烧结钕铁硼的生产工艺流程详解

烧结钕铁硼的生产工艺流程

核心提示：本文对稀土永磁材料的发展过程、性能要求、主要类型等方面做了介绍，着重介绍了烧结钕铁硼磁体的生产工艺流程，最后对目前烧结钕铁硼在生产、科研、生活等各领域中的应用进行了总结，并对其发展方向进行了思考，指出应深入研究烧结钕铁硼磁体生产工艺，提高我国钕铁硼磁体的产品质量，才能增加企业自身的竞争力。

1.1稀土永磁材料概述

从广义上讲，所有能被磁场磁化、在实际应用中主要利用材料所具有的磁特性的一类材料成为磁性材料。它包括硬磁材料、软磁材料、半硬磁材料、磁致伸缩材料、磁光材料、磁泡材料和磁制冷材料等，其中用量最大的是硬磁材料和软磁材料。硬磁材料和软磁材料的主要区别是硬磁材料的各向异性场高、矫顽力高、磁滞回线面积大、技术磁化到饱和需要的磁场大。由于软磁材料的矫顽力低，技术磁化到饱和并去掉外磁场后，它很容易退磁，而硬磁材料由于矫顽力较高，经技术磁化到饱和并去掉磁场后，它仍然长期保持很强的磁性，因此硬磁材料又称为永磁材料或恒磁材料。古代，人们利用矿石中的天然磁铁矿打磨成所需要的形状，用来指南或吸引铁质器件，指南针是中国古代四大发明之一，对人类文明和社会进步做出过重要贡献。近代，磁性材料的研究和应用始于工业革命之后,并在短时间内得到迅速发展.现今,对磁性材料的研究和应用无论在广度或者深度上都是以前无可比拟的,各类高性能磁性材料，尤其是稀土永磁材料的开发和应用对现代工业和高新技术产业的发展起着巨大的推动作用。

1.2永磁材料性能要求

永磁材料的主要性能是由以下几个参数决定的

1.2.1最大磁能积：最大磁能积是退磁曲线上磁感应强度和磁场强度乘积的最大值。这个值越大，说明单位体积内存储的磁能越大，材料的性能越好。

1.2.2饱和磁化强度：是永磁材料极为重要的参数。永磁材料的饱和磁化强度越高，它标志着材料的最大磁能积和剩磁可能达到的上限值越高。

1.2.3矫顽力：铁磁体磁化到饱和后，使它的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向外磁场称为矫顽力。它表征材料抵抗退磁作用的本领。

1.2.4剩磁：铁磁体磁化到饱和并去掉外磁场后，在磁化方向保留的剩余磁化强度或剩余磁感应强度称为剩磁。

1.2.5居里温度：强铁磁体由铁磁性和亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称为居里温度或居里点。居里温度高标志着永磁材料的使用温度也高。

1.3稀土永磁材料的主要类型

至今，稀土永磁材料已有两大类、三代产品

第一大类是稀土-钴合金系（即RE-Co永磁），它又包括两代产品。1996年K.Strant发现SmCo5型合金具有极高的磁各向异常数，产生了第一代稀土永磁体1:5型SmCo合金。从此开始了稀土永磁材料的研究开发，并于1970年投入生产；第二代稀土永磁材料是2：17型的SmCo合金大约是1978年投入生产。它们均是以金属钴为基体的永磁材料合金。

第二大类是钕铁硼合金（即Nd-Fe-B系永磁）。1983年日本和美国同时发现了钕铁硼合金，称为第三代永磁材料，当Nd原子和Fe原子分别被不同的RE原子和其他金属原子取代可发展成多种成分不同、性能不同的Nd-Fe-B系永磁材料。其制备方法主要有烧结法、还原扩散法、熔体快淬法、粘结法、铸造法等，其中烧结法和粘结法在生产中应用最广泛[3]。下表列出了不同稀土永磁材料的磁性能。

材料种类最大磁能积

/Kj.m-3剩余磁通

/T

磁感矫顽力

/kA.m-1

内禀矫顽力

/kA.m-1

居里温度

/0C

SmCo5系100 0.76 550 680 740 SmCo5系（高Hc）160 0.90 700 1120 740 Sm2Co17系240 1.10 510 530 920 Sm2Co17系（高Hc）280 0.95 640 800 920

烧结Nd-Fe-B系240-400 1.1-1.4 800-2400 －310-510 粘结Nd-Fe-B系56-160 0.6-1.1 800-2100 －310 Sm－Fe－Ｎ系56-160 0.6-1.1 600-2000 －310-600 从上表可以看出钕铁硼永磁材料的综合磁性能最好，并且烧结法优于粘结法。所以下面主要介绍烧结钕铁硼永磁材料的生产流程。

2烧结钕铁硼的生产流程

总流程如下：

2.1熔炼工段

熔炼工段主要负责将按比例称量好的原材料进行熔炼，分为配料和熔炼两个部分

2.1.1配料

1、常用的金属有如下几种：金属钕，镨钕，特硼，精硼，铜，铝，镓，铽，钴，铁（太原铁、武钢铁、上海铁），镝铁，铌铁。

2、所用仪器、工具、辅助材料等:不同规格的电子秤、钢筋切断机、除锈抛光机、橡胶手套、口罩

3、工作流程：根据当天的生产要求，统计各种原材料的用量，经核对后去原材料库领料；回来后据单配料，大体上分为两种，与熔炼工段的熔炉相对应，大炉用来铸片，小炉铸锭。配料时以及配料完成后要完成相关的记录。接下来有专门人员会来复称，大炉的料样样都要检，检后配放锁车推至熔炼处，为第二天的备料。小炉的料一般要抽查，基本每一车8桶左右，每车抽一桶检验，复称小料及其他，查看是否合格。基本上每天的小炉备料为55桶。大炉的备料一般在10桶以下。

4、注意事项：

(1)因称量金属时在空气中有金属粉末，所以在操作过程中需要戴口罩。而且为防止金属碰伤手需要佩戴专用手套

（2）由于原材料库中的铁棒较长并且容易生锈，所以在配料时需要切断并抛光，以便于称量并减少杂质。

（3）在操作钢筋切断机时需要特别注意安全，小心伤到手指。

（4）正确熟练掌握电子称的用法，将公差严格控制在要求范围内。复称时更需严格把关，保证后续的有效正常生产。作业过程的正确与否直接影响到产品的优劣高低。

2.1.2熔炼

熔炼主要负责将配好的料进行铸片或铸锭，分别由大炉和小炉完成。

1、铸片熔炼

（1）所用仪器、工具、辅助材料等：FMI-I-500R真空熔炼铸片炉、行车、原料车、吊具、铁锤、铁夹、吸尘器、辅助照明工具、炉渣桶、秒表、热电偶、氮气、氩气、手套、防尘口罩、海绵

（2）流程图如下：

（3）注意事项

①装料时，一般坩埚口周围温度较高，操作时应穿大头鞋、防护手套、垫好隔热垫，以免烫伤