基本信息
永磁材料
permanent magnetic material
具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁,一经磁化即能保持恒定磁性的材料。又称硬磁材料。实用中,永磁材料工作于深度磁饱和及充磁后磁滞回线的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料和复合永磁材料。
铝镍钴系永磁合金
以铁、镍、铝元素为主要成分,还含有铜、钴、钛等元素。具有高剩磁和低温度系数,磁性稳定。分铸造合金和粉末烧结合金两种。20世纪30~60年代应用较多,现多用于仪表工业中制造磁电系仪表、流量计、微特电机、继电器等。
铁铬钴系永磁合金
以铁、铬、钴元素为主要成分,还含有钼和少量的钛、硅元素。其加工性能好,可进行冷热塑性变形,磁性类似于铝镍钴系永磁合金,并可通过塑性变形和热处理提高磁性能。用于制造各种截面小、形状复杂的小型磁体元件。
永磁铁氧体
主要有钡铁氧体和锶铁氧体,其电阻率高、矫顽力大,能有效地应用在大气隙磁路中,特别适于作小型发电机和电动机的永磁体。永磁铁氧体不含贵金属镍、钴等,原材料来源丰富,工艺简单,成本低,可代替铝镍钴永磁体制造磁分离器、磁推轴承、扬声器、微波器件等。但其磁能积较低,温度稳定性差,质地较脆、易碎,不耐冲击振动,不宜作测量仪表及有精密要求的磁性器件。
稀土材料
主要是稀土钴永磁材料和钕铁硼永磁材料。前者是稀土元素铈、镨、镧、钕等和钴形成的金属间化合物,其磁能积可达碳钢的150倍、铝镍钴永磁材料的3~5倍 ,永磁铁氧体的8~10倍,温度系数低,磁性稳定,矫顽力高达800千安/米。主要用于低速转矩电动机、启动电动机、传感器、磁推轴承等的磁系统。钕铁硼永磁材料是第三代稀土永磁材料,其剩磁、矫顽力和磁能积比前者高,不易碎,有较好的机械性能,合金密度低,有利于磁性元件的轻型化、薄型化、小型和超小型化。但其磁性温度系数较高,限制了它的应用。
复合材料
由永磁性物质粉末和作为粘结剂的塑性物质复合而成。由于其含有一定比例的粘结剂,故其磁性能比相应的没有粘结剂的磁性材料显著降低。除金属复合永磁材料外,其他复合永磁材料由于受粘结剂耐热性所限,使用温度较低,一般不超过150℃ 。但复合永磁材料尺寸精度高,机械性能好,磁体各部分性能均匀性好,易于进行磁体径向取向和多极充磁。主要用于制造仪器仪表、通信设备、旋转机械、磁疗器械及体育用品等。
永磁材料包括铁氧体永磁、稀土永磁(稀土钴、钕铁硼等)、铝镍钴、铁铬钴、铝铁等材料,其中最常用、用量的是铁氧体永磁、钕铁硼稀土永磁。
铁氧体永磁在永磁材料中,尽管综合磁性能较低,但与金属永磁相比,电阻率高,稳定性好,耐环境变化强,原料来源丰富、性能价格比较高、工艺成熟,又不存在氧化问题,故在永磁材料的诸多应用领域,仍是最理想的永磁材料。铁氧体永磁自50年代批量生产以来,其发展势头十分迅猛,目前产值约为稀土永磁的1.5倍,预计今后较长一段时间内,它仍将是应用最广、需求量的永磁材料。同时,铁氧体永磁及其应用产品还是典型的节能、节材、节汇和出口创汇产品。无论从资源利用角度,还是从能源和应用的角度来看,其发展前景都十分广阔。发展铁氧体永磁对发展中国汽车、摩托车、电子信息等国民经济支柱产业及出口创汇具有重大意义,符合国家产业政策与规划,随着电子信息技术迅速发展,国内外对高性能铁氧体永磁的市场需求越来越大。因此,研究开发和生产高性能铁氧体永磁材料既十分必要,又大有可为。
概述
大类是:合金永磁材料,包括稀土永磁材料(钕铁硼Nd2Fe14B)、钐钴(SmCo)、铝镍钴(AlNiCo)
第二大类是:铁氧体永磁材料(Ferrite)
按生产工艺不同分为:烧结铁氧体、粘结铁氧体、注塑铁氧体,这三种工艺依据磁晶的取向不同又各分为等方性和异方性磁体。
这些就是市面上的主要永磁材料,还有一些因生产工艺原或成本原因,不能大范围应用而淘汰,如Cu-Ni-Fe(铜镍铁)、Fe-Co-Mo(铁钴钼)、Fe-Co-V(铁钴钒)、MnBi(锰铋)
稀土永磁材料
稀土永磁材料(钕铁硼Nd2Fe14B)
按生产工艺不同分为以下三种
(1)、烧结钕铁硼(Sintered NdFeB)——烧结钕铁硼永磁体经过气流磨制粉后冶炼而成,矫顽力值很高,且拥有极高的磁性能,其磁能积(BHmax)高过铁氧体(Ferrite)10倍以上。其本身的机械性能亦相当之好,可以切割加工不同的形状和钻孔。高性能产品的工作温度可达200摄氏度。由于它的物质含量容易导致锈蚀,所以根据不同要求必须对表面进行不同的凃层处理。(如镀锌、镍、环保锌、环保镍、镍铜镍、环保镍铜镍等)。非常坚硬和脆,有高抗退磁性,高成本/性能比例,不适用于高工作温度(>200℃)。
(2)、粘结钕铁硼(Bonded NdFeB)——粘结钕铁硼是将钕铁硼粉末与树脂、塑胶或低熔点金属等粘结剂均匀混合,然后用压缩、挤压或注射成型等方法制成的复合型钕铁硼永磁体。产品一次成形,无需二次加工、可直接做成各种复杂的形状。粘结钕铁硼的各个方向都有磁性,可以加工成钕铁硼压缩模具和注塑模具。精密度高、磁性能、耐腐蚀性好、温度稳定性好。
(3)、注塑钕铁硼(Zhusu NdFeB)——有极高之精确度、容易制成各向异性形状复杂的薄壁环或薄磁体
烧结铁氧体
烧结铁氧体(Sintered Ferrite)的主要原料包括BaFe12O19和SrFe12O19,依据磁晶的取向不同分为等方性和异方性磁体。由于其低廉的价格和适中的磁性能而成为应用较为广泛的一种磁体。铁氧体磁铁是通过陶瓷工艺法制造而成,质地也比较坚硬,也属脆性材料,由于铁氧体磁铁有很好的耐温性及价格低廉,已成为应用较为广泛的永磁体。
橡胶磁
橡胶磁(Rubber Magnet)是铁氧体磁材系列中的一种,由粘结铁氧体料粉与合成橡胶复合经挤出成型、压延成型、注射成型等工艺而制成的具有柔软性、弹性及可扭曲的磁体。可加工成条状、卷状、片状及各种复杂形状。 橡胶磁体由磁粉(SrO6Fe2O3)、聚乙烯(CPE)和其它添加剂(EBSO、DOP)等组成,通过挤出、压延制造而成。橡胶磁材可以是同性的或异性的,它由铁氧体磁粉、CPE和某些微量元素制成,可弯、可捻、可卷。它无需更多机械加工即可使用,也可以按所需尺寸修整形状,橡胶磁也可以根据客户要求复PVC,背胶,上UV油等。它的磁能积在0.60 至1.50 MGOe之间。 橡胶磁材的应用领域:冰箱、讯息告示架、将物件固定于 金属体以用作广告等的紧固件,用于玩具、教学仪器、开关和感应器的磁片。主要应用于微特电机、电冰箱、消毒柜、厨柜、玩具、文具、广告等行业。
铝镍钴
铝镍钴(AlNiCo)是最早开发出来的一种永磁材料,是由铝、镍、钴、铁和其它微量金属元素构成的一种合金。根据生产工艺不同分为烧结铝镍钴(Sintered AlNiCo)和铸造铝镍钴(Cast AlNiCo)。产品形状多为圆形和方形。铸造工艺可以加工生产成不同的尺寸和形状;与铸造工艺相比,烧结产品局限于小的尺寸,其生产出来的毛坯尺寸公差比铸造产品毛坯要好,磁性能要略低于铸造产品,但可加工性要好。在永磁材料中,铸造铝镍钴永磁有着可逆温度系数,工作温度可高达600摄氏度以上。铝镍钴永磁产品广泛应用于各种仪器仪表和其他应用领域。
钐钴
钐钴(SmCo)依据成份的不同分为SmCo5和Sm2Co17,分别为笫一代和笫二代稀土永磁材料。由于其原材料十分稀缺,价格昂贵而使其发展受到限制。钐钴(SmCo)作为第二代稀土永磁体,不但有着较高的磁能积(14-28MGOe)和可靠的矫顽力,而且在稀土永磁系列中表现出良好的温度特性。与钕铁硼相比,钐钴更适合工作在高温环境中(>200℃)。
随着社会的发展,磁铁的应用也越来越广泛,从高科技产品到最简单的包装磁,目前应用最为广泛的还是钕铁硼强磁和铁氧体磁铁。
从永磁材料的发展历史来看,十九世纪末使用的碳钢,磁能积(BH)max(衡量永磁体储存磁能密度的物理量)不足1MGOe(兆高奥),而国外批量生产的Nd-Fe-B永磁材料,磁能积已达50MGOe以上。这一个世纪以来,材料的剩磁Br提高甚小,能积的提高要归功于矫顽力Hc的提高。而矫顽力的提高,主要得益于对其本质的认识和高磁晶各向异性化合物的发现,以及制备技术的进步。
二十世纪初,人们主要使用碳钢、钨钢、铬钢和钴钢作永磁材料。二十世纪三十年代末,AlNiCo永磁材料开发成功,才使永磁材料的大规模应用成为可能。五十年代,钡铁氧体的出现,既降低了永磁体成本,又将永磁材料的应用范围拓宽到高频领域。到六十年代,稀土钴永磁的出现,则为永磁体的应用开辟了一个新时代。
1967年,美国Dayton大学的Strnat等,用粉末粘结法成功地制成SmCo5永磁体,标志着稀土永磁时代的到来。迄今为止,稀土永磁已经历代SmCo5,第二代沉淀硬化型Sm2Co17,发展到第三代Nd-Fe-B永磁材料。
此外,在历史上被用作永磁材料的还有Cu-Ni-Fe、Fe-Co-Mo、Fe-Co-V、MnBi、A1MnC合金等。这些合金由于性能不高、成本不低,在大多数场合已很少采用。而AlNiCo、FeCrCo、PtCo等合金在一些特殊场合还得到应用。目前Ba、Sr铁氧体仍然是用量的永磁材料,但其许多应用正在逐渐被Nd-Fe-B类材料取代。并且,当前稀土类永磁材料的产值已大大超过铁氧体永磁材料,稀土永磁材料的生产已发展成一大产业。
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