稀土微型磁鋼的高性能化和無刷直流小電動機的開發(fā)
一 前 言
采用了稀土類磁鋼的電動機由于磁鋼能產(chǎn)生較強的磁場，所以輸出功率大、體積小；現(xiàn)在這樣的小電動機廣泛應(yīng)用在以醫(yī)療儀器，分析儀器，精密儀器為中心的各個領(lǐng)域。特別是80年代開發(fā)的釹鐵硼稀土燒結(jié)磁鋼由于在性價比上占有優(yōu)勢，現(xiàn)在以電機行業(yè)為中新，得到廣泛的應(yīng)用。但是，這種磁鋼由于容易氧化造成品質(zhì)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(yīng)用上還是有一些困難的。對此，技術(shù)人員們發(fā)現(xiàn)，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(fù)。采用這種改良后的磁鋼組裝的電動機力矩常數(shù)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(jié)磁鋼經(jīng)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(guī)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(jié)磁鋼是以nd2fe14b（正立方結(jié)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(jié)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(fā)現(xiàn)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(yīng)的化合物（dy2fel4b，tb2fe14b）用具有更高的異方性磁場的dy或者tb適當?shù)刂脫Qnd的成分，這樣才能根據(jù)不同用途制造和銷售具有不同規(guī)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(cè)，保持形成燒結(jié)體組織的磁體主相的粒子直徑足夠小，研究開發(fā)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(jīng)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(fā)的磁體表面層的氧化，組織結(jié)構(gòu)的變形以及細微龜裂等發(fā)生的損傷，從而使其產(chǎn)生逆磁區(qū)易引起磁化反轉(zhuǎn)。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(fā)展前景的醫(yī)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(fā)現(xiàn)，通過在釹鐵硼燒結(jié)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(fù)。一般說來，雖然我們早已經(jīng)知道通過熱處理磁體性能能得到恢復(fù)，但在表面導(dǎo)入稀土類金屬更進一步恢復(fù)矯頑力，這種工藝結(jié)果仍受到普遍關(guān)注。
2.2改良方法幫條件
通過對釹鐵硼燒結(jié)磁體預(yù)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(nèi)徑0.3mm，長2.9mm)的圓筒形狀。其次，根據(jù)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(shù)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(shù)ppm以下的ar氣體環(huán)境中，經(jīng)過攝氏70-100度的高溫一定時間內(nèi)熱處理后，使其磁性能得到恢復(fù)。此外，這類處理是在與上述的陰極真空噴鍍裝置相聯(lián)接的帶真空球狀盒的氣體循環(huán)精密儀器的ar氣體環(huán)境下進行的。另外，在熱處理后還要繼續(xù)在攝氏60度下對其進行數(shù)十分鐘的熱處理。
2.3磁鋼性能的評價
經(jīng)dy或者tb金屬定量成模處理后，再經(jīng)過各種溫度下的熱處理，圓筒狀釹鐵硼燒結(jié)磁鋼經(jīng)過徑向配向切割（正方結(jié)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(jīng)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(jīng)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(fù)。特別是用dy1.4微米成膜，再經(jīng)過900℃/l0min．+600℃/20min+的熱處理后，審0.9mm的磁鋼的h cj |
