稀土微型磁鋼的高性能化和無刷直流小電動機的開發
一 前 言
采用了稀土類磁鋼的電動機由于磁鋼能產生較強的磁場,所以輸出功率大、體積小;現在這樣的小電動機廣泛應用在以醫療儀器,分析儀器,精密儀器為中心的各個領域。特別是80年代開發的釹鐵硼稀土燒結磁鋼由于在性價比上占有優勢,現在以電機行業為中新,得到廣泛的應用。但是,這種磁鋼由于容易氧化造成品質惡化,再加匕微細加工后其性能會大幅下降,所以微電機等所用的微型磁鋼在應用上還是有一些困難的。對此,技術人員們發現,如果在微細加工后,在磁鋼表面覆蓋一層dy或者tb等稀土類金屬,磁鋼的性能又能大幅地恢復。采用這種改良后的磁鋼組裝的電動機力矩常數大幅提升、也小型化。
本文重點介紹,微細加工后的釹鐵硼燒結磁鋼經性能改良處理后的磁性能,以及采用這種改良磁鋼制作的外徑中2.0mm和1.7mm的無刷直流小電動機的規格和特性,論述采用高性能永磁磁鋼使電動機進一步小型化的可能性。
二 釹鐵硼微型磁鋼的高性能化
2。1背景
釹鐵硼燒結磁鋼是以nd2fe14b(正立方結晶體)作為磁體的主相,加上其他稀土類中富含的成分在燒結時形成液相,促進磁體主相粒子的生長和粒子表面的平滑化,不變形,發現這樣一來即使本來該磁體主相化合物的異方性磁場很弱,也能使其具有較高的矯頑力。但是,僅僅這樣還不能獲得持久、耐用的足夠矯頑力,還要以相對應的化合物(dy2fel4b,tb2fe14b)用具有更高的異方性磁場的dy或者tb適當地置換nd的成分,這樣才能根據不同用途制造和銷售具有不同規格矯頑力的永磁釹鐵硼微型磁鋼。此外,目前有一種傾向盡可能地降低粒界相(用稀釋效果使得磁化降低)的比側,保持形成燒結體組織的磁體主相的粒子直徑足夠小,研究開發出具有更高磁化性能和加工性能的釹鐵硼微型磁鋼。
但是如上所述,釹鐵硼微型磁鋼一旦經過機械加工磁特性依然會下降,即加工性能惡化問題。這個問題隨著磁鋼的尺寸越小就越為凸顯出來。這種加工性能惡化是指由加工引發的磁體表面層的氧化,組織結構的變形以及細微龜裂等發生的損傷,從而使其產生逆磁區易引起磁化反轉。以往mri用和vcm用的磁體,由于閹磁體體積相比表醞所占比例較小,這類問題可以忽視。但是今后在有巨大發展前景的醫療器械,微型機械等所用的電動機,它采用的微型磁鋼體積很小,相比之下表面所占比例就較大,再加上加工之際所引起的磁體性能劣化這個問題就嚴重了。
對此佐川等人發現,通過在釹鐵硼燒結磁體的薄板(50微米)上用dy金屬成膜后熱處理,矯頑力明顯地得到恢復。一般說來,雖然我們早已經知道通過熱處理磁體性能能得到恢復,但在表面導入稀土類金屬更進一步恢復矯頑力,這種工藝結果仍受到普遍關注。
2.2改良方法幫條件
通過對釹鐵硼燒結磁體預件的切削、打孔、研削等工序,把它加工成加工精度為±5微米外徑~1. 2mm以及由0.9mm(內徑0.3mm,長2.9mm)的圓筒形狀。其次,根據已有的報道,運用能夠立體成膜的三維陰極真空噴鍍裝置,以數微米的厚度將dy或者tb金屬均勻地覆蓋子圓筒狀磁體的表面后,再在氧氣和濕度維持在數ppm以下的ar氣體環境中,經過攝氏70-100度的高溫一定時間內熱處理后,使其磁性能得到恢復。此外,這類處理是在與上述的陰極真空噴鍍裝置相聯接的帶真空球狀盒的氣體循環精密儀器的ar氣體環境下進行的。另外,在熱處理后還要繼續在攝氏60度下對其進行數十分鐘的熱處理。
2.3磁鋼性能的評價
經dy或者tb金屬定量成模處理后,再經過各種溫度下的熱處理,圓筒狀釹鐵硼燒結磁鋼經過徑向配向切割(正方結晶釹鐵硼的主相呈c軸方向)就具有了磁異方向性。這樣的磁鋼經過4. 8ma/m的脈沖磁場充磁,就可以用振動試料磁通測試計來評定磁特性了。
2.4改良磁體的特性
經過表面改良處理,可以明顯地看到磁鋼的矯頑力h。.提高和磁能積(bh)一的恢復。特別是用dy1.4微米成膜,再經過900℃/l0min.+600℃/20min+的熱處理后,審0.9mm的磁鋼的h cj |