燒結(jié)釹鐵硼磁體的燒結(jié)與熱處理

燒結(jié)和熱處理

磁場取向壓制的毛坯，在高真空或純惰性氣氛下經(jīng)過燒結(jié)達到接近95%理論密度以上的高密度，磁體孔洞呈封閉結(jié)構(gòu)，確保了磁通密度的均勻性金屬化學穩(wěn)定性；又因為磁體的永磁特性與其金屬學顯微結(jié)構(gòu)密切相關，燒結(jié)后的熱處理過程對磁性的調(diào)整至關重要，但畢竟處理溫度較低，一些重要的顯微結(jié)構(gòu)特征不能完全指望熱處理來調(diào)整，而是要在燒結(jié)過程中仔細控制。

為了盡量避免主相晶粒長大導致的矯頑力下降，Nd-Fe-B磁體需要在低于1100℃的溫度下燒結(jié)，通常的燒結(jié)溫度是1050~1080℃，并可以得到接近零孔隙率的實密度，晶粒尺寸在5~15μm的范圍；為了獲得高矯頑力，通常需要進行900℃附近和500℃附近的兩級熱處理，而且燒結(jié)和熱處理后都需要急冷來固定相應的顯微結(jié)構(gòu)。合適的熱處理溫度和時間組合與Nd-Fe-B磁體中的添加元素及其成分密切相關，但大量實驗表明熱處理溫度（900℃）具有廣泛的普適性，原因在于此溫度下富Nd相處于液態(tài)，作為晶界相可對主相晶粒的表面進行修復，只要時間不是太長，不會導致主相晶粒過分長大或富Nd相富集，這個效果是與成分關系不大的；第二級熱處理對磁體的相組成和顯微結(jié)構(gòu)的調(diào)整至關重要，在這個溫區(qū)段會發(fā)生共晶反應，液相的總量、成分和分布都在變化，所以會敏感地影響到磁體的內(nèi)稟矯頑力、退磁曲線方形度以及磁體的高溫不可逆損失。

機械加工

由于磁場取向成形過程的特點和技術(shù)局限，燒結(jié)磁體很難一次性直接達到實際應用的形狀和尺寸精度，所以燒結(jié)毛坯的機械加工在所難免。主要原因在于：

1.很多成品磁體的體積小、形狀復雜，只能通過一定形狀的毛坯磁體加工而成；

2.即使對于近終形成的毛坯磁體，由于粉末松裝密度低、流動性差，導致陰模充填均勻性欠佳，難以避免燒結(jié)磁體毛坯形狀或尺寸的漲落；

3.由于Nd-Fe-B毛坯磁體在平行和垂直于取向方向上燒結(jié)收縮的明顯差異，以及毛坯磁體邊界和中心燒結(jié)收縮的差異，就難以達到成品磁體尺寸精度的要求。

日本和歐美企業(yè)因考慮原材料和人工成本而選擇近終成形工藝居多，后續(xù)機械加工輔之；本土企業(yè)生產(chǎn)的永磁產(chǎn)品繁多，主要采用毛坯磁體結(jié)合后加工的綜合生產(chǎn)流程，充分借鑒陶瓷和水晶加工的工藝優(yōu)勢，將永磁體的機械加工水平發(fā)揮到了高水平。隨著原材料成本和人工成本壓力的增加，在我國近終成形和自動成形技術(shù)正在快速發(fā)展。

通過粉末冶金方法制備的永磁體是一種典型的金屬陶瓷制品，硬而脆，對硬而脆的材料而言，一般機械加工用的車銑刨磨鉆就只剩下切割、鉆孔、研磨和滾磨了。根據(jù)加工面的基本特征可以進行細分：刀片切割通常采用金剛石或立方氮化硼粉末電鍍的刀片，根據(jù)切口深度和形位公差要求選擇不同的刀片厚度和刀片刃口位置，內(nèi)圓切刀的刃口由于刀片和外圓箍的支撐，切割過程中可以確保良好的平面度，因此刀片厚度可以做到0.1mm，但其切口深度和所切磁體的尺寸受到刀片內(nèi)徑和內(nèi)外徑差的限制。外圓切刀的刃口飄在外沿，刀口支撐能力遜色于內(nèi)圓切刀，所以確保同樣的公差水平需要厚度略大的刀片，一般在0.2~0.5mm范圍，由此帶來的材料損耗也大一些。對于批量大、尺寸規(guī)格單一的產(chǎn)品，采用線鋸切片效率非常高。

電火花切割和激光切割屬于直接熱加工，可以從事形狀復雜的切割工作，但相對而言切割效率較低，加工成本高，而且有研究發(fā)現(xiàn)燒結(jié)釹鐵硼磁體的加工表面由于加工升溫形成厚度約15μm的Nd富集層，降低了材料的化學穩(wěn)定性；磁體鉆孔要靠金剛鉆或激光，為提高材料利用率而發(fā)展了空心鉆掏孔的技術(shù)，較大內(nèi)徑產(chǎn)品中心挖出來的實心圓柱還可以用來做其它小尺寸產(chǎn)品，配合超音波作用的鉆孔方式能夠緩解脆性破損，對脆性高和性能高或高熱穩(wěn)定性磁體的加工比較有利。研磨砂輪分金屬基或樹脂基兩種，仿形磨是依據(jù)研磨面輪廓制成砂輪基底，然后鍍上金剛石或BN粉末，并經(jīng)過修形以到達理想的產(chǎn)品要求。