烧结钕铁硼磁体的烧结与热处理

烧结和热处理

磁场取向压制的毛坯，在高真空或纯惰性气氛下经过烧结达到接近95%理论密度以上的高密度，磁体孔洞呈封闭结构，确保了磁通密度的均匀性金属化学稳定性；又因为磁体的永磁特性与其金属学显微结构密切相关，烧结后的热处理过程对磁性的调整至关重要，但毕竟处理温度较低，一些重要的显微结构特征不能完全指望热处理来调整，而是要在烧结过程中仔细控制。

为了尽量避免主相晶粒长大导致的矫顽力下降，Nd-Fe-B磁体需要在低于1100℃的温度下烧结，通常的烧结温度是1050~1080℃，并可以得到接近零孔隙率的实密度，晶粒尺寸在5~15μm的范围；为了获得高矫顽力，通常需要进行900℃附近和500℃附近的两级热处理，而且烧结和热处理后都需要急冷来固定相应的显微结构。合适的热处理温度和时间组合与Nd-Fe-B磁体中的添加元素及其成分密切相关，但大量实验表明热处理温度（900℃）具有广泛的普适性，原因在于此温度下富Nd相处于液态，作为晶界相可对主相晶粒的表面进行修复，只要时间不是太长，不会导致主相晶粒过分长大或富Nd相富集，这个效果是与成分关系不大的；第二级热处理对磁体的相组成和显微结构的调整至关重要，在这个温区段会发生共晶反应，液相的总量、成分和分布都在变化，所以会敏感地影响到磁体的内禀矫顽力、退磁曲线方形度以及磁体的高温不可逆损失。

机械加工

由于磁场取向成形过程的特点和技术局限，烧结磁体很难一次性直接达到实际应用的形状和尺寸精度，所以烧结毛坯的机械加工在所难免。主要原因在于：

1.很多成品磁体的体积小、形状复杂，只能通过一定形状的毛坯磁体加工而成；

2.即使对于近终形成的毛坯磁体，由于粉末松装密度低、流动性差，导致阴模充填均匀性欠佳，难以避免烧结磁体毛坯形状或尺寸的涨落；

3.由于Nd-Fe-B毛坯磁体在平行和垂直于取向方向上烧结收缩的明显差异，以及毛坯磁体边界和中心烧结收缩的差异，就难以达到成品磁体尺寸精度的要求。

日本和欧美企业因考虑原材料和人工成本而选择近终成形工艺居多，后续机械加工辅之；本土企业生产的永磁产品繁多，主要采用毛坯磁体结合后加工的综合生产流程，充分借鉴陶瓷和水晶加工的工艺优势，将永磁体的机械加工水平发挥到了高水平。随着原材料成本和人工成本压力的增加，在我国近终成形和自动成形技术正在快速发展。

通过粉末冶金方法制备的永磁体是一种典型的金属陶瓷制品，硬而脆，对硬而脆的材料而言，一般机械加工用的车铣刨磨钻就只剩下切割、钻孔、研磨和滚磨了。根据加工面的基本特征可以进行细分：刀片切割通常采用金刚石或立方氮化硼粉末电镀的刀片，根据切口深度和形位公差要求选择不同的刀片厚度和刀片刃口位置，内圆切刀的刃口由于刀片和外圆箍的支撑，切割过程中可以确保良好的平面度，因此刀片厚度可以做到0.1mm，但其切口深度和所切磁体的尺寸受到刀片内径和内外径差的限制。外圆切刀的刃口飘在外沿，刀口支撑能力逊色于内圆切刀，所以确保同样的公差水平需要厚度略大的刀片，一般在0.2~0.5mm范围，由此带来的材料损耗也大一些。对于批量大、尺寸规格单一的产品，采用线锯切片效率非常高。

电火花切割和激光切割属于直接热加工，可以从事形状复杂的切割工作，但相对而言切割效率较低，加工成本高，而且有研究发现烧结钕铁硼磁体的加工表面由于加工升温形成厚度约15μm的Nd富集层，降低了材料的化学稳定性；磁体钻孔要靠金刚钻或激光，为提高材料利用率而发展了空心钻掏孔的技术，较大内径 挖出来的实心圆柱还可以用来做其它小尺寸产品，配合超音波作用的钻孔方式能够缓解脆性破损，对脆性高和性能高或高热稳定性磁体的加工比较有利。研磨砂轮分金属基或树脂基两种，仿形磨是依据研磨面轮廓制成砂轮基底，然后镀上金刚石或BN粉末，并经过修形以到达理想的产品要求。