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永磁体新工艺对电机设计的挑战——晶界扩散技术
2017-10-24 17:51:43   来源:   评论:0 点击:

1.晶界扩散技术传统烧结磁体的工艺:按一定的配比熔炼和铸造生产出小片的NdFeB,然后利用氢爆和精磨制成2-10μm的粉末微粒,再压成磁场定...


1.晶界扩散技术

 

传统烧结磁体的工艺:按一定的配比熔炼和铸造生产出小片的NdFeB,然后利用氢爆和精磨制成2-10μm的粉末微粒,再压成磁场定向的小块,然后烧结退火,再把烧结块按需要的尺寸切割成磁体,表面研磨、倒角,表面镀防腐层。传统工艺中,镝(Dy)和铽(Tb)在熔炼工序加入,重稀土元素在最终的磁体中会均匀分布,所有永磁体截面的矫顽力相同。

 

晶界扩散技术(GBD):在切割和研磨阶段,在磁体表面上敷上富含镝或铽的化合物,然后通过一个24~36小时的热处理工艺将重稀土元素扩散进永磁体。(具体的晶界扩散工艺技术种类还很多,每个永磁体厂家都有所不同)




晶界扩散技术的磁体含有更少的重稀土元素(HRE),因为在基合金中的重稀土含量可以显著减少,在某些情况下可以消除,通常在0–4%的重量百分比范围内(wt%),同时扩散通常是在低于1%的Tb或Dy的质量分数范围内进行的。

 

晶界扩散技术可以使用1/3~1/2的传统工艺使用的镝或铽的用量达到和传统工艺磁体一样高的剩磁(Br)和矫顽力(Hcj)。


2.EV/HEV电机转子特点



上图是一张有限元法(FEA)计算的高退磁磁场下的转子永磁体的磁密场图。可以看出在角落和边缘位置有较高的退磁磁场,因此在这些位置需要更多的抗退磁保护。

GBD工艺正好可以提供这种保护,因为在角落和边缘位置HRE增加,并且这种保护的成本相比于传统工艺更低。


3.扩散永磁磁体中稀土元素的分布

电子探针显微镜下的铽扩散磁体截面map:


图3(a)显示4个面有明显的Tb层,和角落部分增加的Tb扩散特征;图3(b)显示另外两个面没有Tb扩散发生,说明这些的渗透是从四个面进行的。图3(c)显示同一个面内的Tb分布非常不均匀。





整体上分布规律:角落>边缘>中心,晶界>区域>晶粒。

 

4.扩散永磁体的BH曲线


振动试样磁力计测试磁特性:








5.永磁材料的发展

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