钕铁硼生产知识培训

钕铁硼生产基础知识及常见问题培训二、毛坯生产制造流程三、常用技术参数《目录》五、安全操作四、产品应用和使用注意事项一、产品介绍一、产品介绍1、我们的产品：烧结钕铁硼永磁材料2、磁性材料类别和定义永磁体（也叫硬磁体），磁性可以长期保持，不易消失；非永磁体（也叫软磁体），去掉外加磁场后磁性易消失；指南针电磁铁磁性材料通常按照其矫顽力的高低进行分类：矫顽力小于0.8kA/m称为软磁材料(SoftMagneticMaterials)，而大于0.8kA/m的通常就称为硬磁材料(HardMagneticMaterials)。硬磁材料在磁化达到饱和之后通常需要很大的反向场，才能使磁化强度降为零；而软磁材料只需要很小的反向场就足以使磁化强度降为零。磁性材料分类•英语中“magnet”一词源于古希腊马其顿塞萨利亚地区的一个地名“Magnesia”,此地出产天然磁铁矿。•早在公元前3世纪，《吕氏春秋》中就有“慈石召铁，或引之也”的记述，指南针作为中国人引以自豪的四大发明之一，其中的关键就是磁性材料。·司马迁（公元前145—公元前87）在《史记》中，有黄帝在作战中使用指南车的记述，如果确实，这可能是世界上关于磁石应用的最早记载。磁现象磁现象•磁性的起源---磁矩1、磁及磁现象的根源是电荷的运动。2、物质中存在的成对的N-S极所构成的磁学量称为磁矩，磁矩是磁现象的最基本单位。3、所有物质都由原子构成，而原子由原子核和核外电子构成。原子核和电子均由于运动而产生磁矩，但原子核的磁矩远小于电子磁矩，所以原子磁矩主要来源于电子磁矩。原子的核外一般分布有若干个电子，电子又分布在几个层次上时，带有负电荷的电子在原子核周围作轨道运动和自旋运动，无论轨道运动还是自旋运动都会产生磁矩。有时各层电子之间的磁矩会相互抵消接近于零，而当原子核外电子的自旋磁矩不能相互抵消时（例如3d过渡族金属和La系稀土金属等一些元素），原子就表现出具有总的原子磁矩。同时，如果在交换作用下，所有原子的磁矩能按一个方向整齐排列时（这种现象称为自发磁化），物体就会对外显示磁性。当然，抵消以后由于原子磁矩大小的不同，最终磁体显示的磁性强弱也不同。未成对电子•磁性的起源：原子固有磁矩●KLMZe电子电荷：－e自旋：½磁矩：自旋磁矩＋轨道磁矩原子核电荷：＋e自旋：1磁矩：N原子磁矩＝电子磁矩＋原子核磁矩最低能量原理+Pauli泡利原理，不相容原理＋Hund洪德法则量子力学效应全同粒子无交换相互作用交换相互作用间接直接超•磁有序的起源：交换相互作用•磁现象及其基本特征1、与物质磁矩相关联的各种现象称为磁现象。2、任何磁体必然产生磁场。一般用磁力线的疏密程度表示磁场强度的大小。3、磁体上磁性最强的部分叫磁极。任何磁体必然有N、S两个磁极，同极相斥，异极相吸。磁力线的方向是由N极（正极）出发，指向S极（负极）。4、N极：小磁针被自由放置时，指向地磁场北极的磁极称为北极（N极）。5、地磁的北极在地理的南极附近,地磁的南极在地理的北极附近磁现象•磁畴在分子场作用下，磁矩在材料内部的一个个小区域整齐排列，形成许多自发磁化区，这些自发磁化区就是磁畴。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。在材料未被磁化时，磁畴之间原子磁矩方向各不相同。只有当磁性材料被磁化以后，它才能对外显示出磁性。那么在磁畴壁处原子磁矩又是怎样排列的呢？实际上，畴壁由很多层原子组成。为了实现磁矩的转向，从一侧开始，每一层原子的磁矩都相对于磁畴中的磁矩方向偏转了一个角度，并且每一层的原子磁矩偏转角度逐渐增大，到另一侧时，磁矩已经完全转到和这一侧磁畴的磁矩相同的方向。磁现象3、磁性材料的发展永磁体铝镍钴AlNiCo铁氧体稀土永磁钐钴系SmCo粘结钕铁硼烧结钕铁硼钕铁硼系NdFeB什么是稀土？稀土稀土就是化学元素周期表中镧系元素—镧（La）、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)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素—钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素（RareEarth）。简称稀土（RE或R）。稀土元素最初是从瑞典产的比较稀少的矿物中发现的，“土”是按当时的习惯，称不溶于水的物质，故称稀土。根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组。轻稀土LR（又称铈组）包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。重稀土HR（又称钇组）包括：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。称铈组或钇组，是因为矿物经分离得到的稀土混合物中，常以铈或钇占优势而得•稀土金属（R）与3d过渡族金属（M）形成一系列化合物，其中富3d过渡族间化合物如RM5，R2M17,R2M14B等己成为重要的永磁材料。01020304050澳大利亚中国印度美国俄罗斯其它国家稀土资源分布世界各国稀土资源储量的对比，我国稀土资源工业储量约4,800万吨(稀土氧化物ReO)，远景储量约12,000万吨，占世界稀土资源的70-80%。磁体工业中常用的元素，如Nd、Pr、Sm、Tb、Dy等在我国稀土矿含量相当高，而且我国稀土矿的稀土氧化物的分离较简便，稀土价格低，这些资源优势为我国稀土永磁材料工业的发展提供了极为有利的条件3、磁性材料的发展3.1铝镍钴AlNiCo，1920年优点：Br高、热退磁性优异、耐腐蚀；缺点：Hcj很低，磁性易消失；3.2铁氧体，1950年优点：热稳定性好，耐腐蚀性优异、原料来源广泛/价格低廉；缺点：最大磁能积低、力学性能差3.3钐钴系SmCo，1960年优点：热稳定性好，磁性能较好；缺点：成本高昂，且大量使用战略金属；3.4钕铁硼，1983年优点：性能优异、性价比高、加工性好，被称为“磁王”；缺点：耐腐蚀性较差，需进行表面涂覆或防腐处理后使用；质地硬且脆；国于1983年底在实验室研制成功钕铁硼永磁体，1984年底开始转化为工业化生产。1985年中国年产10T,1998年增加到3200T。磁体发展进程图示3、磁性材料的发展何为高性能稀土永磁体高牌号NdFeB烧结磁体的判别式如下：(BH)max(MGOe)+iHc(kOe)≥70而在5年以前，高牌号的判别式总值低约10，即(BH)max(MGOe)+iHc(kOe)≥65NdFeB材料相组成所用稀土元素为Nd,Pr,Dy,Tb相组成：磁性相Nd2Fe14B,Dy2Fe14B,Pr2Fe14B,Tb2Fe14B,Nd2Co14B,Pr2Co14B,Tb2Co14B非磁性相：REFe4B4,V2FeB2,NbFeB,MOFeB富稀土相：Nd-Rich,CoNd3,Ga-Nd由杂质引起的相：Nd-oxide,Pr-oxide,RE-carbide,RE-nitride二、毛坯生产制造流程原材料准备原材料检验配料熔炼－甩片回火烧结磁场取向压型制粉入库性能检测取样品加工熔炼熔炼的目的熔炼的目的是将配比好的纯金属料(Fe、Nd、B-Fe、Dy、Al、Nb、Co、Cu等)在真空感应炉中熔化，以便浇注得到铸锭组织。铸锭组织不仅对制粉、取向、烧结工艺，而且对粉末性质和最终烧结磁性能均有重要影响。没有优良的铸锭组织，就不可能造出高性能的烧结永磁体，铸锭组织是制约磁体性能的关键技术之一。良好的铸锭组织应该是：柱状晶生长良好，其尺寸细小；富钕相沿晶界均匀分布，但不得有大块的富钕相；不存在α-Fe相。1、配料：按工艺设计的配比进行原料配制，主原料---Pr、Nd、B、Fe，其他常用原料有Dy、Tb、Al、Cu、Ga、Zr、Ho、Nb、La、Ce等；工艺控制点：1、原材料纯度2、清洁状态3、称重仪器精确度2、熔炼：使用中频感应炉，在惰性气体保护下，将配料工序配置好的原料熔化、浇铸成钢锭，装炉时依各类原料熔点由高至低的顺序依次放入；工艺控制点：1、真空度2、装炉时原料摆放顺序3、预热、熔化、精炼、浇注各步骤的加热功率和操作时间；4、重量、铸锭成分、外观、结晶新技术应用sc成相好：Nd2Fe14B主相比例大，无-Fe相（有利于获得高剩磁）传统的合金锭中，主相比例受限制，富钕相等杂相有一定比例，较难获得高剩磁织构好：主相晶粒小、均匀,富钕相均匀分布在主相晶粒边界（有利于获得高矫顽力）传统的合金锭中，主相晶粒较大、欠均匀,富钕相分布不均匀，需要较多的富钕相以获高矫顽力（Nd2Fe14B主相比例下降，影响获得高剩磁）粗破碎HD主相晶粒完整：晶界富Nd相吸氢后导致的合金薄片沿晶界破碎（有利于提高取向度，获得高剩磁）机械破碎，无法保证沿晶界破碎，一个颗粒中可能包含多个晶粒，不利于提高取向度。富钕相分布均匀：富钕相均匀分布在破碎颗粒边界（有利于获得高矫顽力）机械破碎，无法保证沿晶界破碎，富钕相均匀分布不均匀。制粉效率提高：气流磨制粉效率加倍提高。粉末抗氧化能力提高：吸氢使晶粒表面钝化。烧结磁体的材质得到改善HD原理HD工艺是利用稀土合金和H2的相互作用达到破碎铸锭合金的目的，其工艺过程如下。将具有新鲜表面的Nd-Fe-B系合金装入密闭容器，抽真空后充入高纯氢气，使氢气压为两个大气压左右，数分钟后就会听到合金锭的爆裂声并伴随着温度的升高。这个过程就成为“氢爆”(HD)，此过程是Nd-Fe-B合金发生氢化的结果。在一定的温度和氢气压力下，Nd2Fe14B与氢可以发生如下的反应(富钕相与氢的反应与其类似)，这是个可逆反应：3、氢破：利用稀土材料吸收氢气的特性，通过体积膨胀使金属铸锭均匀的沿晶破碎，为磨制粉料提供预处理；缺点：1.氢破后原料含氢量较大，需在烧结工序进行脱氢处理，延长烧结周期；2.金属组织内部形成氢化物，提高了产品的脆性；3.氢气易燃，需有严格的操作和安全管理规程；优点：1.氢气环境进行加工，减少与氧气的接触；2.沿晶破碎的方式，使破碎后的颗粒粒度均匀，制粉时可以更好的获得单晶，并提高制粉产能；3.破碎后颗粒含氢，防氧化；工艺控制点：防漏，吸氢前真空度，吸氢时间，脱氢温度、时间，冷却出炉温度HD过程恒定氢气压力下NdFeB升温过程中和氢气的反应细粉碎实际生产设备中，为了提高制粉效率，气流磨制粉机采用多个喷嘴，以便在磨室内形成一个物料流态化的区域。图2-8为实际气流磨粉机中的磨室示意图，共有四个喷嘴，其中三个在旁边，互成120º角，底部也有一个。旁边有进料口，顶部是涡轮分级轮。将压力为0.6MPa左右的高纯氮气通过喷嘴射入对撞粉碎区，使物料流态化，并在高速气流作用下，让物料在喷嘴交汇处产生碰撞，使颗粒破碎为细粉。破碎的颗粒随上升气流通过分级轮，使小于规定尺寸的DC的颗粒通过，大于DC的颗粒不能通过分级轮，又返回到对撞粉碎区，继续进行粉碎。而小于规定尺寸DC的粉末经输送管道送到细粉末分离器与高效旋风分离器进行分离，如图2-9所示。尺寸小于D0的过细的粉末被分离掉，在D0-DC范围内的合格粉料从出料口流出。尺寸小于D0的粉末要滤除，净化的氮气可反复使用。气流磨原理气流磨示意图4、制粉：利用高压氮气使原料颗粒高速碰撞，并通过分选，制备金属微粉，粉末颗粒直径3~5μm优点：1.自碰撞进行破碎，原料无污染；2.碰撞能量小，辅助气流冷却，产生热量较少，粉末内应力小；3.保护气体环境下工作，防氧化；4.分选方式，粒度分布较好；工艺控制点：1.加料前氧含量和过程氧含量；2.平均粒度和粒度分布；对撞式可控气流磨制粉机是一种高效的制造Nd-Fe-B永磁粉的设备，它具有如下特点：利用物料自身高能对撞来粉碎，物料与气流磨室内壁碰撞力很小，内壁无磨损；由于制粉过程是在封闭的系统中进行，杜绝了杂质进入物料，无污染，制造的粉末纯度很高；尽管粉末颗粒在碰撞过程中产生热量，但是经过压缩机压缩的氮气通过喷嘴射入研磨腔后，体积急剧膨胀，吸收大量的热量，从而抑制了颗粒碰撞产生的温升；通过调整分级轮和旋风分离器可以控制粉末的最大尺寸DC和最小尺寸D0，可以将D0-DC控制在2-5μm之内，将尺寸在D0-DC范围内的粉末数控制在95%-99%左右，这对制造高性能Nd-Fe