永磁材料（磁鐵）知識掃盲 （特點、選用、加工）---討論

天水藍

永磁材料（磁鐵）知識掃盲 （特點、選用、加工）

目前，常用的永磁材料有鐵氧體，釹鐵硼，釤鈷，鋁鎳鈷，橡膠磁等幾種。這幾種都是比較容易買到的產(chǎn)品，有通行的性能（不一定是ISO標準）可供選擇。
以上每一種磁體，各有特性，應(yīng)用的領(lǐng)域也各不相同，現(xiàn)做簡單介紹。
鐵氧體
鐵氧體是一種非金屬磁性材料，又稱磁性陶瓷。我們拆開傳統(tǒng)收音機，里面的那個喇叭磁鐵，就是鐵氧體的。
鐵氧體的磁性能不高，目前磁能積（衡量磁鐵性能高低的參數(shù)之一）只能做到4MGOe稍微高一些。這種材料有個最大的優(yōu)點，就是價格低廉。目前，仍然廣泛應(yīng)用在很多領(lǐng)域。
鐵氧體是陶瓷。因此，加工性能也與陶瓷類似。鐵氧體磁鐵，都是模具成形，燒結(jié)出來的。若需加工，也只有進行簡單的磨削。
由于很難進行機械加工，因此鐵氧體產(chǎn)品，大多形狀簡單，而且尺寸公差比較大。方塊形狀產(chǎn)品還好，可以進行磨削。圓環(huán)形的，一般只磨削兩個平面。其他尺寸公差，都是按照名義尺寸的百分比給定的。
由于鐵氧體已經(jīng)擁有數(shù)十年的應(yīng)用歷史，因此，很多廠家會有現(xiàn)成的常規(guī)形狀和尺寸的圓環(huán)，方塊等產(chǎn)品可供選擇。
由于鐵氧體是陶瓷材質(zhì)，因此基本不存在腐蝕問題。成品不需要進行電鍍等表面處理或者涂裝。

釤鈷
釤鈷磁鐵，主要成分是 釤和鈷。由于兩種材料本身價格昂貴，因此，釤鈷磁鐵也是幾種磁鐵里面最貴的一種。
釤鈷磁鐵的磁能積，目前可以做到30MGOe， 甚至更高一些。另外，釤鈷磁鐵的矯頑力很高，耐高溫，可應(yīng)用于350攝氏度的高溫，因此在很多應(yīng)用場合無法替代。
釤鈷磁鐵，屬于粉末冶金產(chǎn)品。一般廠家根據(jù)成品的尺寸和形狀需要，燒結(jié)成方塊毛坯，然后再使用金剛石刀片切割成成品尺寸。由于釤鈷具有導電性，因此可以進行線切割加工。 理論上說，釤鈷可以切成線切割能切成的形狀，如果不考慮充磁和較大尺寸的問題。
釤鈷磁鐵，耐腐蝕性很好，一般不需要進行防腐電鍍或涂裝。
另外，釤鈷磁鐵質(zhì)地很脆，因此加工小尺寸或者薄壁產(chǎn)品比較困難。

釹鐵硼
釹鐵硼是目前應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速的磁鐵產(chǎn)品。
釹鐵硼從發(fā)明到現(xiàn)在的廣泛應(yīng)用，也不過20多年的時間。由于其擁有的高磁性能和易加工性，價格不是很高，因此應(yīng)用領(lǐng)域擴大迅速。目前，商品化的釹鐵硼，磁能積可以達到50MGOe，是鐵氧體的10倍。
釹鐵硼也屬于粉末冶金產(chǎn)品，加工方式與釤鈷類似。
目前，釹鐵硼的最高工作溫度在180攝氏度左右。如果是惡劣環(huán)境應(yīng)用，一般推薦不超過140攝氏度。
釹鐵硼非常容易被腐蝕。因此，成品大多要進行電鍍或者涂裝。常規(guī)采用的表面處理包括： 鍍鎳(鎳銅鎳）， 鍍鋅，鍍鋁，電泳等。 如果工作在密閉環(huán)境里，也可以采用磷化的方式。
由于釹鐵硼的高磁性能，在很多場合，被用來替代其他磁性材料，用以減小產(chǎn)品體積。假如用鐵氧體磁鐵，現(xiàn)在的手機尺寸，恐怕要不會小于半塊磚頭。

以上兩種磁鐵，都擁有比較好的加工性能。因此，產(chǎn)品的尺寸公差要大大優(yōu)于鐵氧體。一般產(chǎn)品，尺寸公差可以做到（+/-)0.05mm。
鋁鎳鈷
鋁鎳鈷磁鐵，有鑄造和燒結(jié)兩種工藝。國內(nèi)做鑄造的比較多。鋁鎳鈷的磁能積可達9MGOe，并有個最大的特點，就是耐高溫，工作溫度可達到550攝氏度。但是，鋁鎳鈷在反向磁場下，非常容易退磁。如果你把兩個鋁鎳鈷的相同極向（兩個N或者兩個S)用力頂在一起，其中一個磁鐵的磁場就會被退掉或反轉(zhuǎn)。因此不適于工作在反向磁場下（如電機）。
旅鎳鈷硬度很高，雖然也能進行磨削和線切割，但是成本較高。一般供貨的成品，有磨削好的或者不磨削兩種。
旅鎳鈷在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣。

關(guān)于磁鐵應(yīng)用的一般問題：
1，如果你需要最高性能的磁鐵，當然非釹鐵硼莫屬。
不過，磁性材料的應(yīng)用，還有很多綜合因素需要考慮。因此，不是簡單的選一個最高性能就萬事大吉了，建議把你的應(yīng)用狀況提供給廠家，讓廠家提供合理建議（不過國內(nèi)對于磁鐵應(yīng)用方面研究甚少，很多廠家不能給客戶一個合理建議，這一點，比歐美落后很多，限制了磁性材料應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的發(fā)展）

2，磁鐵的工作溫度。
不同種類的磁鐵，工作溫度差別很大。相同材料，不同性能的也不一樣。具體可以查詢廠家網(wǎng)站上提供的資料。

3，磁鐵的固定方式。
一般采用粘接的方式。現(xiàn)在，粘接劑的性能非常好，工藝合理的話，基本不用擔心磁體脫落的問題。
焊接是不可以的。至少我還沒見到成功的先例。
某些磁鐵，可以打孔等，因此可以采用機械方式固定，如釹鐵硼。

4，磁鐵的強度硬度
多數(shù)磁鐵都比較脆硬，容易損壞。因此，使用時，建議進行適當保護。

5，磁鐵的加工性能
磁鐵硬度高，很難進行冷切削加工。常見的加工方法有 金剛石刀片切割，線切割，磨削等。

6，使用永磁材料的優(yōu)點是什么
很多場合的電磁應(yīng)用，都可以使用永磁替代。有點如：無電能消耗，不發(fā)熱（這個非常重要），不用擔心斷電等。如，電磁吸盤有個很大的問題，就是斷電保護。所以電磁起重一般都需要不間斷電源，導致成本增加。使用永磁吸盤，沒有這個后顧之憂。

7，磁鐵的壽命
磁鐵的壽命到底有多長？主要有兩個因素：腐蝕和退磁。
易腐蝕的磁鐵，電鍍或者材料本身不好的話，可能用不了一年就粉化掉了，如釹鐵硼。粉末冶金產(chǎn)品內(nèi)部，與鑄造產(chǎn)品不同，內(nèi)部是松散結(jié)合的。磁鐵內(nèi)部有高內(nèi)應(yīng)力。因此微觀顆?？偸勤呄蛉ド㈤_的。氧化作用下，可能不久就變成粉末了。
另外一點就是退磁。退了磁的磁體，特別是高溫退磁的，內(nèi)部發(fā)生相變，即使再進行充磁，也恢復不到原有性能了。

7,磁鐵都能做成什么？
其實，應(yīng)用確實很廣的：
永磁電機，磁力起重器，磁力吸盤，磁性傳動器（同步傳動，磁滯傳動，渦流傳動），磁力彈簧（相吸的時候，曲線與拉簧形狀相反），安全傳感器，傳感器，除鐵器，選礦機，日常用品，玩具，工具等。

本人對于磁性材料只是外行，不過在這個行業(yè)的邊緣工作了幾年。希望以上內(nèi)容對大家有所幫助。更具體更確切的知識，可以上網(wǎng)搜索。

相關(guān)問題若有疑問，歡迎質(zhì)詢，大家共同探討。

easylife

"1，如果你需要最高性能的磁鐵，當然非釹鐵硼莫屬。"
這種材料似乎近年來價格飛漲(3倍),導致我們在設(shè)計產(chǎn)品時得考慮減少一般的用量,愁喔

對磁鐵的加工成型比較感興趣,樓主能詳細介紹下么?
如釹鐵硼類磁鐵,是通過磁粉燒結(jié)還是對大塊坯料進行加工?

害怕伏櫪

受教了。
謝謝天水藍。

古城浪子

謝謝樓主,學習學習

天水藍

原帖由 easylife 于 2008-12-15 00:13 發(fā)表
"1，如果你需要最高性能的磁鐵，當然非釹鐵硼莫屬。"
這種材料似乎近年來價格飛漲(3倍),導致我們在設(shè)計產(chǎn)品時得考慮減少一般的用量,愁喔

對磁鐵的加工成型比較感興趣,樓主能詳細介紹下么?
如釹鐵硼類磁鐵,是 ...

釹鐵硼價格飛漲，是05-07年的事情，現(xiàn)在的價格已經(jīng)平穩(wěn)，恢復到06年年初的水平。漲價的原因這里就不講了。

釹鐵硼的生產(chǎn)工藝，通俗的講，是這樣的： 把材料混合熔煉，然后把煉好的金屬塊破碎成小顆粒。把小顆粒放到模具里壓制成型。然后燒結(jié)。燒結(jié)出來的，就是毛坯。
形狀，一般都是方塊的，或者圓柱的。以方塊為例，尺寸一般集中在 長寬2英寸，厚度1-1.5英寸左右。厚度，就是充磁方向（高性能磁體都是有取向的，因此有充磁方向）

然后，根據(jù)實際需要，把毛坯切割成需要的尺寸和形狀。
切好的磁鐵，倒角，清洗后，電鍍，充磁，就可以了。

取向： 釹鐵硼是有取向的磁鐵。簡單的說，實際的效果就是，一塊方形的磁鐵，只有取向的方向磁場強度最大，另外兩個方向，磁場強度要小很多。
當你把幾塊磁鐵吸在一起的時候，有取向的磁鐵，只能吸在一個方向，不能任意吸在一起。
這個取向的工作，是在壓制毛坯的時候進行的。 這個原因，也限制了磁鐵毛坯尺寸的大小，特別是充磁方向(一般都是工作方向，即NS極的方向)的高度。
目前，比較合理的充磁方向高度尺寸，一般不大于35mm。高性能的，一般不大于30mm。

如此，你如果需要一個充磁方向很大尺寸的磁鐵怎么辦呢？可以把幾塊磁鐵疊加起來，這個效果，類似于電場里面的串聯(lián)。
當然，這種方式在實際的使用中意義不大，使用的很少。

在哪里可以買到釹鐵硼呢？
其實很容易，上網(wǎng)搜到釹鐵硼廠家，小一些的那種，然后說你要做一個什么產(chǎn)品，數(shù)量是幾千個或者幾萬個1個月，買幾個樣品測試一下性能。
如果你話說得比較到位，產(chǎn)品又比較普通，基本上可以拿到免費的樣品?；蛘呋ㄥX，也不貴。
大的廠家，就不要找了，人家基本不搭理你。

釹鐵硼價格：
這個比較復雜，釹鐵硼性能范圍比較寬，具體要求不同，價格差異也很大。以簡單的方塊產(chǎn)品為例，目前的批量價格，應(yīng)該在每公斤150-400塊錢。

釹鐵硼的加工：
基本上有兩種：切片機切或者線切割切。
切片機，是一把厚度0.3mm左右的金剛石內(nèi)孔切刀片，按要求把磁鐵切割成需要的尺寸。但是這個方法，只適合于簡單的方塊形狀和 圓柱形狀。
由于是內(nèi)孔切割，因此磁鐵的尺寸不能太大，否則無法放到刀片里面去。

另外一個方法是線切割。一般用來切割瓦片，和大尺寸的產(chǎn)品。

打孔： 小孔，一般是用振動金剛石砂輪鉆頭鉆出來的。大孔，采用套孔的方式，這樣可以節(jié)省材料費。

釹鐵硼產(chǎn)品的尺寸精度，比較經(jīng)濟的，是在（+/-）0.05mm左右。 其實，現(xiàn)有的加工手段，完全可以達到（+/-）0.01的精度。
但是，由于釹鐵硼一般都是需要進行電鍍涂裝的，電鍍前需要進行清洗。這個材料的耐腐蝕性非常差，酸洗的過程，就會把尺寸精度清洗掉。
因此，真正電鍍好的產(chǎn)品，精度就達不到單純切割加工和磨削加工時的水平了。

[ 本帖最后由 天水藍 于 2008-12-15 09:43 編輯 ]

easylife

原帖由 天水藍 于 2008-12-15 09:28 發(fā)表


釹鐵硼價格飛漲，是05-07年的事情，現(xiàn)在的價格已經(jīng)平穩(wěn)，恢復到06年年初的水平。漲價的原因這里就不講了。

釹鐵硼的生產(chǎn)工藝，通俗的講，是這樣的： 把材料混合熔煉，然后把煉好的金屬塊破碎成小顆粒。把小顆 ...

謝謝版主的精彩解答。
如下圖，有一材料為釹鐵硼（Nd_Fe_B)的磁鐵，外形尺寸15*15mm左右，側(cè)面邊緣輪廓度0.3，厚度1.35+/-0.04mm，底面平面度0.04，頂面相對于底面平行度0.04。鍍層為最小厚度10微米的鎳層。這樣的要求工藝上應(yīng)該不難實現(xiàn)，對么？

如您所述，加工工藝路線大致是：燒結(jié)毛坯--線切割精加工--清洗--電鍍？

[ 本帖最后由 easylife 于 2008-12-15 10:15 編輯 ]

天水藍

原帖由 easylife 于 2008-12-15 10:13 發(fā)表


謝謝版主的精彩解答。
如下圖，有一材料為釹鐵硼（Nd_Fe_B)的磁鐵，外形尺寸15*15mm左右，側(cè)面邊緣輪廓度0.3，厚度1.35+/-0.04mm，底面平面度0.04，頂面相對于底面平行度0.04。鍍層為最小厚度10微米的鎳層。這樣 ...

個人感覺，雖然屬于異形產(chǎn)品，但是加工難度不大。

做釹鐵硼的廠家，實話說，普遍檔次不高。不能拿我們機械行業(yè)來衡量他們。
所以，經(jīng)常是這些廠家習慣于普通的產(chǎn)品，對于稍有變化的東西，害怕出問題。

這個產(chǎn)品，找個廠家做，應(yīng)該不會遇到什么難題。

easylife

原帖由 天水藍 于 2008-12-15 10:26 發(fā)表



個人感覺，雖然屬于異形產(chǎn)品，但是加工難度不大。

做釹鐵硼的廠家，實話說，普遍檔次不高。不能拿我們機械行業(yè)來衡量他們。
所以，經(jīng)常是這些廠家習慣于普通的產(chǎn)品，對于稍有變化的東西，害怕出問題。

...

謝謝版主。
另外請教一些關(guān)于充磁的問題：
如下圖，有一釹鐵硼磁鐵，有4個磁極，如圖所示。三個關(guān)于充磁的問題：
1.圖中"direction of magnetization"(充磁方向)?
是在充磁工藝中指代什么？
2.圖中"Transition zone"(轉(zhuǎn)換區(qū))應(yīng)該是由于充磁工藝的原因而存在的,而不是來自于零件功能的需要,對么?
3.磁極如圖所示,這種磁極布置方式是否對于常用充磁工藝來說較難實現(xiàn)?
Thanks,

[ 本帖最后由 easylife 于 2008-12-15 11:07 編輯 ]

小鐵塊

謝謝，樓主學習了。

天思

直徑28mm，厚度為12的強磁鐵能吸重5KG以上的屬于哪類磁鐵？價位在多少？