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永磁合金(permanent magnetic alloy)

定义

经充磁后,在撤掉外磁场时仍能保留较高剩磁的磁性合金。永磁合金不但具有高的硬度和力学性能,还具备较强的抗去磁能力、矫顽力值高(大于20kA/m)、磁性“硬”等特点,因而又称硬磁合金。

筒史

自然界存在的天然磁石和永磁现象很早就在中国被发现。据考证,中国在战国时期已有用天然磁铁矿琢磨成的指南针,称“司南”,最早记载于公元前3世纪韩非子的《有度篇》。一般认为,现代永磁合金的发展历史始于1880年,当时最好的永磁合金是含碳1%~1.5%的碳钢,通过高温淬火而硬化。它的磁性很低,最大磁能积小于2kJ/m。,矫顽力值小于4kA/m。20世纪初逐渐发展起来的钨钢和铬钢,使磁性略有提高。1917年出现了含钴35%的钴钢,使磁能积提高到8kJ/m。,矫顽力也提高到20kA/m。
1931年13本人三岛发现了铁镍铝基弥散硬化合金,使永磁性能获得了极大提高。在此基础上通过添加钴、铜、钛、铌等元素,并采用了磁场热处理和定向结晶凝固等工艺技术,发展成为在20世纪中叶最具影响的铝镍钴系永磁合金。实验室的水平达到(BH)max=108kJ/m3,最高矫顽力达到150kA/m。该类合金美、日、德、荷、英等国都有大量生产。在此期间,还相继开发出一系列可变形永磁合金,如铁钴钨和铁钴钼、铂钴合金,铜镍铁合金以及铁钴钒合金和铁铬钴系、锰铝碳等永磁合金。50年代以后,随着对永磁合金的物理和冶金性能的逐渐了解,尤其是通过对合金内部结构及矫顽机制的深入研究,开发出一系列高性能永磁合金,使永磁合金获得了惊人的发展。特别是稀土永磁的出现开辟了永磁合金新的历史,60年代出现的稀土钴永磁合金,实验室水平已达到(BH)max=262.7kJ/m3。其中RCo5(R代表稀土元素)型的合金称为第一代稀土永磁合金,R2Co17型的称为第二代稀土永磁合金。1983年日本的佐川真人等发明了钕铁硼永磁合金,称为第三代稀土永磁合金,实验室的最大磁能积已达到431.4kJ/m。,创造了永磁性能的最高记录。100多年来,永磁合金的磁能积提高了近250倍,矫顽力提高了近100倍。目前正在开展研制的钐铁氮合金称为第四代稀土永磁合金。还开发了全新机制的双相纳米晶稀土永磁合金。
中国从50年代末开始研制永磁合金,60年代初正式生产可变形永磁和铝镍钴系永磁合金,磁性能与国际同类产品水平相当。有些合金如定向结晶铝镍钴合金在实验室还创造了(BH)max=108kJ/m。的最高记录。70年代初中国又开始研制稀土永磁合金,生产的合金品种和实验室的研究水平都接近国际水平,只是工业生产的水平稍有差距。

分类

永磁合金的品种很多,不下百种。根据生产工艺和使用习惯,通常可分为五大类:稀土永磁合金,铝镍钴系永磁合金,可变形永磁合金,锰铝碳永磁合金和粘结稀土永磁合金。

性能参数

永磁合金均在开路状态下使用,作为磁场源或动作源。根据不同的用途,选择不同永磁合金组成磁路,形成所需要的磁场,磁场强度的大小与合金的磁性能和组成的磁路有密切关系。以带有气隙的环状磁体(图1)为例,永磁体的退磁曲线和磁性参数如图2所示。
其气隙的磁场 强度
式中Vm、Bm和Hm分别为磁体的体积,磁感应强度和磁场强度;Vg和Hg是气隙的体积和磁场强度。Bm和Hm相当于退磁曲线上A点的B和H。(Bm·Hm)=(B·H)是永磁体能量密度的2倍,称磁能积。磁能积随B而变化的曲线称为磁能曲线,其中与D点对应的BD和HD的乘积有最大值,称最大磁能积,用(BH)max或(BH)m表示。显然,要求永磁合金的(BH)max越大越好,而(BH)max又与合金的剩余磁感应强度和矫顽力密切相关。因此衡量永磁合金磁性能优劣的主要依据是退磁曲线上的4个参数,即(BH)max:最大磁能积,kJ/m3(千焦/米3)。
Br:剩余磁感应强度,T(特)。
Hcb:磁感矫顽力,kA/m(干安/米)。
HCJ:内禀矫顽力,kA/m(千安/米)。
此外还要求合金具有高的居里温度(Tc),这决定它是否有良好的温度稳定性。

生产工艺 永磁合金的生产工艺有以下5种:

(1)铸造和热处理工艺。绝大部分铝镍钴系永磁合金都采用这种工艺来生产,其工艺流程如图3。
(2)变形加工和热处理工艺。主要用于可变形永磁合金的生产,其工艺流程如图4。
(3)粉末冶金制造工艺。绝大部分稀土永磁合金都采用此种工艺生产,其工艺流程如图5。
(4)粘结工艺。用于生产粘结型永磁合金,其工艺流程如图6。
(5)温挤压工艺。主要用于锰铝碳合金的制造,工艺流程如图7。

用途

永磁合金是一种重要的,现代工业和科学技术不可缺少的功能材料。人们利用磁能与磁能、磁能与电能的相互作用,将磁能转换成电能或机械能;利用磁场对物质的作用,改变物质的微观结构,促进节能和环保作用等。在所有这些装置或器件中永磁合金都担当着重要的功能作用。
其主要用途有:(1)机电设备和装置。主要包括:各种永磁电动机如直流(整流式和无刷)电机、同步电机、回转和线性电机、伺服电机、转矩或步进电机;各种永磁发电机如交流发电机、辅助励磁机、多相同步机、点火或其他脉冲发电机等;各种机电制动器如打印机打字头驱动器、计算机软盘驱动器(也称音圈电机VCM)、激光聚焦与跟踪器(用于激光唱盘、录像机、数据处理机)。飞机测位制动器、机器人等;动圈式电表及断路器、微型位移继电器等。
(2)声波换能器。包括:各种发声器,如扬声器、耳机、电话受话器、电铃、蜂鸣器及超声波发声器等;声音接收器,如话筒、超声波拾音器;以及声像拾音器等。
(3)磁力机械。主要利用磁力的吸引与排斥作用制作:夹持和提升装置,如电磁起重机、机床夹盘和夹具、冰箱门封、广告标记和玩具;牵引装置,如传送带、选矿机、复印机磁鼓;耦合器,如同步扭矩联轴节、磁水泵、线性跟随器、油浮标等;磁轴承和磁悬浮,如无源电度表、超速离心器、陀螺仪、卫星动能轮、涡流分子泵、磁悬浮车辆等。
(4)微波装置。制作各种功率管(如磁控管、行波管和调速管)用脉冲位置调整聚焦装置,正交场放大器,波导装置和粒子加速器等。
(5)传感器和电信号转换器。包括永磁转换器(感应器和霍尔效应仪)及物理量(位置,速度,加速度,流量,压力,温度等)测量传感器。
(6)医用电子仪器和生物工程。有核磁共振成像装置、牙科添料、起搏器、人工心脏泵、诊断用仪器及微型助听器等。
(7)其他方面。有磁锁,磁性宝石,除蜡器,汽车减烟节油器等。
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- 来自原声例句
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