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高性能Nd-Fe-B燒結(jié)磁體的開(kāi)發(fā)

發(fā)表時(shí)間:2009-10-15   文章來(lái)源:

     提高釹鐵硼燒結(jié)磁體特性的手段有:(1)提高基體相的飽和磁極化強(qiáng)度;(2)增加磁體中基體相體積分?jǐn)?shù);(3)提高取向度;(4)提高磁體密度;(5)控制晶粒。下面概述目前生產(chǎn)高性能Nd-Fe-B燒結(jié)磁體的幾種新工藝技術(shù):
1、濕壓成型技術(shù)(HILOP)
    為了減少在制粉和成型過(guò)程中粉末的氧化和提高粉粒的取向度,日本日立金屬公司提出了濕壓成型工藝,稱(chēng)之為HILOP( Hitachi Low Oxygen Process)。工藝流程如圖1所示,即利用礦物油作溶劑,將無(wú)氧條件下經(jīng)氣流磨制得的粉末放入其中混合成料漿,料漿在1120kA/m(14kOe)磁場(chǎng)下壓制成型,經(jīng)100℃ ≤T≤300℃下真空(13Pa)處理1小時(shí),濾去壓制坯中的油,然后真空燒結(jié)。濕壓成型的優(yōu)點(diǎn)是:(1)由于磁場(chǎng)成型前后粉末處于油中,直到燒結(jié)之前不與空氣接觸,因而磁體中氧含量大大減少,從傳統(tǒng)工藝的0.58%降至0.16%。(2)磁場(chǎng)成型過(guò)程中,磁粉是在濕潤(rùn)的狀態(tài)下取向的,減小了粉粒之間摩擦力和凝聚力,因而磁粉取向度大大提高。(3)由于濕壓工藝不易氧化,因此磁粉的粒度可以控制得更細(xì),更均勻,這樣燒結(jié)磁體的平均晶粒尺寸也更細(xì),更均勻,隨著磁體晶粒尺寸的減少和均勻分布,磁體的抗蝕性和機(jī)械強(qiáng)度也得到控制。
    M.Takaheshi等利用濕壓成型工藝獲得了磁性為(BH)max=408kJ/m3,Hci=1048kA/m的磁體。其成分為Nd28.86Dy0.75Fe余Nb0.34Al0.08Cu0.05B1.01,其氧含量少于0.2%,磁體密度達(dá)7.7g/cm3。
2、橡皮模壓(RIP)技術(shù)
    橡皮模壓(Rubber Isostatic Pressing)是將裝填有合金粉的橡膠模置于金屬中,加上脈沖磁場(chǎng)進(jìn)行磁定向,置于壓機(jī)上,加上靜磁場(chǎng),使上下壓頭將橡膠模和合金粉一起壓縮,其橡膠模內(nèi)的合金粉受到的是等靜壓壓縮(工藝原理見(jiàn)圖2)。而傳統(tǒng)的磁場(chǎng)成型工藝都是在金屬模具中進(jìn)行的,無(wú)論是平行于磁場(chǎng)方向壓制,還是垂直于磁場(chǎng)方向壓制,粉末顆粒都在一個(gè)方向上移動(dòng)。由于受模壁和磁粉之間磨擦力的阻礙,以及受磁粉之間磁性排斥力的影響,引起某些顆粒易磁化方間偏離取向磁場(chǎng)方向排列。與一般金屬模壓相比,RIP具有以下特點(diǎn):
(1) RIP設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,磁性能比金屬模壓好(見(jiàn)表1)。
(2) RIP是等靜壓壓縮,磁粉的c軸定向在壓縮過(guò)程中不易被打亂。
(3) RIP自動(dòng)化裝置比金屬模壓簡(jiǎn)單緊湊。
                                           表1   兩種壓制方法對(duì)Nd-Fe-B燒結(jié)磁體磁性能的影響

壓制方法

Br(T)

Hci(kA/m)

(BH)max(kJ/m3)

金屬模壓

1.22

1170

279

橡皮模壓

1.31

1122

322

3、Nd-Fe-B合金錠的均勻化等溫退火技術(shù)
    為提高磁性能,就必須使磁體中基體相(Nd2Fe14B)的體積分?jǐn)?shù)增加,合金中Nd的含量降低到接近于化學(xué)計(jì)量成分。當(dāng)Nd的含量較低時(shí),冶煉后的鑄錠中析出大量的α-Fe,而燒結(jié)過(guò)程中。α-Fe與富Nd相結(jié)合生成Nd2Fe14B是很困難的,所以應(yīng)避免鑄錠中出現(xiàn)α-Fe。測(cè)定結(jié)果表明[22]Nd-Fe-B合金錠經(jīng)過(guò)均勻化等溫退火處理,減少了α-Fe量,并減少了與α-Fe有關(guān)的第二相數(shù)量。因?yàn)橥嘶鹌陂gα-Fe與富Nd邊界相以及Nd1+εFe4B4相反應(yīng),生成了更多的Nd2Fe14B相。當(dāng)合金錠中α-Fe析出量少于2% (質(zhì)量)時(shí),破碎和制粉就不困難了,同時(shí)Nd的降低使磁體的耐蝕性有明顯提高。
鑄帶工藝技術(shù)
    鑄帶工藝與快淬工藝相似,將鑄塊厚度進(jìn)一步降低為250~350μm,寬度為數(shù)厘米。冷卻輪旋轉(zhuǎn)線(xiàn)速度為lm/s,比快淬時(shí)的輪速慢得多。因此,所得的鑄片是晶態(tài)的。這一新技術(shù)能大量生產(chǎn)晶粒結(jié)構(gòu)微細(xì)而且均勻、沒(méi)有α-Fe析出的薄帶。目前,已經(jīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)高磁能積Nd-Fe-B磁體。它能生產(chǎn)最大磁能積(BH)max高于400kJ/m3的磁體,也能得到高Hci的磁體。鑄帶工藝特點(diǎn)是:
(1)在稀土含量較低時(shí)可避免大量的α-Fe生成,這為生產(chǎn)高(BH)max磁體創(chuàng)造了條件。
(2)均勻微結(jié)構(gòu),富稀土相片層之間有充分大的距離(約3μm),使柱狀Nd2Fe14B晶粒在制粉后能夠在其間形成單晶粉末顆粒。
(3)富Nd相的彌散分布導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程中液相的最佳分布,這對(duì)增加密度非常有利。
4、雙相合金法技術(shù)
    傳統(tǒng)的單相法工藝有一個(gè)缺點(diǎn),即合金中富Nd相分布的不均勻性,它不能保證在所有的Nd2Fe14B相晶粒周?chē)纬捎直∮志鶆虻囊合喔綦x層。其結(jié)果既影響晶粒的磁取向,又對(duì)燒結(jié)磁體的致密化和矯頑力產(chǎn)生不利的影響。
    為此提出了雙相合金法,即采用成分非常接近化學(xué)計(jì)量成分的基體相合金粉與液相合金粉按一定比例混合,然后再進(jìn)行磁場(chǎng)成型和燒結(jié)制成磁體。基體相采用真空冶煉和破碎制粉,液相合金則采用快淬或HDDR工藝制取粉末。雙相法的優(yōu)點(diǎn)是:
    (1)快淬或HDDR的磁粉晶粒很細(xì),能夠在燒結(jié)期間均勻彌散地分布在Nd2Fe14B晶粒周?chē),形成均勻的液相隔離層,這樣可減少過(guò)量的液相,既增加了基體相的體積分?jǐn)?shù),又使磁體的燒結(jié)密度和矯頑力得以提高。
    (2)快淬粉或HDDR粉晶粒很細(xì),抗氧化能力強(qiáng),制粉時(shí)不易氧化,因此磁體的抗氧化性好。據(jù)報(bào)道日本在1990年用雙相法制造出最大能積為416kJ/m3(52.3MGOe)的磁體。1996年德國(guó)也報(bào)道用雙相法制造出添加Cu、Co的NdDyFeB 磁體,Br=1.41T,Hci=l080kA/m,(BH)max=385kJ/m3(48MGOe)。
    雙相法生產(chǎn)中的基體相合金除了用真空冶煉制取外,1998年日本住友金屬礦業(yè)公司還提出用還原擴(kuò)散(R/D)工藝制取[24]更好,因?yàn)榛w相合金的還原擴(kuò)散反應(yīng)是在包析反應(yīng)溫度以下進(jìn)行的,更容易形成單相Nd2Fe14B晶粒,不會(huì)有α-Fe的析出。該公司用R/D法制取基體相Nd2Fe14B粉,利用快淬法制取液相合金粉,按一定比例混合后制得的燒結(jié)磁體性能為:
(1) Br=1.375T,Hci=1037kA/m,(BH)max=358kJ/ m3;
(2) Br=1.325T,Hci=1680kA/m,(BH)max=326kJ/ m3。

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