磁體基本知識(shí)

什么叫磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)1820年，丹麥科學(xué)家奧斯特(H.C.Oersted)發(fā)現(xiàn)通有電流的導(dǎo)線可以使其附近的磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而揭示了電與磁的基本關(guān)系，誕生了電磁學(xué)。實(shí)踐表明：通有電流的無限長(zhǎng)導(dǎo)線在其周圍所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱與電流的大小成正比，與離開導(dǎo)線的距離成反比。定義載有1安培電流的無限長(zhǎng)導(dǎo)線在距離導(dǎo)線1/(2?)米遠(yuǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1A/m(安/米，國(guó)際單位制SI)；在CGS單位制(厘米-克-秒)中，為紀(jì)念?yuàn)W斯特對(duì)電磁學(xué)的貢獻(xiàn)，定義載有1安培電流的無限長(zhǎng)導(dǎo)線在距離導(dǎo)線0.2厘米遠(yuǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1Oe(奧斯特)，1Oe=1/(4?)?103A/m。磁場(chǎng)強(qiáng)度通常用H表示。什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指標(biāo)永磁材料的主要磁性能指標(biāo)是：剩磁(Jr,Br)、矯頑力(bHc)、內(nèi)稟矯頑力(jHc)、磁能積(BH)m。我們通常所說的永磁材料的磁性能，指的就是這四項(xiàng)。永磁材料的其它磁性能指標(biāo)還有：居里溫度(Tc)、可工作溫度(Tw)、剩磁及內(nèi)稟矯頑力的溫度系數(shù)(?,？)、回復(fù)導(dǎo)磁率(?rec.)、退磁曲線方形度(?rec.,Hk/

jHc)、高溫減磁性能以及磁性能的均一性等。除磁性能外，永磁材料的物理性能還包括密度、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等；機(jī)械性能則包括維

氏硬度、抗壓(拉)強(qiáng)度、沖擊韌性等。此外，永磁材料的性能指標(biāo)中還有重要的一項(xiàng)，就是表面狀

態(tài)及其耐腐蝕性能。什么叫磁極化強(qiáng)度(J)，什么叫磁化強(qiáng)度(M)，二者有何區(qū)別現(xiàn)代磁學(xué)研究表明：一切磁現(xiàn)象都起源于電流。磁性材料也不例外，其鐵磁現(xiàn)象是起源于材料內(nèi)部原子的核外電子運(yùn)動(dòng)形成的微電流，亦稱分子電流。這些微電流的集合效應(yīng)使得材料對(duì)外呈現(xiàn)各種各樣的宏觀磁特性。因?yàn)槊恳粋€(gè)微電流都產(chǎn)生磁效應(yīng)，所以把一個(gè)單位微電流稱為一個(gè)磁偶極子。定義在真空中每單位外磁場(chǎng)對(duì)一個(gè)磁偶極子產(chǎn)生的最大力矩為磁偶極矩pm，每單位材料體積內(nèi)磁偶極矩的矢量和為磁極化強(qiáng)度J，其單位為T(特斯拉，在CGS單位制中，J的單位為Gs，1T=104Gs)。定義一個(gè)磁偶極子的磁矩為pm/?0，?0為真空磁導(dǎo)率，每單位材料體積內(nèi)磁矩的矢量和為磁化強(qiáng)度M，其SI單位為A/m，CGS單位為Gs(高斯)。M與J的關(guān)系為：J=?0M，在CGS單位制中，?0=1，故磁極化強(qiáng)度與磁化強(qiáng)度的值相等；在SI單位

制中，?0=4??10-7H/m(亨/米)。什么叫磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)，什么叫磁通密度(B)，B與H，J，M之間存在什么樣的關(guān)系理論與實(shí)踐均表明，對(duì)任何介質(zhì)施加一磁場(chǎng)H時(shí)(該磁場(chǎng)可由外部電流或外部永磁體提供，亦可由永磁體對(duì)永磁介質(zhì)本身提供，由永磁體對(duì)永磁介質(zhì)本身提供的磁場(chǎng)又稱退磁場(chǎng)---關(guān)于退磁場(chǎng)的概念，見9Q)，介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度并不等于H，而是表現(xiàn)為H與介質(zhì)的磁極化強(qiáng)度J之和。由于介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度是由磁場(chǎng)H通過介質(zhì)的感應(yīng)而表現(xiàn)出來的，為與H區(qū)別，稱之為介質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，記為B：B=?0H+J(SI單位制)(1-1)B=H+4?M(CGS單位制)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位為T，CGS單位為Gs(1T=104Gs)。對(duì)于非鐵磁性介質(zhì)如空氣、水、銅、鋁等，其磁極化強(qiáng)度J、磁化強(qiáng)度M幾乎等于0，故在這些介質(zhì)

中磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B相等。由于磁現(xiàn)象可以形象地用磁力線來表示，故磁感應(yīng)強(qiáng)度B又可定義為磁力線通量的密度，磁感應(yīng)強(qiáng)度

B和磁通密度B在概念上可以通用。什么叫剩磁(Jr，Br)，為什么在永磁材料的退磁曲線上任意測(cè)量點(diǎn)的磁極

化強(qiáng)度J值和磁感應(yīng)強(qiáng)度B值必然小于剩磁Jr和Br值永磁材料在閉路狀態(tài)下經(jīng)外磁場(chǎng)磁化至飽和后，再撤消外磁場(chǎng)時(shí)，永磁材料的磁極化強(qiáng)度J和內(nèi)部磁

感應(yīng)強(qiáng)度B并不會(huì)因外磁場(chǎng)H的消失而消失，而會(huì)保持一定大小的值，該值即稱為該材料的剩余磁

極化強(qiáng)度Jr和剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br，統(tǒng)稱剩磁。剩磁Jr和Br的單位與磁極化強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度單位相同。根據(jù)關(guān)系式(1-1)可知，在永磁材料的退磁曲線上，磁場(chǎng)H為0時(shí)，Jr=Br，磁場(chǎng)H為負(fù)值時(shí)，J與B不相等，便分成了J-H和B-H二條曲線。從關(guān)系式(1-1)還可以看到，隨著反向磁場(chǎng)H的增大，B從最大值Br=Jr變化到0，最后為負(fù)值，對(duì)于現(xiàn)代永磁材料，B退磁曲線的變化規(guī)律往往為直線；J退磁曲線的變化規(guī)律則不同：隨著反向磁場(chǎng)H的增大，B值線性減小，由于B值的減小量總是大于或等于反向磁場(chǎng)H的增大量，故在J退磁曲線上的一定區(qū)域內(nèi)可以保持相對(duì)平直的直線，但其J值總是小于Jr。什么叫矯頑力(bHc)，什么叫內(nèi)稟矯頑力(jHc)？在永磁材料的退磁曲線上，當(dāng)反向磁場(chǎng)H增大到某一值bHc時(shí)，磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0，稱該反向磁場(chǎng)H值為該材料的矯頑力bHc；在反向磁場(chǎng)H=bHc時(shí)，磁體對(duì)外不顯示磁通，因此矯頑力bHc表征永磁材料抵抗外部反向磁場(chǎng)或其它退磁效應(yīng)的能力。矯頑力bHc是磁路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參量之一。值得注意的是：矯頑力bHc在數(shù)值上總是小于剩磁Jr。因?yàn)閺?1-1)式可以看到，在H=bHc處，B=0，則?0bHc=J，上面已經(jīng)說明，在J退磁曲線上任意點(diǎn)的磁極化強(qiáng)度值總是小于剩磁Jr，故矯頑力bHc在數(shù)值上總是小于剩磁Jr。例如：Jr=12.3kGs的磁體，其bHc不可能大于12.3kOe。換句話說，剩磁Jr在數(shù)值上是矯頑力bHc的理論極限。當(dāng)反向磁場(chǎng)H=bHc時(shí)，雖然磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0，磁體對(duì)外不顯示磁通，但磁體內(nèi)部的微觀磁

偶極矩的矢量和往往并不為0，也就是說此時(shí)磁體的磁極化強(qiáng)度J在原來的方向往往仍保持一個(gè)較大

的值。因此，bHc還不足以表征磁體的內(nèi)稟磁特性；當(dāng)反向磁場(chǎng)H增大到某一值jHc時(shí)，磁體內(nèi)部的

微觀磁偶極矩的矢量和為0，稱該反向磁場(chǎng)H值為該材料的內(nèi)稟矯頑力jHc。內(nèi)稟矯頑力jHc是永磁材料的一個(gè)非常重要的物理參量，對(duì)于jHc遠(yuǎn)大于bHc的磁體，當(dāng)反向磁場(chǎng)H

大于bHc但小于jHc時(shí)，雖然此時(shí)磁體已被退磁到磁感應(yīng)強(qiáng)度B反向的程度，但在反向磁場(chǎng)H撤消

后，磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度B仍能因內(nèi)部的微觀磁偶極矩的矢量和處在原來方向而回到原來的方向。也就

是說，只要反向磁場(chǎng)H還未達(dá)到j(luò)Hc，永磁材料便尚未被完全退磁。因此，內(nèi)稟矯頑力jHc是表征永

磁材料抵抗外部反向磁場(chǎng)或其它退磁效應(yīng)，以保持其原始磁化狀態(tài)能力的一個(gè)主要指標(biāo)。矯頑力bHc和內(nèi)稟矯頑力jHc的單位與磁場(chǎng)強(qiáng)度單位相同。什么叫磁能積(BH)m在永磁材料的B退磁曲線上(二象限)，不同的點(diǎn)對(duì)應(yīng)著磁體處在不同的工作狀態(tài)，B退磁曲線上的某

一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的Bm和Hm(橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo))分別代表磁體在該狀態(tài)下，磁體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁

場(chǎng)的大小，Bm和Hm的絕對(duì)值的乘積(BmHm)代表磁體在該狀態(tài)下對(duì)外做功的能力，等同于磁體

所貯存的磁能量，稱為磁能積。在B退磁曲線上的Br點(diǎn)和bHc點(diǎn)，磁體的(BmHm)=0，表示此時(shí)

磁體對(duì)外做功的能力為0，即磁能積為0；磁體在某一狀態(tài)下(BmHm)的值最大，表示此時(shí)磁體對(duì)

外做功的能力最大，稱為該磁體的最大磁能積，或簡(jiǎn)稱磁能積，記為(BH)max或(BH)m。因此，人們

通常都希望磁路中的磁體能在其最大磁能積狀態(tài)下工作。磁能積的單位在SI制中為J/m3(焦耳/立方米)，在CGS制中為MGOe(兆高奧斯特)，4??10J/m3=1MGOe。什么叫居里溫度(Tc)，什么叫磁體的可工作溫度Tw，二者有何關(guān)系

隨著溫度的升高，由于物質(zhì)內(nèi)部基本粒子的熱振蕩加劇，磁性材料內(nèi)部的微觀磁偶極矩的排列逐步紊

亂，宏觀上表現(xiàn)為材料的磁極化強(qiáng)度J隨著溫度的升高而減小，當(dāng)溫度升高至某一值時(shí)，材料的磁極

化強(qiáng)度J降為0，此時(shí)磁性材料的磁特性變得同空氣等非磁性物質(zhì)一樣，將此溫度稱為該材料的居里

溫度Tc。居里溫度Tc只與合金的成分有關(guān)，與材料的顯微組織形貌及其分布無關(guān)。在某一溫度下永磁材料的磁性能指標(biāo)與室溫相比降低一規(guī)定的幅度，將該溫度稱為該磁體的可工作溫

度Tw。由于磁性能的這一降低幅度需要視該磁體的應(yīng)用條件及要求而定，因此，所謂的磁體的可工

作溫度Tw對(duì)于同一磁體來說是一個(gè)待定值，也就是說，同一永磁體在不同的應(yīng)用場(chǎng)合可以有不同的

可工作溫度Tw。顯然，磁性材料的居里溫度Tc代表著該材料的理論工作溫度極限。事實(shí)上，永磁材料的實(shí)際可工作

Tw遠(yuǎn)低于Tc。例如，純?nèi)腘d-Fe-B磁體的Tc為312?C，而其實(shí)際可工作Tw通常不到100?C。

通過在Nd-Fe-B合金中添加重稀土金屬以及Co、Ga等元素，可顯著提高Nd-Fe-B磁體的Tc和可工

作Tw。值得注意的是，任何永磁體的可工作Tw不僅與磁體的Tc有關(guān)，還與磁體的jHc等磁性能指

標(biāo)、以及磁體在磁路中的工作狀態(tài)有關(guān)。什么叫永磁體的回復(fù)導(dǎo)磁率（?rec.），什么叫J退磁曲線方形度（Hk/jHc），它們有何意義當(dāng)磁體處在動(dòng)態(tài)工作條件下時(shí)，外部反向磁場(chǎng)H或磁體內(nèi)部的退磁場(chǎng)Hd呈周期性變化，此時(shí)如圖2

所示的工作點(diǎn)D亦呈周期性往復(fù)變化，定義在磁體的B退磁曲線上工作點(diǎn)D往復(fù)變化的軌跡為磁體

的動(dòng)態(tài)回復(fù)線，該線的斜率為回復(fù)導(dǎo)磁率?rec.。顯然，回復(fù)導(dǎo)磁率?rec.表征了磁體在動(dòng)態(tài)工作條件下

的穩(wěn)定性，它也是永磁體的B退磁曲線方形度，因此它是永磁體的一個(gè)重要的磁特性指標(biāo)之一。對(duì)于

Nd-Fe-B燒結(jié)磁體，B退磁曲線為直線且bHc約等于Br，其回復(fù)導(dǎo)磁率?rec.等于B退磁曲線的斜率

且?rec.=1.03?1.10。？rec越小，磁體在動(dòng)態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性就越好。值得注意的是，若磁體的B退磁曲線不是直線，則磁體的回復(fù)導(dǎo)磁率?rec.在不同工作點(diǎn)就有不同的值，

此時(shí)如何把磁體設(shè)計(jì)在最穩(wěn)定的工作狀態(tài)，就顯得非常重要。定義磁體的J退磁曲線上，J=0.9Jr時(shí)的反向磁場(chǎng)大小為Hk，Hk/jHc可以直觀地表示磁體的J退磁曲

線方形度。對(duì)于具有高jHc的Nd-Fe-B燒結(jié)磁體，jHc遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于bHc，當(dāng)反向磁場(chǎng)大于bHc但小于jHc

時(shí)，相應(yīng)的B退磁曲線已進(jìn)入第三象限。由（1-1）式可知，此時(shí)若磁體的J退磁曲線仍為直線，則

相應(yīng)第三象限的B退磁曲線亦保持直線，此時(shí)磁體的?rec仍保持較小值，在反向外磁場(chǎng)撤消后，磁體

的工作點(diǎn)仍能恢復(fù)到原來的位置。因此，Hk/jHc也是永磁體的一個(gè)重要的磁特性指標(biāo)之一，它和?rec

一樣，表征了磁體在動(dòng)態(tài)工作條件下的穩(wěn)定性。金屬磁性材料分為幾大類，它們是如何劃分的金屬磁性材料分為永磁材料、軟磁材料二大類。通常將內(nèi)稟矯頑力大于0.8kA/m的材料稱為永磁材料，

將內(nèi)稟矯頑力小于0.8kA/m的材料稱為軟磁材料。什么叫NdFeB永磁體，它分幾大類Nd-Fe-B永磁體是1982年發(fā)現(xiàn)的迄今為止磁性能最強(qiáng)的永磁材料。其主要化學(xué)成分為Nd（釹）、Fe

（鐵）、B（硼），其主相晶胞在晶體學(xué)上為四方結(jié)構(gòu)，分子式為Nd2Fe14B（簡(jiǎn)稱2:14:1相）。除

主相Nd2Fe14B外，Nd-Fe-B永磁體中還含有少量的富Nd相、富B相等其它相。其中主相和富Nd

相是決定Nd-Fe-B磁體永磁特性的最重要的二個(gè)相。今天，Nd-Fe-B永磁體已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、醫(yī)

療器械、通訊器件、電子器件、磁力機(jī)械等領(lǐng)域。Nd-Fe-B磁體分為燒結(jié)和粘結(jié)二大類。通常的Nd-Fe-B燒結(jié)磁體是用粉末冶金方法制造的各向異性致密磁體；而通常的Nd-Fe-B粘結(jié)磁體是用激冷的方法獲得微晶粉末，每個(gè)粉末內(nèi)含有多個(gè)Nd-Fe-B微晶晶粒，再用聚合物或其它粘結(jié)劑將粉末粘結(jié)成大塊磁體，因而通常的Nd-Fe-B粘結(jié)磁體是非致密的各向同性磁體。因此，通常的Nd-Fe-B燒結(jié)磁體的磁性能遠(yuǎn)高于Nd-Fe-B粘結(jié)磁體，但Nd-Fe-B粘結(jié)

磁體有著許多Nd-Fe-B燒結(jié)磁體不可替代的優(yōu)點(diǎn)：可以用壓結(jié)、注射等成型方法制作尺寸小、形狀復(fù)雜、幾何精度高的永磁體，并容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)；另外，Nd-Fe-B粘結(jié)磁體還便于任意方向充磁，能方便制作多極乃至無數(shù)極的整體磁體，而這對(duì)于Nd-Fe-B燒結(jié)磁體來說通常很難實(shí)現(xiàn)；由于Nd-Fe-B粘結(jié)磁體中主相Nd2Fe14B呈微晶狀態(tài)，因此它還具有比燒結(jié)磁體耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。NdFeB燒結(jié)磁體的制作工藝是什么樣的流程在中國(guó)，通常的Nd-Fe-B燒結(jié)磁體制作工藝流程是：熔煉合金----制粉----取向壓型-----燒結(jié)-----回火-----磁性能檢測(cè)-----毛坯精整-----切割-----精磨-----半成

品檢驗(yàn)-----電鍍-----成品檢驗(yàn)-----包裝入庫(kù)。燒結(jié)NdFeB磁體的深加工工藝有何特點(diǎn)燒結(jié)Nd-Fe-B磁體的深加工工藝流程是：磁體毛坯----外輪廓精整----切割----精磨----倒角----電鍍----檢驗(yàn)、測(cè)試成品磁體的外輪廓精整一般用無心磨床(圓柱形磁體)或平面磨床(方形磁體)完成，使毛坯磁體具有規(guī)整的外輪廓度并達(dá)到規(guī)定的幾何尺寸；切割工序是用金剛石內(nèi)圓切片機(jī)或線切割機(jī)，將精整后的毛坯磁體切割成接近成品的形狀和尺寸；精磨工序是將切割好的磁體用平面磨床、雙面磨床或其它磨床將磁體的尺寸、形位公差加工到成品所規(guī)定的要求；倒角是電鍍前的預(yù)處理工序，為減緩在電鍍過程中磁體棱邊因電流密度相對(duì)集中而造成的鍍層厚度不均勻。由于通常的燒結(jié)Nd-Fe-B成品磁體尺寸小、形狀不一，因此采用自由滾磨光整工藝最為適合該產(chǎn)品的大批量倒角加工。自由滾磨光整技術(shù)有：振動(dòng)式滾磨光整、渦流式滾磨光整、離心式滾磨光整、主軸式滾磨光整等多種方法。其中，振動(dòng)式滾磨光整生產(chǎn)效率高、倒角速度快，已廣泛為燒結(jié)Nd-Fe-B磁體深加工廠家所采用；電鍍是為了在磁體表面形成對(duì)磁體的保護(hù)層，通常采用自由滾鍍工藝來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于尺寸較大的磁體，則采用掛鍍工藝。燒結(jié)Nd-Fe-B磁體的鍍層視磁體的使用環(huán)境和外觀要求分鍍Ni、鍍Zn、磷化、電泳、合金鍍、復(fù)合鍍等。燒結(jié)Nd-Fe-B磁體的表面保護(hù)層除電鍍外，還有物理氣相沉積(PVD)法，物理氣相沉積又分蒸發(fā)鍍、濺射鍍、離子鍍?nèi)悾尚纬葾l、Zn、Cr等鍍層；化學(xué)氣相沉積(CVD)則可形成Ti、Cr等的氮化物、碳化物鍍層。此外，燒結(jié)Nd-Fe-B磁體還可以用表面化學(xué)鈍化、化學(xué)鍍、熱浸漬、熱噴涂等方法獲得各種不同的表面保護(hù)層。檢驗(yàn)、測(cè)試工序是對(duì)磁體成品的尺寸和形位公差、外觀狀態(tài)、鍍層耐蝕性、磁性能等產(chǎn)品規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)燒結(jié)NdFeB磁體的機(jī)械性能有何特點(diǎn)燒結(jié)Nd-Fe-B磁體是一種典型的脆性材料。在磁體的加工、組裝、使用過程中，需注意防止磁體承受劇烈的沖擊、碰撞、和過大的張應(yīng)力，以免磁體開裂或崩邊掉角。

值得注意的是，由于充磁狀態(tài)的燒結(jié)Nd-Fe-B磁體磁力很強(qiáng)，在操作磁化狀態(tài)的磁體時(shí)，還需特別注意人身安全。對(duì)于尺寸較大的磁化狀態(tài)磁體的組裝，必須事先配備好相應(yīng)的組裝工具，防止因磁體的強(qiáng)吸合力扎傷手指。燒結(jié)Nd-Fe-B磁體的電鍍工藝有何特點(diǎn)燒結(jié)Nd-Fe-B磁體電鍍的基本工藝大致可分為如下三個(gè)階段：鍍前表面處理磁體鍍前要進(jìn)行除油、清洗、浸蝕（活化）、再清洗等表面處理，電鍍前磁體的表面要做到無油污、

無氧化皮及銹蝕物等，鍍前磁體的表面狀況直接影響產(chǎn)品的鍍層質(zhì)量。2,電鍍經(jīng)表面處理后的磁體進(jìn)行電鍍時(shí)，鍍層質(zhì)量的好壞主要取決于鍍液配方和操作條件等因素。因此，在電鍍操作過程中必須嚴(yán)格遵守工藝規(guī)范，控制好鍍液成分、添加劑配比、工作溫度、電流密度等參數(shù)，并根據(jù)鍍層厚度要求和沉積速度，控制好電鍍時(shí)間。3,鍍后處理鍍后處理也是電鍍中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。例如，磁體在電鍍后一般要進(jìn)行中和處理和清洗，有時(shí)還要進(jìn)

行光澤處理（出光）、鈍化、有機(jī)物涂覆等處理以滿足產(chǎn)品的特殊要求。什么叫磁力線，它有何特點(diǎn)

人們將磁力線定義為處處與磁感應(yīng)強(qiáng)度相切的線，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與磁力線方向相同，其大小

與磁力線的密度成正比。了解磁力線的基