2024年2月14日发(作者：)
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磁材基本知识讲座精品文档
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主要内容 :
第一章
第二章
第三章
第四章
第五章
第六章
第七章
第八章
第九章
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磁物理基础
磁性材料的发展概况
钕铁硼的主要特点及应用钕铁硼的主要成份组成
钕铁硼生产工艺及设备
性能参数测量原理及设备机械加工工艺及设备
表面处理工艺及设备
充磁包装
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第一章 磁物理基础
1 物质的磁现象
磁性材料
:magnetic material
钕铁硼磁铁
:nd-fe-b magnet
铁氧体磁铁
:ferrite magnet
牛磁棒
:magnetic bar for cattle?
磁力架
:magnetic separator
物质的磁性是一个历史悠久的研究领域
,
约在三千年前就已受到人们的注 意。中国是最早应用磁性的国家， 公元前四世纪， 我国制成了世界上最早的指南 针，成为中国的四大发明之一。 磁学史上第一部关于磁性的专著是英国
(WGilbert)
吉耳伯特的《论磁石》
(1600
年)，这本书介绍了那时书籍有关的磁性知识。然 而，磁性作为一门科学却到
19
世纪前半期才开始发展。
1820
年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应，拉开了磁电之间联系的 序幕；
1820
年末，法国物理学安培证明通电圆形线圈和普通的磁铁一样具有吸引 和排斥的现象。
1831
年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象，并提出电磁感应定律， 从而揭示电和磁之间的内在联系；
后来，苏格兰科学家麦克斯韦， 将电磁的联系建立起严密的电磁场理论。 他 发展了法拉第的思想， 用数学的形式总结出电场和磁场的联系， 即麦克斯韦方程。
2 磁性的起源
物质的磁性起源于原子磁矩。
原子物理学告诉我们， 组成物质的最小单元是原子， 原子又由电子和原子核 组成。电子的排布遵循三大原则：
1
洪特规则，
2
泡利不相容规则，
3
能量最低 原理。原子中的电子绕着原子核进行高速运转， 电子运转时同时有两种运动形式， 即电子绕原子核的轨道运动和电子绕本身轴的旋转。 前者叫电子轨道运动， 后者 叫电子自旋。 处于旋转运动状态的电子相当于电流闭合回路， 必然伴随有磁矩的 发生，电子轨道和电子自旋产生的总磁矩称为原子磁矩。
3 主要磁物理参数
3.1
磁特性参数
⑴ 剩磁(Br):永磁材料在闭路状态下经外磁场磁化至饱和后，再撤消外磁场时， 永磁材料的精品文档
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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，该值即称为该材料剩余磁感应强度
Br，统称剩磁。
Br=Jr=A(1- [3 )d/dOcos ©
A: 正向畴的体积分数
(1-3): 主相
Nd2Fe14B
的体积分数
d/d0: 烧结磁体的实际密度和理论密度的比值
cos©:
Nd2Fe14B
晶粒
C
轴沿取向方向的取向因子
(取向度)
Js:
Nd2Fe14B
单晶的饱和磁化强度
⑵ 磁感应强度(B):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
B=H+J
， 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。
⑶ 磁场强度(H):表示磁场强弱的物理量，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。
永磁材料用作磁场源和磁力源，主要利用它在气隙中产生的磁场。
Hg=(BmHm*Vm/卩oVg)1/2磁铁在气隙中产生的磁场强度
H除了与Vm、Vg
有关外，主要取决于磁体内部的磁能积。
⑷磁能积
(BH)max
：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
H m
(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(BmHm)代表磁体在该状态下对外做功的能力，等同于 磁体所贮存的磁能量，称为磁能积。
理论最大磁能积(BH)max=1/4
(卩°Js)
2人们通常都希望磁路中的磁体能 在其最大磁能积状态下工作。
⑸矫顽力(bHc):在永磁材料的退磁曲线上，当反向磁场
H增大到某一值bHc
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bHc.
⑹内禀矫顽力(jHc):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,称该反向磁场H值为该材料的内禀矫顽力jHc。
⑺Hk:在退磁曲线中0.9Br所对应的内禀矫顽力的数值
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方形度：Hk/jHc
⑻磁矩:①*C
⑼磁化率X =M/H磁导率=B/H
⑽ 磁力线:处处与磁感应强度方向相切的线，磁感应强度方向与磁力线的方向 相同，其大小和磁力线的密度成正比。
3.2温度特性参数
① 居里温度(Tc):当温度升高至某一值时，材料的磁极化强度
J降为0,此时
磁性材料的磁特性变得同空气等非磁性物质一样，将此温度称为该材料的居里温 度Tc。居里温度Tc只与合金的成分有关，与材料的显微。
② 磁体的可工作温度(Tw)组织形貌及其分布无关。
在某一温度下永磁材料的磁性能指标与室温相比降低一规定的幅度，将该温
度称为该磁体的可工作温度Tw。由于磁性能的这一降低幅度需要视该磁体的应 用条件及要求而定，因此，所谓的磁体的可工作温度
Tw对于同一磁体来说是一
个待定值，也就是说，同一永磁体在不同的应用场合可以有不同的可工作温度
Tw。显然，磁性材料的居里温度Tc代表着该材料的理论工作温度极限。 事实上, 永磁材料的实际可工作Tw远低于Tc。
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③ 温度系数
剩磁温度系数a =
△
B/
△
T (%/ C)
内禀矫顽力B =
△
H /
△
T(%/C )
例如：已知一产品20 C时的剩磁为1.207T
,内禀矫顽力为30kOe,
120 C时内 禀矫顽力为18.7 kOe
,
150 C时的剩磁为1.063T,求此产品在(20 C -150 C)
剩磁温度系数，(20 C -120
C)内禀矫顽力温度系数。
计算：利用剩磁温度系数公式
a =△
B/
△
T (%/C)
a =(1.063-1.207)/1.207*(150-20) X 100%=-0.092%/C
利用内禀顽力温度系数公式
B =△
H /
△
T(%/C)
B = (18.7-30.0 ) /30*(120-20) X 100%=-0.377%/C
我司温度系数标准：
a ： -0.09-0.13%/ C
B : -0.50-0.80%/ C
④ 其它参数
膨胀系数：
/C
热导率：
W.(m. C)-1
比热容
:kJ.(kg. C )
-1
3.3
其它特性参数
抗压强度：
MPa
抗拉强度：
MPa
密度：
g/cm3
硬度：
HV
电阻率：Q .cm
杨氏模量：
-3
3.4 磁滞回线
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当H从正的最大变化到负的最大，再回到正的最大时，B-H或M-H形成了一条 闭合曲线，这条闭合曲线叫磁滞回线。
磁滞回线的几点说明:
磁感应强度B和H之间的关系称正常曲线，B=J+H
内禀磁化强度J和H之间关系称为本征曲线
通常用磁滞回线第二象限来分析永磁体的性能，本征曲线
正常曲线都是适用的。
比Br低的退磁曲线上的某一点，称为工作点；连接工作点和原点之间的 直线称为负载线，表示为Bd/Hd。
3.4单位换算:
中文名称
剩磁
感应矫顽力
内禀矫顽力
磁能积
表磁
磁通
磁矩
磁化强度
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英文简称
Br
Hcb
Hcj, iHc
BH max
H
单位SI
T
kA/m
kA/m
kJ/m3
kA/m
Wb, Vs
A.m2
T
单位CGS
kGs
kOe
kOe
MGOe
kOe
Mx
kGs
SI/CGS
10
4n /103
4n /10
3
4n /10
3
4n /10
108
103
10
①
Mm
M
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第二章 磁材的发展概况
磁性材料及其应用已为人所知上千年之久，最早的磁性材料历史记载了能够 显出很强磁力的天然磁石。例如，约在
2000
多年前，我国古代人民就使用天然 磁石(主要成份为FaO)制做指南针。永磁材料的迅猛发展起始于
19世纪末，
其主要历程如下：
公元前
3——4世纪——最早的记载：“磁石取针”，“磁石召铁”的记载(中国) 战国(公元前
2500
年)——司南 宋代——罗盘，航海的发展提供了关键技术
1900
年代——钨钢制成。
1
930年代——铝镍钴
(铸造铝镍钴
,烧结铝镍钴
)
1950年代一一铁氧体：钡铁氧体(Bao.6Fe2Q)、锶铁氧体(Sro.6Fe 2Q)、粘结铁 氧体永磁
Br:0.3-0.44 Hcj:3.14-4.39 (BH)max:3.14-4.52 Tc:450
1960年代一一1:5型SmCo钐钻，第一代稀土永磁
Br:0.9-1.0 Hcj:13.82-19.34 (BH)max:3.14-4.52 Tc:450
1970年代一一2:
17型SmCo?钐钻，第二代稀土永磁
Br:0.3-0.44 Hcj:3.14-4.39 (BH)max:3.14-4.52 Tc:450 C
C
°C
1983年——钕铁硼，第三代稀土永磁，磁能积理论值为
509kJ/m3(64MGQe。)
2 磁性材料的主要分类 :
金属磁性材料分为硬磁材料、软磁材料二大类。通常将内禀矫顽力大于
10kA/m
(10Qe)的材料称为永磁材料，将内禀矫顽力小于
0.8kA/m
(10Qe)的
材料称为软磁材料。记录介质介于硬磁和软磁之间。
3 铝镍钻的主要特点及应用
⑴ ▲强度高，抗腐蚀能力强；
▲ 成份均匀，磁特性优秀；
▲良好的温度稳定性(
Br
的温度系数是各类永磁材料中最小的) ；
▲最高使用温度达到500C；
▲烧结磁体可制造体积小，形状复杂的磁体和复合磁体。
⑵ 铝镍钴主要工艺流程
:
铸造铝镍钴
:砂模制作+熔炼浇铸
+热处理+磨削加工+检验包装
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烧结铝镍钴
:
粉料配比搅拌
+压制成型
+烧结+热处理+磨削加工
+检验包装
⑶ 铝镍钴的主要系列
AINiCo5
系列：Br:0.7-1.32 Hcj:0.50-0.74 (BH)max:1.13-7.03 Tc:890
AINiCo8
系列：Br:0.8-1.05 Hcj:1.38-2.01 (BH)max:5.02-9.0 Tc:860
C
C
⑷ 主要应用
▲ 内磁式电压电流表、电子式电能表、万用表、流量计等； ▲各类磁性传感器、极化继电器、温度和压力控制器； ▲移动电话蜂鸣器、助听器、受话器、微型扬声器； ▲汽车点火启动器、汽车和摩托车里程表、永磁电机、吸附器件等； ▲广泛应用于要求稳定性高的航空、航天、军事装置等领域精品文档
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第三章 钕铁硼的主要特点及主要应用
① 主要特点：
② 主要应用
钕铁硼磁体可广泛应用于电动机、 发动机、音圈马达、 磁共振成像仪、 通讯、 控制仪表、音响设备等方面。电声音响占
32%，磁化器占
21%，电机和传感器 占
31%，磁联轴及磁选机占
9%
，音圈马达及电度表占
5%
，其他为
2%
。其最主 要的应用领域是
VCM（音圈马达），目前国外生产的烧结钕铁硼磁体约有一半用 于
VCM
。除
VCM
以外，应用较多的领域是电动机和发电机，随着汽车工业的 发展，今后这一领域对钕铁硼磁体的需求量将有较大增长。 稀土永磁电机市场潜 力大，是国内尚未充分开发的巨大领域。目前稀土永磁电机约有
200万kW，只
相当于各类电机总容量4亿kW的0.5%。若用稀土高效节电机替代老式
J-JO及
J2-JO2系列电机的50%，即1亿kW，则约需高性能烧结钕铁硼磁体
5万吨。使 用稀土永磁高效电精品文档
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机可节能15%〜20%,减轻电机重量20%以上。稀土永磁高效 电机已列为科技部
"稀土应用工程
"重点项目
粘结钕铁硼永磁材料的生产及应用开发较晚,应用面不广,用量较小,主要 用于办公室自动化设备、电装机械、视听设备、仪器仪表、小型马达和计量机械 方面。近年我国粘结钕铁硼永磁材料的应用比例为： 计算机占
62%,电子工业占
7%,办公室自动化设备占
8%,汽车占
7%,器具占
7%,其他占
9%。
第四章 钕铁硼的生产工艺和设备
5
6
性能的检测方法和设备
① 退磁曲线：常温、变温。
② 磁通量：B*S,单位为
Wb或
Vs。
③ 表磁：磁体的表面磁场强度
.
中心、四角、两极,单位为
Gs。
④ 磁矩: m.l
6.1
化学特性及各项试验条件
钕铁硼主要镀层：
Ni
黑
Ni NiCuNi Zn
彩
Zn Sn
环氧 磷化 失重实验：2-3个大气压，100%的湿度，温度为120 C。
PCT镀层试验：2-3个大气压，100%的湿度，温度为120C。
盐雾腐蚀：5%的NACL
,
PH值为6.2-7.0，温度为35C。
6.3
其它特性：
抗压强度
:
抗拉强度
:
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密度硬度
:
7
钕铁硼发展的未来
3
磁体的主要分类
:
3
钕铁硼磁体的主要应用
4
钕铁硼的性能特性
5
钕铁硼的毛坯生产工艺
5.1
传统工艺
熔炼铸锭
+机械破碎
+气流磨+成型取向+等静压+烧结时效
+性能测试+机械加工
+
表面处理
+包装检验
.
5.2
先进工艺
熔炼铸片
+氢破碎
+气流磨
+成型取向
+等静压
+烧结时效
+性能测试
+机械加工
+表 面处理+包装检验
.
6
深加工工艺流程
6.1
工艺路线： 磁体毛坯 ----- 外轮廓精整 ---- 切割 --- 精磨 --- 倒角 --- 电镀 --- 检验、
测试 --- 成品
6.2
工艺介绍： 磁体的外轮廓精整一般用无心磨床（圆柱形磁体）或平面磨床（方形磁体）
完成，使毛坯磁体具有规整的外轮廓度并达到规定的几何尺寸； 切割工序是用金刚石内圆切片机或线切割机，将精整后的毛坯磁体切割成接 近成品的形状和尺寸；
精磨工序是将切割好的磁体用平面磨床、 双面磨床或其它磨床将磁体的尺寸、 形位公差加工到成品所规定的要求；
倒角是电镀前的预处理工序，为减缓在电镀过程中磁体棱边因电流密度相对集 中而造成的镀层厚度不均匀。 由于通常的烧结
Nd-Fe-B
成品磁体尺寸小、 形状不 一，因此采用自由滚磨光整工艺最为适合该产品的大批量倒角加工。 自由滚磨光 整技术有： 振动式滚磨光整、涡流式滚磨光整、离心式滚磨光整、主轴式滚磨光 整等多种方法。 其中，振动式滚磨光整生产效率高、倒角速度快，已广泛为烧结
Nd-Fe-B
磁体深加工厂家所采用； 电镀是为了在磁体表面形成对磁体的保护层，通常采用自由滚镀工艺来实 现，对于尺寸较大的磁体 ，则采用挂镀工艺 。烧结
Nd-Fe-B
磁体的镀层视磁体的 使用环境和外观要求分 镀Ni、镀Zn、磷化、电泳、合金镀、复合镀 等。
烧结Nd-Fe-B磁体的表面保护层除电镀外，还有物理气相沉积
（PVD）法，物 理气相沉积又分蒸发镀、溅射镀、离子镀三类，可形成
Al、
Zn、
Cr
等镀层；化 学气相沉积（CVD）则可形成Ti、Cr等的氮化物、碳化物镀层。此外，烧结Nd-Fe-B
磁体还可以用表面化学钝化、 化学镀、 热浸渍、 热喷涂等方法获得各种不同的表 面保护层。
检验、测试工序是对磁体成品的尺寸和形位公差、外观状态、镀层耐蚀性、 磁性能等产品规定的各项指标进行检测。
烧结
Nd-Fe-B
磁体电镀的基本工艺大致可分为如下三个阶段：
a.
镀前表面处理
磁体镀前要进行除油、清洗、浸蚀（活化） 、再清洗等表面处理，电镀前磁体
的表面要做到无油污、 无氧化皮及锈蚀物等， 镀前磁体的表面状况直接影响产品
的镀层质量。
b.
电镀
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经表面处理后的磁体进行电镀时，镀层质量的好坏主要取决于镀液配方和操 作条件等因素。 因此，在电镀操作过程中必须严格遵守工艺规范， 控制好镀液成 分、添加剂配比、
工作温度、电流密度等参数， 并根据镀层厚度要求和沉积速度， 控制好电镀时间。
c.
镀后处理
镀后处理也是电镀中的一个重要环节。例如，磁体在电镀后一般要进行中和 处理和清洗，有时还要进行光泽处理（出光） 、钝化、有机物涂覆等处理以满足 产品的特殊要求
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