锭中0 F c e的析出，但 l—: 2软磁性相会大量增加，

[] G ibB e 1[ . rc5hItrS m oim n Ma 6 r , ta.A】 Po t ne y p s e u o gAn s t p n ec v t n r r a t r n i o t io r y a d

Co r i i i a e e rh t st n me o y a i

Al y[] 18: 9 . l s . 7 3 5 o C 9

作者简介：贺琦军 (92,男，工程师。 1一) 7毕业于钢铁研究总院功能材料研究所，现就职于宁波招宝磁业有限公司

从而影响了磁体的矫顽力与温度稳定性。采用双合

从事烧结钕铁硼技术5作。 -JM a nM a e g t rDe i e Vo 8 NO vcs l 3