第三章、稀土永磁材料

3、夹杂物的防止
夹杂物：熔炼时，由于熔池表面低压条件和电磁搅拌力 的作用 非金属杂质上浮 熔池表面形成一层膜，通 称氧化膜。
夹杂物的防止： （1）减少污染源 （2）炉料应进行化学定量分析，以控制有害杂质含量，
并经表面清理才能使用。 （3）控制炉子到预定的真空度和漏气速度、提高氩气
纯度。
4、真空坩埚反应
集肤效应：交变电流通过导体时，电流密度由表面向 中心依次减弱，即电流有趋向表面的现象。
邻近效应：感应线圈中的交变电流与炉料导体中感应 电流的方向相反，在相互影响下使两导体中的电流在临近侧 面处聚集。
圆环效应：感应电流的最大电流密度出现在线圈导体 的内侧。
2、炉料的最佳尺寸范围
穿透深度：当电磁波从导体表面向内部传播时，经过 距离d后，其值衰减到表面值的1/e，这段距离称为导体 的穿透深度。
力的作用下处于不断搅拌中，这种现象称为电磁搅 拌。
形成原因：
图：感应炉坩埚内熔体的运动
电磁搅拌优点：有利于合金快速熔化和原子的扩散，
有利于熔体化学成分、温度的均匀和熔体的夹杂物上浮。
形成“驼峰”高度：
H∝电磁力∝1/ 电流频率
增强电磁搅拌方法： a、中频感应炉：H感应器>H熔体 b、大容量电炉：增设辅助电源搅拌
f —交变电流频率，Hz
N —感应线圈的匝数
—交变磁场的磁通量，wb
感应电流： I 4.44 fN R
R—金属炉料的有效电阻
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3、感应电流转化成热能
Q I 2Rt
t —通电时间，s
三、感应电炉的熔化特点
1、感应电流的分布特征
符合“集肤效应、邻近效应、圆环效应”，坩埚式感应 电 流分布是这几种效应的综合。
熔炼条件下坩埚材料与合金液强烈作用 一污染源
合金的又
例：刚玉坩埚、坩埚周围的MgO填充料
5、冷坩埚悬浮熔炼技术
一种以原料本身结晶的容壳为容器的晶体生长技术。 用于活泼金属、强磁性材料NdFeB及金属间化合物等的 熔炼。（示意图如下）
特点:(1)不受坩埚材料污染 (2)坩埚寿命长
第节、真空感应熔炼稀土永磁合金工艺
真空感应熔炼原理
真空感应熔炼：利用电磁感应在金属炉料内产生涡电
流，从而加热炉料并获得足够高的温度，使炉内多种金属 或合金原料熔化，在熔融状态下通过原子扩散形成所需合 金的过程
一、真空感应电炉设备
型号：ZG-0.01,ZG-0,025,ZG-0.05
电
炉 设
电源输入系统
备 真空系统
组 成
d∝1/ 电流频率导体磁频率电导率
通常炉料直径d=3-6倍的穿透深度。
最佳炉料尺寸与电流频率的关系。
3、坩埚内的温度分布及布料原则
温度分布图：
1-中温区 3-高温区 2、4-低温区
合理的布料原则：考虑料块尺寸及熔点与坩埚内温度分布相 适应
4、感应熔炼的电磁搅拌作用
电磁搅拌：感应电炉熔炼时，导电熔体在电磁
第三章、 稀土永磁材料的制备技术
稀土永磁材料的制备：熔炼、浇铸机械合 金化等
熔炼技术： 真空感应熔炼法 （最常用）
真空电弧熔炼法（多用于实验室研究） 真空热还原扩散法（近年来得到发展）
合金化或控制合金的结晶组织或制粉：
浇铸/机械合金化/熔体快淬法/气体雾化法/高频震荡 雾化法
第一节、真空感应熔炼制备稀土磁性材料
炉体结构：熔炼室、装料系统及辅助设备
熔炼室 侧倾坩埚浇铸结构：适用情形、结构 连续式真空感应电炉：适用情形、结构
装料系统：
直接手工装料：小型炉子 专用闸阀加料：大型炉子
辅助设备：取样、捣料装置，真空闸阀及仪表，测温
装置，水冷循环系统
二、感应电炉的工作原理
电路结构：
感应电炉的基本电路
启动开关、变频电源、电容器、感应线圈与坩埚
一、原材料的选择
原材料选择是保证合金成分的关键。 选择标准：一、使成分符合技术要求；二、控制原料 带入的有害杂质
1、金属钕的选择：
(1)、注意碳含量是否偏高 (2) 、少量Pr允许，其他稀土元素对磁性能不利 (3)、生产高性能NdFeB磁体要求： Ce/RE<0.05% ; Nd/RE≥99.5% ; ∑RE≥99.8%
2、金属钐的选择
目前金属钐是利用金属热还原法生产的，选择时 注意Cl-是否超标。
3、工业纯铁的选择： ① DT1、ZDT2 精密合金、高温合金、粉末冶金用原料。 ② DT3、DT4 生产电磁元件的原材料
4、硼铁合金的选择 一种铝热法生产的：硼含量波动和偏析值>3.1%~4.5%，
且成本高
另一种电炉法生产的：硼含量波动和偏析<1.5%~1.9% (较常用)
四、真空熔炼过程的特点
大气条件下冶金缺点：a、金属易于氧化 b、金属熔池与空气作用 c、大气条件下抑制了有害元素的挥发
1、合金元素控制
稀土永磁合金在惰性气氛下熔炼过程： 装料 密封 抽真空 充氩气 升温 熔炼 浇铸
氩气保护的作用： a、隔断了氮气氧气等危险气体的进入。 b、减少了合金元素的挥发损失。 c、可不必使用高真空系统，缩短了抽真空的持续时间。
元素控制因素及机理：
（1）、能严格控制合金中活泼元素，保证了合金的性能、质 量及稳定性。
（2）、充氩气条件下，可有效减少合金的挥发损失。
2、 真空脱气
主要是去除合金中的H、N 氢、氮在合金中的溶解度：
H2 2[H ] [H ] kH pH2 N2 2[N ] [N] kN pN2
[H]、[N]—氢、氮在合金中的溶解度
感应电炉熔体
：
真空感应熔炼原理
1、电源输入系统
通常电源功率：300~500kw/t 电源频率的选择：以熔池能得到充分的搅拌为依据 中小炉子的电源频率：1~4KHZ
2、真空系统
真空感应系统的选择依据：
熔炼室初抽时间和各闸阀隔离抽空所需时间 精炼期间气体排放量及真空度要求
时间要求
气体排放量
真空度要求
3、炉体
工作原理：
当交流电流流经铜线圈时，由于电磁感应使坩埚中的
金属炉料产生电流，感应电流克服炉料电阻产生热量，从而 使金属炉料加热和熔化。
1、交变电流产生交变磁场
交变电流通过螺旋形感应线圈 线圈所包围的空间和四周产生交 变磁场 一部分磁力线穿透金属炉料，一部分穿透坩埚。
2、交变磁场产生感应电流
感应电动势： E 4.44 fN(V )
二、原材料处理及配料
1、原料的表面处理
(1) 用真空密封包装或石蜡封装 (2) 钴用稀酸清除表面污渍 (3) 纯铁表面的锈蚀用抛丸机清除或机械切削法清除