用户手册[中文版]

第1页共63页序言1983年问世的NdFeB磁体发展至今已整整二十年，现今的NdFeB与当初相比，磁能积已从35兆高奥，提升到今天商品磁体的52兆高奥。更为重要的是NdFeB磁体已从实验室的“样品”变成了广为运用的“商品”。磁体产量也从当初的百公斤级发展到今天的万吨级！总之，NdFeB已堪称一个产业。虽然其全球总产值尚不及20亿美元，但它对当今信息产业的影响可谓举足轻重，至关重要：就没有今天个人电脑的小型化和进步；没有它，就不可能设想通信，特别是移动电话的如此普及。我公司致力于磁性材料的研制、开发和销售已有十多年的历史。我们给尊贵的用户提供磁体产品和服务而实行了国际化的管理并建立了行之有效的服务体系，并为了满足用户新的需求而不断的改善我们的工作，特编写用户手册以供广大用户参考。本手册特为，NdFeB永磁产品在市场服务中的技术支持时，相互间建立起技术交流的平台，内容分为基础磁学类、材料特性类、制作工艺类、深加工类、磁路设计类。本手册向用户提供有关NdFeB永磁产品及其应用知识方面的普及读物，内容力求全面、扼要、准确、易懂。本手册如有不当之处，恳请广大用户指正！江西金力永磁科技有限公司2008年12月一、基础磁学类第2页共63页1Q：什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指标？2Q：什么叫磁场强度（H）?3Q:什么叫磁极化强度（J）。什么叫磁化强度(M)，二者有何区别？4Q：什么叫磁感应强度（B），什么叫磁通密度（B），B与H,J,M之间存在什么样的关系？5Q：什么叫剩磁（Jr,Br），为什么在永磁材料的退磁曲线上任意测量点的磁极化强度J值和磁感应强度B值必然小于剩磁Jr和Br值？6Q:什么叫矫顽力（bHc）,什么叫内禀矫顽力（jHc）?7Q：什么叫磁能积（BH）m?8Q:什么叫居里温度（Tc）什么叫磁体的可工作温度（Tw），二者有何关系？9Q：什么叫磁体的退磁场（Hd），什么叫磁体的退磁因子（N）?10Q:如何确定磁体的退磁因子（N），它与磁体的工作状态有何关系？11Q：什么叫永磁体的回复导磁率（μrec）,什么叫J退磁曲线方形度（Hk/jHc），它们有何意义？12Q:什么叫永磁体的磁通可逆损失，什么叫磁通不可逆损失，什么叫磁体的温度系数？13Q：什么叫磁畴，它有何意义？二、材料特性类14Q:金属磁性材料分为几大类，它们是如何划分的？15Q：什么叫Nd－Fe－B永磁体，它分几大类？16Q：什么叫Nd2Fe14B主相？17Q：什么叫富钕相，它有何意义？18Q：Nd－Fe－B烧结磁体的剩磁（Jr,Br），磁体积(BH)m与哪些因素有关？19Q：Nd－Fe－B烧结磁体的内禀矫顽力（jHc）与哪些因素有关？第3页共63页20Q:Nd－Fe－B烧结磁体的矫力（bHc）与哪些因素有关？21Q：Nd－Fe－B烧结磁体的退磁曲线方形度（μrec,Hk/Hc）与哪些因素有关？22Q:Nd－Fe－B烧结磁体的成分有何特点，通常如何表示？23Q：如何理解制作既有较高Br，又有较高jHc的Nd－Fe－B烧结磁体的难度比作只有较高Br或只有较高jHc的磁体难度大？24Q:Nd－Fe－B烧结磁体的取向度ƒ有何意义？25Q：如何测量和标定Nd－Fe－B烧结磁体的取向度f？三、制作工艺类26Q:烧结磁体的制作什么样的流程？27Q:Nd－Fe－B合金熔炼的目的是什么，熔炼工艺有什么特点？28Q：什么叫α－Fe，Nd－Fe－B合金铸锭中的α－Fe有什么危害？29Q：什么叫Nd－Fe－B合金的鳞片状铸锭工艺（StripCastProcess,SC），它有何特点？30Q：Nd－Fe－B合金的制粉工艺有何特点？31Q：什么叫Nd－Fe－B合金的氢爆（HD）制粉工艺，它有何特点？32Q：Nd－Fe－B合金粉末的取向压型工艺有何特点？33Q：什么叫等静压，什么叫橡皮模冷等静压（RIP）工艺？34Q：Nd－Fe－B磁体的烧结工艺有何特点？35Q:Nd－Fe－B磁体的回火工艺有何特点？四、深加工类36Q：烧结Nd－Fe－B磁体的机械性能有何特点？37Q:烧结Nd－Fe－B磁体的深加工工艺有何特点？38Q：影响烧结Nd－Fe－B磁体深加工精度的因素有哪些？39Q：为什么径向取向的烧结Nd－Fe－B磁体沿轴向打孔时容易开裂？第4页共63页40Q：烧结Nd－Fe－B磁体出现的内裂纹与哪些因素有关？41Q：烧结Nd－Fe－B磁体的电镀工艺有何特点？42Q：烧结Nd－Fe－B磁体的镀Zn工艺有何特点？43Q：烧结Nd－Fe－B磁体镀Zn层起泡与哪些因素有关？44Q：烧结Nd－Fe－B磁体的镀Ni有何特点？45Q：烧结Nd－Fe－B磁体的NI/Cu/Ni多层镀工艺有何特点？46Q：烧结Nd－Fe－B磁体的磷化工艺有何特点？五、磁路设计类47Q：什么叫磁力线，它有何特点？48Q：什么叫磁路，什么叫磁路的开路，闭路状态？49Q：什么叫安培定律？50Q：磁路设计的任务是什么？如何进行磁路计算？51Q：什么叫磁路的有限元数值计算方法？52Q：如何估算简单形状磁体的表面磁通密度？53Q：如何估算简单形状磁体的吸力？54Q：什么叫磁路结构的合理性？55Q：如何改善Nd－Fe－B烧结磁体的高温减磁特性？56Q：什么叫霍尔效应，什么叫赫姆霍兹线圈，它们有何意义？57Q：如何估算充、退磁线圈？58Q：在进行磁路组装时，永磁体在组装前充磁与组装后同磁路一起整体充磁，磁体的磁效率有什么不一样？第5页共63页一、基础磁学类1Q：什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指标？A：永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁（Jr,Br）、矫顽力（bHc）、内禀矫顽力（jHc）、磁能积（BH）m。我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度（Tc）、可工作温度（Tw）、剩磁及内禀矫顽力的温度系数（α、β）、回复导磁率（μrec）退磁曲线方形度（Hk/jHc）、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。除磁性能外，永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉）强度、冲击韧性等。此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。2Q：什么叫磁场强度（H）？A：1820年，丹麦科学家奥斯特（H.C.Oersted）发现通有电流的导线可以使其附近的磁针发生偏转，从而提示了电与磁的基本关系，诞生了电磁学。实践表明：通有电流的无限长导线在其周围所产生的磁场强弱与电流的大小成正比，与离开导线的距离成反比。定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线1/（2π）米远处的磁场强度为1A/m（安/米，国际单位制SI）；在CGS单位制（厘米－克－秒）中，为纪念奥斯特对电磁学的贡献，定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线0.2厘米远处的磁场强度为1Oe（奥斯特），1Oe＝1/（4π）*103A/m。磁场强度通常用H表示。3Q：什么叫磁极化强度（J），什么叫磁化强度(M)，二者有何区别？A：现代磁学研究表明：一切磁现象都起源于电流。磁性材料也不例外，其铁磁现象是起源于材料内部原子的核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流。这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。第6页共63页定义在真空中每单位外磁场对一个磁偶极子产生的最大力矩为磁偶极矩Pm，每单位材料体积内磁偶极矩的矢量和为磁极化强度J，其单位为T（特斯拉，在CGS单位制中，J的单位为Gs,1T＝104Gs）。定义一个磁偶极子的磁矩为Pm/μ0,μ0为真空磁导率，每单位材料体积内磁矩的矢量和为磁化强度M，其SI单位为A/m，CGS单位为Gs（高斯）。M与J的关系为：J＝μ0M，在CGS单位制中，μ0＝1，故磁极化强度与磁化强度的值相等；在SI单位制中，μ0＝4π*10-7H/m(亨/米)。4Q：什么叫磁感应强度（B），什么叫磁通密度（B），B与H,J,M之间存在什么样的关系？A：理论与实践均表明，对任何介质施加一磁场H时（该磁场可由外部电流或外部永磁体提供，亦可由永磁体对永磁介质本身提供，由永磁介质本身提供的磁场又称退磁场——关于退磁场的概念，见9Q），介质内部的磁场强度并不等于H，而是表现为H与介质的磁极化强度J之和。由于介质内部的磁场强度是由磁场H通过介质的感应而表现出来的，为与H区别，称之为介质的磁感应强度，记为B：B＝μ0H+J(SI单位制)（1-1）B=H+4πm（CGS单位制）磁感应强度B的单位为T，CGS单位为Gs（1T=104Gs）。对于非铁磁性介质如空气、水、铜、铝等，其磁极化强度J、磁化强度M几乎等于0，故在这些介质中磁场强度H与磁感应强度B相等。由于磁现象可以形象地用磁力线来表示，故磁感应强度B又可定义为磁力线通量的密度，磁感应强度B和磁通密度在概念上可以通用。5Q：什么叫剩磁（Jr,Br）,为什么在永磁材料的退磁曲线上任意测量点的磁极化强度J值和磁感应强度B值必然小于剩磁Jr和Br值？第7页共63页A：永磁材料在闭路状态下经外磁场磁化饱和后，再撤消外磁场时，永磁材料的磁极化强度J和内部磁感应强度B并不会因外磁场H的消失而消失，而会保持一定大小的值，该值即称为该材料的剩余磁极化强度Jr和剩余磁感应强度Br，统称剩磁。剩磁Jr和Br的单位与磁极化强度和磁感应强度单位相同。根据关系式（1-1）可知，在永磁材料的退磁曲线上，磁场H为0时，Jr＝Br，磁场H为负值时，J与B不相等，便分成了J-H和B-H两条线。从关系式（1-1）还可以看到，随着反向磁场H的增大，B从最大值Br＝Jr变化到0，最后为负值，对于现代永磁材料，B退磁曲线的变化规律往往为直线；J退磁曲线的变化规律则不同；随着反向磁场H的增大，B值线性减小，由于B值的减小量总是大于或等于反向磁场H的增大量，故在J退磁曲线上的一定区域内可以保持相对平直的直线，但其J值总是小于Jr。6Q：什么叫矫顽力（bHc）,什么叫内禀矫顽力（jHc）？A:在永磁材料的退磁曲线上，当反向磁场H增大到某一值Hcb时，磁体的磁感应强度B为0，称该反向磁场H值为该材料的矫顽力Hcb;在反向磁场H＝Hcb时，磁体对外不显示磁通，因此矫顽力Hcb表征永磁材料抵抗外部反射磁场或其它退磁效应的能力。矫顽力Hcb是磁路设计中的一个重要参量之一。值得注意的是：矫顽力Hcb在数值上总是小于剩磁Jr.因为从（1-1）式中可以看到，在H=Hcb处，B＝0，则μ0bHc=J，，上面已经说明，在J退磁曲线上任意点的磁极化强度值总是小于剩磁Jr，故矫顽力bHc在数值上总是小于剩磁Jr。例如：Jr＝12.3KGs的磁体，其bHc不可能大于12.3KOe。换句话说，剩磁Jr在数值上是矫顽力bHc的理论极限。当反向磁场H＝bHc时，虽然磁体的磁感应强度B为0，磁体对外不显示磁通，但磁体内部的微观磁偶极矩的矢量和往往并不为0，磁体是说此时磁体的磁第8页共63页极化强度J在原来的方向往往仍保持一个较大的值。因此，bHc还不足以表征磁体的内禀磁特性；当反向磁场H增大到某一值jHc时，磁体内部的微观磁偶极矩的矢量和为0，称该反射磁场H值为该材料的内禀矫顽力jHc。内禀矫顽力jHc是永磁材料的一个非常重要的物理参量，对于jHc的磁体，当反向磁场H大于bHc但小于jHc时，虽然此时磁体已被退磁到磁感应强度B的反向的程度，但在反向磁场H撤消后，磁体的磁感应强度B仍能因内部的微观磁偶极矩的矢量和处在原来方向而回到原来的方向。也就是说，只要反向磁场H还未达到jHc，永磁材料便尚未被完全退磁。因此，内禀矫顽力jHc是表征永磁材料抵抗外部反向磁场或其它退磁效应，以保持其原始磁化状态能力的一个主要指标。矫顽力bHc和内禀矫顽力jHc的单位与磁场强度单位相同。7Q：什么叫磁能积（BH）m？A：在永磁材料的B退磁曲线上（二象限），不同的点对应着磁体处在不同的工作状态，B退磁曲线上的某一点所对应的Bm和Hm（横坐标和纵坐标）分别代表磁体在该状态下，磁体内部的磁感应强度和磁场的大小，Bm和Hm的绝对值的乘积（Bm和Hm）代表磁体