钕铁硼永磁产品按照生产工艺的不同可分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼和热压钕铁硼等,由于生产工艺的不同,他们在产品磁性能、后加工及应用上具有较大的不同。前期我们已经对烧结钕铁硼做了系统的介绍,接下来懂磁帝将向大家隆重介绍粘结及热压钕铁硼,以及三类不同的钕铁硼产品在性能和应用上的对比。
粘结钕铁硼
粘结磁体大约出现在20世纪70年代,当时的SmCo已经达到商品化,烧结钕铁硼永磁体的市场情况很好,但难于精密加工成特殊形状,而且在加工过程中易出现开裂、破损、掉边、掉角等问题,另外还不易装配,从而使其应用受到限制。为解决这一问题,将永磁体粉碎后与塑料混合,在磁场中压制成型,这大概是粘结磁体最原始的制造方法。粘结Nd-Fe-B磁体由于成本低、尺寸精度高、形状自由度大、机械强度好、重量轻等优点而得到广泛应用。
一、生产工艺:
粘结钕铁硼是由永磁体粉末与橡胶或质硬量轻的塑料等粘结材料相混合,按照用户要求直接成型为各种形状的永磁部件。
磁粉的制备是加工钕铁硼永磁体的关键工序,磁粉性能的好坏直接影响永磁体的磁性能。制备Nd-Fe-B磁粉的方法有机械破碎法、熔块快淬法、HDDR法、气体喷雾法以及机械合金化法等。目前主流工艺采用HDDR法,它是通过氢化-分解-脱氢-再结合的过程制备高性能稀土永磁粉:首先把合金破碎成粗粉,装入真空炉内,在一定温度下晶化处理,合金吸氢并发生歧化反应,然后将氢气抽出,使之再化合成具有极小晶粒的稀土永磁粉末。这种方法可以得到平均粒径为0.3μm的细小晶粒,从而获得具有高矫顽力的磁粉。
粘结钕铁硼的压制成型目前有4种工艺:压延成型、注射成型、挤压成型和模压成型,其中压延和注射较为主流。
1.压延成型是将磁粉和粘结剂按一定体积比例均匀混合,轧成所需要的厚度然后经过固化处理制造成成品,一般使用乙烯类树脂和丁腈橡胶来作为粘接剂,产品表面需要做镀层保护。
2.注射成型是将磁粉与粘结剂(热塑性树脂)混合,经加热混炼、造粒、干燥、然后经螺旋式导杆送到加热室加热,以一定的速度注射到模腔成型,冷却后即得成品,由于树脂含量高,能在磁体表面形成一层保护膜,一般无需再做表面防腐处理,除非对表面防腐能力有较高要求。
3.挤压成型与注射成型法基本相同,唯一区别是将加热后的粒料通过一个空洞挤压入模具中连续成型。
4.模压成型是将磁粉和粘结剂按照比例混合,经过造粒并加入一定量的偶联剂,在模具中压制成型,于120°~150°固化,最终得到成品。
二、产品性能
添加粘接剂,磁性能低于烧结钕铁硼:粘结钕铁硼磁体是用粘结剂将磁粉粘结成大块磁体,其密度一般只有理论上的80%。而烧结钕铁硼磁铁经过复杂的工序高温加热而成的,因此在磁性上,粘结钕铁硼弱于烧结钕铁硼。
下表是懂磁帝结合网络资源整合的压延和注射制粘结钕铁硼的常见产品牌号及性能,供大家参考。
此外,粘结钕铁硼永磁材料国家标准为GB/T18880-2012,大家也可参考,如需电子版可在公众号后台留言给懂磁帝。
产品精度高,形态自由度大:烧结钕铁硼是用粉末烧结的方法生产的,一般经过烧结只能生产出毛坯,再经过机械加工(如线切割、切片、磨削等)才能成为各种形状的磁体。与烧结钕铁硼相比,粘结钕铁硼永磁体的生产过程更加简单,无需二次加工,其产品尺寸精度高、不变形;同时形态自由度大,可根据实际使用需求制造各种形状的产品,如长条状、片状、管状、圆环状或其他复杂形状,便于大批量自动化生产且产品机械强度高。
各向同性磁体,便于任意方向充磁:粘结钕铁硼是各向同性磁体,各方向磁性相同,因此方便制作多极乃至无数极的整体磁体,这对于烧结磁体来说通常很难实现。
三、产品应用
粘结钕铁硼磁体的磁性能不及烧结钕铁硼,但因其方便制造多级充磁环形磁体,性能一致性和均匀性极佳的特点,以及易于同其他金属或塑料零部件一体化成形,远高于粘结铁氧体的磁性能,被广泛应用于各类微型电机和传感器系统中。粘结钕铁硼的具体用途可分为:
·数字化产品:硬盘驱动器磁体(HDD)-这是目前粘结钕铁硼最大的应用领域
·办公OA产品:打印机用传动电机、扫描仪用电机、复印机同步进电机(STP)、激光打印机磁辊等
·汽车用电机及磁传感器产品:包括EPS助力转向传感器磁体、雨刮器电机、摇窗电机、座椅调节器电机等
·其他各类工业用和家用电机:主要包括各类伺服电机、电动工具用电机、空调制冷马达等
由于在磁性能与成型上的巨大差异,粘结钕铁硼与烧结钕铁硼使用的交集并不大。粘结钕铁硼主要用于硬盘光驱主轴电机以及功率较小的微特电机等领域,而烧结钕铁硼更多用于功率较大的驱动电机等领域。
钕铁硼永磁产品按照生产工艺的不同可分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼和热压钕铁硼等,由于生产工艺的不同,他们在产品磁性能、后加工及应用上具有较大的不同。之前我们已经对烧结钕铁硼做了系统的介绍,接着将向大家隆重介绍小众的热压钕铁硼,以及三类不同的钕铁硼产品在性能和应用上的对比。
热压钕铁硼
热压钕铁硼在不添加重稀土元素的情况下可实现与烧结钕铁硼相近的磁性能,具有致密度高、取向度高、耐蚀性好、矫顽力高等优点,但机械性能不好且由于专利垄断,加工成本较高,目前市场上仅美国通用、日本大同(Daido)和欧洲达美三家公司拥有生产技术,且仅有日本大同能够实现热压钕铁硼产品量产。2018年2月银河磁体建成国内首条热压钕铁硼生产线,产能达300吨/年,预计量产在即。
热压钕铁硼永磁材料采用热压或热流变工艺制备,首先按一定成分配比,采用溶体快淬法,制备出钕铁硼快淬带,再将其破碎成一定颗粒度的粉末,然后在惰性气体或真空环境中,一定温度下,将其密实,压制成坯,这时的产品为各向同性磁体毛坯;在惰性气体或真空环境下,更换或变动模具,提高温度,重新加压,将各向同性磁体毛坯经热流变产生各向异性,获得各向异性磁体毛坯。最后各向同性磁体毛坯或各向异性磁体毛坯经机械加工,磁化(充磁)得到最终的各向同性磁或各向异性热压钕铁硼永磁材料。
由于成型技术工艺限制,目前热压钕铁硼只能做成环形,应用范围受到一定限制,目前主要用于汽车EPS电机等领域。热压钕铁硼磁体磁性能高,磁环沿径向取向,且径向磁性能均匀,能使电机运转安静,力矩输出平滑。
热压对烧结的取代主要集中在低镝高矫顽力的高性能钕铁硼领域,这是烧结钕铁硼企业利润最丰厚的部分,烧结钕铁硼企业需要与时间赛跑,进行技术升级,包括渗镝、PLP 等为代表的新工艺。
烧结、粘结、热压钕铁硼各具千秋
烧结钕铁硼
优点:磁性能极高,是目前磁性能最大的磁性材料,最大磁能积高达55MGOe (N54)。
缺点:为了适应高温工作环境,部分牌号的烧结钕铁硼中会添加中重稀土镝、铽,以提高磁体的内禀矫顽力与工作温度,但这会导致产品的单位成本较高;制备过程复杂(先烧结为毛坯再进行机加工),加工过程损耗较高,成品率受影响。
粘结钕铁硼
优点:产品尺寸精度高,形状灵活;不含中重稀土,单位成本较低;直接成型,加工过程中的损耗较低。
缺点:磁性能较低,目前产品最大磁能积约为12MGOe;内禀矫顽力与工作温度偏低。
热压钕铁硼
优点:在基本不使用中重稀土的情况下,能够实现极高的磁性能,目前产品最大磁能积可达43MGOe;加工过程损耗低。
缺点:目前只能做成环形,很大程度上限制了热压钕铁硼的应用范围;由于热压钕铁硼技术壁垒高,目前全球仅有日本大同电子实现量产,垄断使得其价格高昂。
三者在应用上目前交叉度不大
热压钕铁硼只能做成环形,使其应用范围受到一定限制,目前其主要用于汽车EPS电机领域;即使考虑热压钕铁硼在汽车EPS市场的高速增长以及对烧结钕铁硼的挤占,相比烧结钕铁硼,热压钕铁硼市场规模极小,因此对烧结钕铁硼需求增速的冲击也比较小。
由于在磁性能与成型上的巨大差异,粘结与烧结钕铁硼使用的交集并不大,粘结钕铁硼主要用于硬盘光驱主轴电机以及功率较小的微特电机等领域,烧结钕铁硼更多用于功率较大的驱动电机等领域。