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永磁合金
鎖定
- 中文名
- 永磁合金
- 外文名
- Permanent magnetic alloy
- 別 名
- 磁性合金
- 領 域
- 材料
- 性 質
- 長時間內保持較強和穩定的磁性
- 屬 性
- 磁性材料
永磁合金簡介
永磁合金為磁性材料中的一類,一般可分硬磁合金和軟磁合金。硬磁合金即永磁合金,其永磁特性較好,一旦被飽和磁化後,去除磁場,也能在長時間內保持較強和穩定的磁性。其固有矯頑力高,抗退磁性強。硬磁合金有鉑鈷合金、釤鈷合金、釹鐵硼合金等,口腔科常用以製作磁性固位體。軟磁合金具有高磁導率和低矯頑力,它本身無磁性,在強磁場中易被磁化,一旦脱離磁場,則磁性消失。軟磁合金有鐵鋁、鐵鈷、鈀鈷鎳合金等。可鑄造成任意外形,口腔科常用製作磁軛和銜鐵,與永磁體組合形成閉合磁路磁性固位體。
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永磁合金亦稱為“磁合金”。磁滯回線是磁性材料的基本特性曲線。矯頑 力Hc低於10Oe的合金為軟磁合金,對它希望Hc值 儘量小,即磁滯回線包圍的面積愈窄小愈好。目前這類合金的Hc最低值約為0.002Oe。Hc值為10~ 300Oe的合金稱為“半硬磁合金”。Hc值高於300Oe 的合金稱為 “硬磁合金”。作為硬磁合金,通常希 望Hc儘量大,即磁滯回線包圍的面積愈大愈好,目 前這類合金的Hc最高值約10000Oe。磁性合金屬於 精密合金,作為功能材料在工業上用途很廣。
永磁合金歷史
自然界存在的天然磁石和永磁現象很早就在中國被發現。據考證,中國在戰國時期已有用天然磁鐵礦琢磨成的指南針,稱“司南”,最早記載於公元前3世紀韓非子的《有度篇》。一般認為,現代永磁合金的發展歷史始於1880年,當時最好的永磁合金是含碳1%~1.5%的碳鋼,通過高温淬火而硬化。它的磁性很低,最大磁能積小於2kJ/m。,矯頑力值小於4kA/m。20世紀初逐漸發展起來的鎢鋼和鉻鋼,使磁性略有提高。1917年出現了含鈷35%的鈷鋼,使磁能積提高到8kJ/m。矯頑力也提高到20kA/m。
1) 一般永磁材料,主要包括淬火馬氏體鋼、鋁鎳鈷系合金、錳鋁系合金、鐵鉻鈷系合金、銅鎳鐵系合金、鐵鈷釩系合金以及永磁鐵氧體等,這類永磁材料磁性較差,最大磁能積(BH)max一般不超過80k J/m3;
2)稀土永磁材料,如釤-鈷系磁體(如Sm Co5、Sm2Co17等)、釹-鐵-硼系磁體、鐵基稀土氮化物以及納米複合稀土永磁體等,具有優良的磁性能,其中Nd Fe B的最大磁能積理論預言值高達500~600k J/m3。
1931年日本人三島發現了鐵鎳鋁基彌散硬化合金,使永磁性能獲得了極大提高。在此基礎上通過添加鈷、銅、鈦、鈮等元素,並採用了磁場熱處理和定向結晶凝固等工藝技術,發展成為在20世紀中葉最具影響的鋁鎳鈷系永磁合金。實驗室的水平達到(BH)max=108kJ/m3,最高矯頑力達到150kA/m。該類合金美、日、德、荷、英等國都有大量生產。在此期間,還相繼開發出一系列可變形永磁合金,如鐵鈷鎢和鐵鈷鉬、鉑鈷合金,銅鎳鐵合金以及鐵鈷釩合金和鐵鉻鈷系、錳鋁碳等永磁合金。50年代以後,隨着對永磁合金的物理和冶金性能的逐漸瞭解,尤其是通過對合金內部結構及矯頑機制的深入研究,開發出一系列高性能永磁合金,使永磁合金獲得了驚人的發展。特別是稀土永磁的出現開闢了永磁合金新的歷史,60年代出現的稀土鈷永磁合金,實驗室水平已達到(BH)max=262.7kJ/m3。其中RCo5(R代表稀土元素)型的合金稱為第一代稀土永磁合金,R2Co17型的稱為第二代稀土永磁合金。1983年日本的佐川真人等發明了釹鐵硼永磁合金,稱為第三代稀土永磁合金,實驗室的最大磁能積已達到431.4kJ/m。,創造了永磁性能的最高記錄。100多年來,永磁合金的磁能積提高了近250倍,矯頑力提高了近100倍。目前正在開展研製的釤鐵氮合金稱為第四代稀土永磁合金。還開發了全新機制的雙相納米晶稀土永磁合金。不同時期的永磁合金如圖1所示:
中國從50年代末開始研製永磁合金,60年代初正式生產可變形永磁和鋁鎳鈷系永磁合金,磁性能與國際同類產品水平相當。有些合金如定向結晶鋁鎳鈷合金在實驗室還創造了(BH)max=108kJ/m。的最高記錄。70年代初中國又開始研製稀土永磁合金,生產的合金品種和實驗室的研究水平都接近國際水平,只是工業生產的水平稍有差距。
永磁合金分類
永磁合金性能參數
其氣隙的磁場強度
式中Vm、Bm和Hm分別為磁體的體積,磁感應強度和磁場強度;Vg和Hg是氣隙的體積和磁場強度。Bm和Hm相當於退磁曲線上A點的B和H。(Bm·Hm)=(B·H)是永磁體能量密度的2倍,稱磁能積。磁能積隨B而變化的曲線稱為磁能曲線,其中與D點對應的BD和HD的乘積有最大值,稱最大磁能積,用(BH)max或(BH)m表示。顯然,要求永磁合金的(BH)max越大越好,而(BH)max又與合金的剩餘磁感應強度和矯頑力密切相關。因此衡量永磁合金磁性能優劣的主要依據是退磁曲線上的4個參數,即
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(1)(BH)max:最大磁能積,kJ/m3(千焦/米3)。
(2)Br:剩餘磁感應強度,T(特)。
(3)Hcb:磁感矯頑力,kA/m(幹安/米)。
(4)HCJ:內稟矯頑力,kA/m(千安/米)。
此外還要求合金具有高的居里温度(Tc),這決定它是否有良好的温度穩定性。
生產工藝 永磁合金的生產工藝有以下5種:
(1)鑄造和熱處理工藝。絕大部分鋁鎳鈷系永磁合金都採用這種工藝來生產
(4)粘結工藝。用於生產粘結型永磁合金
(5)温擠壓工藝。主要用於錳鋁碳合金的製造
永磁合金用途
永磁合金是一種重要的,現代工業和科學技術不可缺少的功能材料。人們利用磁能與磁能、磁能與電能的相互作用,將磁能轉換成電能或機械能;利用磁場對物質的作用,改變物質的微觀結構,促進節能和環保作用等。在所有這些裝置或器件中永磁合金都擔當着重要的功能作用。
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其主要用途有:(1)機電設備和裝置。主要包括:各種永磁電動機如直流(整流式和無刷)電機、同步電機、迴轉和線性電機、伺服電機、轉矩或步進電機;各種永磁發電機如交流發電機、輔助勵磁機、多相同步機、點火或其他脈衝發電機等;各種機電制動器如打印機打字頭驅動器、計算機軟盤驅動器(也稱音圈電機VCM)、激光聚焦與跟蹤器(用於激光唱盤、錄像機、數據處理機)。飛機測位制動器、機器人等;動圈式電錶及斷路器、微型位移繼電器等。
(3)磁力機械。主要利用磁力的吸引與排斥作用製作:夾持和提升裝置,如電磁起重機、機牀夾盤和夾具、冰箱門封、廣告標記和玩具;牽引裝置,如傳送帶、選礦機、複印機磁鼓;耦合器,如同步扭矩聯軸節、磁水泵、線性跟隨器、油浮標等;磁軸承和磁懸浮,如無源電度表、超速離心器、陀螺儀、衞星動能輪、渦流分子泵、磁懸浮車輛等。
(7)其他方面。有磁鎖,磁性寶石,除蠟器,汽車減煙節油器等。
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