硬磁材料及其应用

LOGO硬磁材料及其应用上海应用技术大学——陈小伟主要内容硬磁材料的概念硬磁材料的分类硬磁材料的具体应用硬磁材料的发展前景什么是硬磁材料？硬磁材料是指那些难以磁化，磁化后又不易退磁，而能长期保留比较高的磁性的材料，也称永磁材料或恒磁材料。硬磁材料常用来制作各种永久磁铁、扬声器的磁钢和电子电路中的记忆元件等。硬磁材料的特性高的最大磁能积高的矫顽(磁)力[HC]高的剩余磁通密度[Br]和高的剩余磁化强度[Mr]高的稳定性对于成分给定的硬磁材料，通常可以采用以下方法来提高其性能：定向结晶磁场热处理磁场成型磁畴定向硬磁材料的分类铝镍钴硬磁合金硬磁材料目前产量较大，应用较为普遍的硬磁材料主要有以下几个系列稀土硬磁材料可加工硬磁合金硬磁铁氧体铝镍钴永磁合金1什么是铝镍钴永磁合金？铝镍钴永磁是由金属铝、镍、钴、铁和其他微量金属元素构成的合金磁体，它有着非常好的抗腐蚀和耐高温性能。居里温度高达860℃，适用温度可达550℃.铝钴镍永磁合金是最早广泛使用的一种永磁材料，其制备工艺和技术比较成熟。国内外铝镍钴永磁材料的制备工艺和性能水平基本相当，由于其特殊性能和在仪器仪表中习惯使用，目前日本、美国、欧洲、俄罗斯、中国都有工厂生产。铝镍钴永磁合金的特点主要特点是高Br，低Hc，其相对磁导率＞3.所以在具体应用时，其磁极须做成长柱状或长棒体，以尽量减少退磁场作用。本身矫顽力低，所以在使用过程中应严格禁止任何铁器接触铝镍钴永磁材料，以避免造成永磁体局部退磁而使磁路中磁通分布发生畸变。优点是温度系数小，而且因温度变化而发生的永磁特性的退化也较小，但该材料硬而脆，加工困难。铝镍钴永磁合金的分类铸造铝镍钴合金烧结铝镍钴合金铝钴镍合金永磁的生产工艺包括：铸造磁钢与烧结磁钢。绝大部分铝钴镍合金都采用铸造法生产。铝镍钴永磁的生产工艺铝镍钴硬磁主要是通过烧结和铸造两种不同的工艺进行生产。※烧结铝镍钴工艺流程※铸造铝镍钴工艺流程压制烧结热处理磨加工检验和包装砂模制作熔炼热处理磨加工检验和包装铝镍钴的磁性能随温度的变化改变很小，目前仍被广泛应用于仪器仪表、电机类等要求温度稳定性高的永磁器件中，特别适合于鱼雷、导弹、飞机等武器装备和卫星等航天器中使用。铝镍钴永磁的应用稀土永磁材料2稀土永磁材料是指稀土金属和过渡族金属形成的合金经一定的工艺制成的永磁材料。稀土永磁材料是20世纪60年代出现的新型金属永磁材料，至今，已经具有规模生产和使用价值的稀土永磁材料已有两大类、三代产品。什么是稀土永磁材料？第一代1959-1977：ReCo5(SmCo5)第二代1977-1983：Re2TM17第三代1983-至今：Nd-Fe-B稀土永磁材料的分类稀土永磁材料主要有钐钴系合金和钕铁硼两类。其中钐钴系合金属于第一代稀土永磁材料，与传统的铁氧体和铝镍钴相比，显示出极佳的优越性。由于其原材料昂贵，受到资源与价格的限制，主要应用于高端领域。第三代稀土永磁体钕铁硼因为其优异的磁性能，是迄今为止性价比最高的磁体，在磁学界被誉为“现代永磁之王”，不仅是实验室的宠物，更是工业化的新兴产业。稀土永磁材料——钕铁硼的特点价格只相当于钐钴系合金的50％左右，具有质量轻、体积小、磁性强等优点。但目前尚存在温度系数大和使用温度低等缺点。分为烧结钕铁硼和粘结钕铁硼。TextinhereTextinhere非常坚硬可以切割钻孔一次成型可直接做成各种形状稀土永磁材料——钕铁硼工艺流程烧结钕铁硼：原材料预处理配料熔炼破碎细磨混料压型烧结热处理机加工电镀充磁检验包装稀土永磁材料——钕铁硼工艺流程粘结钕铁硼：粘结剂磁粉偶联剂混合混炼加热混炼压制成型(模压)加热固化(150℃)造料注射成型充磁检验按功能可分为以下五个方面：①将电能转化为机械能。如电动机、音响设备中的扬声器等②将机械能转化为电能。如发电机拾音器、麦克风等。③直接利用磁体的吸引力或排斥力。如选矿机、吸重器、磁性吸盘、磁力传动、磁悬浮列车等。④直接利用磁体产生的磁场。如行波管、调速管、磁控管、核磁共振成像仪、磁电式测量仪表等、⑤利用磁场对介质或生物体的作用。如磁处理水装置、油田用降蜡器、各种磁疗器械等。稀土永磁材料——钕铁硼的应用据说现阶段乃至将来汽车工业仍是稀土永磁电机的最广泛应用领域之一。稀土永磁材料——钕铁硼的应用医学方面主要利用磁体的吸引力与排斥力做成磁性医疗器械及其新技术解决有关问题。嵌牙、磁力正牙、核磁共振成像技术节能方面永磁风力发电机就能使风力发电的效率提高到80％以上。使用钕铁硼永磁作为悬浮轴承的发电机，其输出功率增加约20％。节能家电也是未来钕铁硼重要的替代应用领域，稀土永磁发电机用于空调等家用电器。稀土永磁材料——钕铁硼的应用可加工永磁材料3什么是可加工永磁材料？可加工永磁材料是指机械性能较好，具有良好的加工性能的永磁合金。铁铬钴永磁是70年代初出现的新型永磁材料。其磁性能与铝镍钴永磁相当，特别适宜与制作尺寸要求形状复杂的细小，微薄永磁元件。目前产业化的主要永磁材料。可加工永磁材料-铁铬钴永磁铁铬钴永磁合金属于时效硬化型可变形硬磁合金。含有20%～33%铬、3%～25%钴、3%钼或0.7%～1.0%硅。该系类合金冷热塑性变形性能良好，可以进行冷冲，弯曲，钻孔和各种切削加工，制成片材，棒材，丝材和管材。特点是高剩磁、温度系数低、性能稳定，在对永磁体性能稳定性要求较高的精密仪器仪表和装置中，多采用这种硬磁合金。热处理工艺为：固溶处理(1300～1330℃)→冷加工→磁场处理(620～640℃)→时效处理。主要用于电话机的受话器、扬声器、转速表和台式计算机中的磁性元件。永磁铁氧体4什么是永磁铁氧体？永磁铁氧体又叫铁氧体永磁材料，是目前应用非常广泛的永磁材料之一，属于非金属永磁材料。在电机中常用的有两种：•钡铁氧体(BaO·6Fe2O3)•锶铁氧体(SrO·Fe2O3)。它们的磁性能相差不多，而锶铁氧体的Hc值略低于钡铁氧体，更适用于在电机中使用。优点：•矫顽力Hc大。介于铝镍钴合金和稀土钴永磁之；•原材料来源丰富，价格便宜，耐氧化，耐腐蚀；•磁晶体的各向异性常数大；•退磁曲线近似为直线。永磁铁氧体的特点缺点：•剩磁较低。•温度系数大。•易碎。永磁铁氧体的结构特点当前应用的永磁铁氧体主要为六角晶系的磁铅石型铁氧体。永磁铁氧体形貌•主轴型：易磁化轴处于六角c晶轴的方向•平面型：易磁化轴处于垂直于主轴的平面内•锥面型：易磁化轴发祥处于一个圆锥面内永磁铁氧体提高永磁铁氧体性能的途径：提高取向度提高烧结密度提高铁氧体M相的Ms、Kl细化晶粒、提高单畴颗粒的存在率永磁铁氧体的工艺流程原材料选择及配方(二次)烧结成型称量、混料造球（粒）磨加工预烧二次球磨出厂检验包装出厂各(一次)料永磁铁氧体的应用永磁铁氧体的应用，单以产量（吨）而论，占所有的永磁材料的90％，以产值而言也占有40％．应用领域上，电机占50％，电声20％，测量与控制器件20％，其余10％．四类硬磁材料的对比钐钴磁硬磁材料最贵的铁氧体磁最便宜的钕铁硼磁性能最高的性能最稳定的铝镍钴磁硬磁材料的发展前景磁性材料是电子工业的重要基础功能材料，自20世纪50年代以来,全球磁性材料的产值和产量几乎每隔10年就翻一番,目前世界磁性材料已成为现代社会和工业发展的重要组成部分。目前我国各种门类的磁性材料产量均居世界第一，确立了世界磁性材料生产大国和磁性材料产业中心的地位。看以下图表资料……硬磁材料的发展现状硬磁材料的发展现状图表：我国永磁、软磁铁氧体产量占全球产量比例情况分析图表：2011-2015年我国稀土永磁材料产量情况硬磁材料的发展现状•从总体上分析，全球在未来对铁氧体永磁材料的需求增长有限。•近年来，在国际制造业转移，稀土原料价格高企以及人工成本居高不下等多重因素的影响下，全球的钕铁硼产业的国际格局发生重大变化，中国已成为世界第一大稀土钕铁硼生产国。据中国有色金属工业协会统计，2014年，中国稀土永磁材料产量合计11.8万吨，同比增长25%；2015年我国稀土永磁材料产量约为13.5万吨。硬磁材料的发展现状分析硬磁材料行业竞争格局分析从生产方面来看，主要集中在日本和中国。从技术和产能方面来看，日本是技术领跑者，而我国产能居世界首位。从产品竞争方面来看，国际市场上日本、美国以及部分欧洲国家领先。他们起步早、新品开发能力强、技术含量高，高档硬磁材料的竞争主要集中在这些国家，国内参与竞争的企业为数不多。在产品生产方面，日本及其他国际大公司具有十分强的竞争力。磁性材料市场发展趋势在低碳经济席卷全球的趋势下，各国逐渐将保护环境、低碳排放作为科技发展的关键目前。随着新能源汽车、风力发电、节能家电等低碳经济产业的发展，稀土永磁材料——钕铁硼的需求量将稳步增长。中国钕铁硼永磁材料应用领域分布LOGO