稀土微型磁钢的高性能化和无刷直流小电动机的开发
一 前 言
采用了稀土类磁钢的电动机由于磁钢能产生较强的磁场,所以输出功率大、体积小;现在这样的小电动机广泛应用在以医疗仪器,分析仪器,精密仪器为中心的各个领域。特别是80年代开发的钕铁硼稀土烧结磁钢由于在性价比上占有优势,现在以电机行业为中新,得到广泛的应用。但是,这种磁钢由于容易氧化造成品质恶化,再加匕微细加工后其性能会大幅下降,所以微电机等所用的微型磁钢在应用上还是有一些困难的。对此,技术人员们发现,如果在微细加工后,在磁钢表面覆盖一层dy或者tb等稀土类金属,磁钢的性能又能大幅地恢复。采用这种改良后的磁钢组装的电动机力矩常数大幅提升、也小型化。
本文重点介绍,微细加工后的钕铁硼烧结磁钢经性能改良处理后的磁性能,以及采用这种改良磁钢制作的外径中2.0mm和1.7mm的无刷直流小电动机的规格和特性,论述采用高性能永磁磁钢使电动机进一步小型化的可能性。
二 钕铁硼微型磁钢的高性能化
2。1背景
钕铁硼烧结磁钢是以nd2fe14b(正立方结晶体)作为磁体的主相,加上其他稀土类中富含的成分在烧结时形成液相,促进磁体主相粒子的生长和粒子表面的平滑化,不变形,发现这样一来即使本来该磁体主相化合物的异方性磁场很弱,也能使其具有较高的矫顽力。但是,仅仅这样还不能获得持久、耐用的足够矫顽力,还要以相对应的化合物(dy2fel4b,tb2fe14b)用具有更高的异方性磁场的dy或者tb适当地置换nd的成分,这样才能根据不同用途制造和销售具有不同规格矫顽力的永磁钕铁硼微型磁钢。此外,目前有一种倾向尽可能地降低粒界相(用稀释效果使得磁化降低)的比侧,保持形成烧结体组织的磁体主相的粒子直径足够小,研究开发出具有更高磁化性能和加工性能的钕铁硼微型磁钢。
但是如上所述,钕铁硼微型磁钢一旦经过机械加工磁特性依然会下降,即加工性能恶化问题。这个问题随着磁钢的尺寸越小就越为凸显出来。这种加工性能恶化是指由加工引发的磁体表面层的氧化,组织结构的变形以及细微龟裂等发生的损伤,从而使其产生逆磁区易引起磁化反转。以往mri用和vcm用的磁体,由于阉磁体体积相比表酝所占比例较小,这类问题可以忽视。但是今后在有巨大发展前景的医疗器械,微型机械等所用的电动机,它采用的微型磁钢体积很小,相比之下表面所占比例就较大,再加上加工之际所引起的磁体性能劣化这个问题就严重了。
对此佐川等人发现,通过在钕铁硼烧结磁体的薄板(50微米)上用dy金属成膜后热处理,矫顽力明显地得到恢复。一般说来,虽然我们早已经知道通过热处理磁体性能能得到恢复,但在表面导入稀土类金属更进一步恢复矫顽力,这种工艺结果仍受到普遍关注。
2.2改良方法帮条件
通过对钕铁硼烧结磁体预件的切削、打孔、研削等工序,把它加工成加工精度为±5微米外径~1. 2mm以及由0.9mm(内径0.3mm,长2.9mm)的圆筒形状。其次,根据已有的报道,运用能够立体成膜的三维阴极真空喷镀装置,以数微米的厚度将dy或者tb金属均匀地覆盖子圆筒状磁体的表面后,再在氧气和湿度维持在数ppm以下的ar气体环境中,经过摄氏70-100度的高温一定时间内热处理后,使其磁性能得到恢复。此外,这类处理是在与上述的阴极真空喷镀装置相联接的带真空球状盒的气体循环精密仪器的ar气体环境下进行的。另外,在热处理后还要继续在摄氏60度下对其进行数十分钟的热处理。
2.3磁钢性能的评价
经dy或者tb金属定量成模处理后,再经过各种温度下的热处理,圆筒状钕铁硼烧结磁钢经过径向配向切割(正方结晶钕铁硼的主相呈c轴方向)就具有了磁异方向性。这样的磁钢经过4. 8ma/m的脉冲磁场充磁,就可以用振动试料磁通测试计来评定磁特性了。
2.4改良磁体的特性
经过表面改良处理,可以明显地看到磁钢的矫顽力h。.提高和磁能积(bh)一的恢复。特别是用dy1.4微米成膜,再经过900℃/l0min.+600℃/20min+的热处理后,审0.9mm的磁钢的h cj |