永磁材料（磁铁）知识扫盲 （特点、选用、加工）---讨论

天水蓝

永磁材料（磁铁）知识扫盲 （特点、选用、加工）

目前，常用的永磁材料有铁氧体，钕铁硼，钐钴，铝镍钴，橡胶磁等几种。这几种都是比较容易买到的产品，有通行的性能（不一定是ISO标准）可供选择。
以上每一种磁体，各有特性，应用的领域也各不相同，现做简单介绍。
铁氧体
铁氧体是一种非金属磁性材料，又称磁性陶瓷。我们拆开传统收音机，里面的那个喇叭磁铁，就是铁氧体的。
铁氧体的磁性能不高，目前磁能积（衡量磁铁性能高低的参数之一）只能做到4MGOe稍微高一些。这种材料有个最大的优点，就是价格低廉。目前，仍然广泛应用在很多领域。
铁氧体是陶瓷。因此，加工性能也与陶瓷类似。铁氧体磁铁，都是模具成形，烧结出来的。若需加工，也只有进行简单的磨削。
由于很难进行机械加工，因此铁氧体产品，大多形状简单，而且尺寸公差比较大。方块形状产品还好，可以进行磨削。圆环形的，一般只磨削两个平面。其他尺寸公差，都是按照名义尺寸的百分比给定的。
由于铁氧体已经拥有数十年的应用历史，因此，很多厂家会有现成的常规形状和尺寸的圆环，方块等产品可供选择。
由于铁氧体是陶瓷材质，因此基本不存在腐蚀问题。成品不需要进行电镀等表面处理或者涂装。

钐钴
钐钴磁铁，主要成分是 钐和钴。由于两种材料本身价格昂贵，因此，钐钴磁铁也是几种磁铁里面最贵的一种。
钐钴磁铁的磁能积，目前可以做到30MGOe， 甚至更高一些。另外，钐钴磁铁的矫顽力很高，耐高温，可应用于350摄氏度的高温，因此在很多应用场合无法替代。
钐钴磁铁，属于粉末冶金产品。一般厂家根据成品的尺寸和形状需要，烧结成方块毛坯，然后再使用金刚石刀片切割成成品尺寸。由于钐钴具有导电性，因此可以进行线切割加工。 理论上说，钐钴可以切成线切割能切成的形状，如果不考虑充磁和较大尺寸的问题。
钐钴磁铁，耐腐蚀性很好，一般不需要进行防腐电镀或涂装。
另外，钐钴磁铁质地很脆，因此加工小尺寸或者薄壁产品比较困难。

钕铁硼
钕铁硼是目前应用广泛，发展迅速的磁铁产品。
钕铁硼从发明到现在的广泛应用，也不过20多年的时间。由于其拥有的高磁性能和易加工性，价格不是很高，因此应用领域扩大迅速。目前，商品化的钕铁硼，磁能积可以达到50MGOe，是铁氧体的10倍。
钕铁硼也属于粉末冶金产品，加工方式与钐钴类似。
目前，钕铁硼的最高工作温度在180摄氏度左右。如果是恶劣环境应用，一般推荐不超过140摄氏度。
钕铁硼非常容易被腐蚀。因此，成品大多要进行电镀或者涂装。常规采用的表面处理包括： 镀镍(镍铜镍）， 镀锌，镀铝，电泳等。 如果工作在密闭环境里，也可以采用磷化的方式。
由于钕铁硼的高磁性能，在很多场合，被用来替代其他磁性材料，用以减小产品体积。假如用铁氧体磁铁，现在的手机尺寸，恐怕要不会小于半块砖头。

以上两种磁铁，都拥有比较好的加工性能。因此，产品的尺寸公差要大大优于铁氧体。一般产品，尺寸公差可以做到（+/-)0.05mm。
铝镍钴
铝镍钴磁铁，有铸造和烧结两种工艺。国内做铸造的比较多。铝镍钴的磁能积可达9MGOe，并有个最大的特点，就是耐高温，工作温度可达到550摄氏度。但是，铝镍钴在反向磁场下，非常容易退磁。如果你把两个铝镍钴的相同极向（两个N或者两个S)用力顶在一起，其中一个磁铁的磁场就会被退掉或反转。因此不适于工作在反向磁场下（如电机）。
旅镍钴硬度很高，虽然也能进行磨削和线切割，但是成本较高。一般供货的成品，有磨削好的或者不磨削两种。
旅镍钴在传感器领域的应用比较广。

关于磁铁应用的一般问题：
1，如果你需要最高性能的磁铁，当然非钕铁硼莫属。
不过，磁性材料的应用，还有很多综合因素需要考虑。因此，不是简单的选一个最高性能就万事大吉了，建议把你的应用状况提供给厂家，让厂家提供合理建议（不过国内对于磁铁应用方面研究甚少，很多厂家不能给客户一个合理建议，这一点，比欧美落后很多，限制了磁性材料应用领域产品的发展）

2，磁铁的工作温度。
不同种类的磁铁，工作温度差别很大。相同材料，不同性能的也不一样。具体可以查询厂家网站上提供的资料。

3，磁铁的固定方式。
一般采用粘接的方式。现在，粘接剂的性能非常好，工艺合理的话，基本不用担心磁体脱落的问题。
焊接是不可以的。至少我还没见到成功的先例。
某些磁铁，可以打孔等，因此可以采用机械方式固定，如钕铁硼。

4，磁铁的强度硬度
多数磁铁都比较脆硬，容易损坏。因此，使用时，建议进行适当保护。

5，磁铁的加工性能
磁铁硬度高，很难进行冷切削加工。常见的加工方法有 金刚石刀片切割，线切割，磨削等。

6，使用永磁材料的优点是什么
很多场合的电磁应用，都可以使用永磁替代。有点如：无电能消耗，不发热（这个非常重要），不用担心断电等。如，电磁吸盘有个很大的问题，就是断电保护。所以电磁起重一般都需要不间断电源，导致成本增加。使用永磁吸盘，没有这个后顾之忧。

7，磁铁的寿命
磁铁的寿命到底有多长？主要有两个因素：腐蚀和退磁。
易腐蚀的磁铁，电镀或者材料本身不好的话，可能用不了一年就粉化掉了，如钕铁硼。粉末冶金产品内部，与铸造产品不同，内部是松散结合的。磁铁内部有高内应力。因此微观颗粒总是趋向去散开的。氧化作用下，可能不久就变成粉末了。
另外一点就是退磁。退了磁的磁体，特别是高温退磁的，内部发生相变，即使再进行充磁，也恢复不到原有性能了。

7,磁铁都能做成什么？
其实，应用确实很广的：
永磁电机，磁力起重器，磁力吸盘，磁性传动器（同步传动，磁滞传动，涡流传动），磁力弹簧（相吸的时候，曲线与拉簧形状相反），安全传感器，传感器，除铁器，选矿机，日常用品，玩具，工具等。

本人对于磁性材料只是外行，不过在这个行业的边缘工作了几年。希望以上内容对大家有所帮助。更具体更确切的知识，可以上网搜索。

相关问题若有疑问，欢迎质询，大家共同探讨。

easylife

"1，如果你需要最高性能的磁铁，当然非钕铁硼莫属。"
这种材料似乎近年来价格飞涨(3倍),导致我们在设计产品时得考虑减少一般的用量,愁喔

对磁铁的加工成型比较感兴趣,楼主能详细介绍下么?
如钕铁硼类磁铁,是通过磁粉烧结还是对大块坯料进行加工?

害怕伏枥

受教了。
谢谢天水蓝。

古城浪子

谢谢楼主,学习学习

天水蓝

原帖由 easylife 于 2008-12-15 00:13 发表
"1，如果你需要最高性能的磁铁，当然非钕铁硼莫属。"
这种材料似乎近年来价格飞涨(3倍),导致我们在设计产品时得考虑减少一般的用量,愁喔

对磁铁的加工成型比较感兴趣,楼主能详细介绍下么?
如钕铁硼类磁铁,是 ...

钕铁硼价格飞涨，是05-07年的事情，现在的价格已经平稳，恢复到06年年初的水平。涨价的原因这里就不讲了。

钕铁硼的生产工艺，通俗的讲，是这样的： 把材料混合熔炼，然后把炼好的金属块破碎成小颗粒。把小颗粒放到模具里压制成型。然后烧结。烧结出来的，就是毛坯。
形状，一般都是方块的，或者圆柱的。以方块为例，尺寸一般集中在 长宽2英寸，厚度1-1.5英寸左右。厚度，就是充磁方向（高性能磁体都是有取向的，因此有充磁方向）

然后，根据实际需要，把毛坯切割成需要的尺寸和形状。
切好的磁铁，倒角，清洗后，电镀，充磁，就可以了。

取向： 钕铁硼是有取向的磁铁。简单的说，实际的效果就是，一块方形的磁铁，只有取向的方向磁场强度最大，另外两个方向，磁场强度要小很多。
当你把几块磁铁吸在一起的时候，有取向的磁铁，只能吸在一个方向，不能任意吸在一起。
这个取向的工作，是在压制毛坯的时候进行的。 这个原因，也限制了磁铁毛坯尺寸的大小，特别是充磁方向(一般都是工作方向，即NS极的方向)的高度。
目前，比较合理的充磁方向高度尺寸，一般不大于35mm。高性能的，一般不大于30mm。

如此，你如果需要一个充磁方向很大尺寸的磁铁怎么办呢？可以把几块磁铁叠加起来，这个效果，类似于电场里面的串联。
当然，这种方式在实际的使用中意义不大，使用的很少。

在哪里可以买到钕铁硼呢？
其实很容易，上网搜到钕铁硼厂家，小一些的那种，然后说你要做一个什么产品，数量是几千个或者几万个1个月，买几个样品测试一下性能。
如果你话说得比较到位，产品又比较普通，基本上可以拿到免费的样品。或者花钱，也不贵。
大的厂家，就不要找了，人家基本不搭理你。

钕铁硼价格：
这个比较复杂，钕铁硼性能范围比较宽，具体要求不同，价格差异也很大。以简单的方块产品为例，目前的批量价格，应该在每公斤150-400块钱。

钕铁硼的加工：
基本上有两种：切片机切或者线切割切。
切片机，是一把厚度0.3mm左右的金刚石内孔切刀片，按要求把磁铁切割成需要的尺寸。但是这个方法，只适合于简单的方块形状和 圆柱形状。
由于是内孔切割，因此磁铁的尺寸不能太大，否则无法放到刀片里面去。

另外一个方法是线切割。一般用来切割瓦片，和大尺寸的产品。

打孔： 小孔，一般是用振动金刚石砂轮钻头钻出来的。大孔，采用套孔的方式，这样可以节省材料费。

钕铁硼产品的尺寸精度，比较经济的，是在（+/-）0.05mm左右。 其实，现有的加工手段，完全可以达到（+/-）0.01的精度。
但是，由于钕铁硼一般都是需要进行电镀涂装的，电镀前需要进行清洗。这个材料的耐腐蚀性非常差，酸洗的过程，就会把尺寸精度清洗掉。
因此，真正电镀好的产品，精度就达不到单纯切割加工和磨削加工时的水平了。

[ 本帖最后由 天水蓝 于 2008-12-15 09:43 编辑 ]

easylife

原帖由 天水蓝 于 2008-12-15 09:28 发表


钕铁硼价格飞涨，是05-07年的事情，现在的价格已经平稳，恢复到06年年初的水平。涨价的原因这里就不讲了。

钕铁硼的生产工艺，通俗的讲，是这样的： 把材料混合熔炼，然后把炼好的金属块破碎成小颗粒。把小颗 ...

谢谢版主的精彩解答。
如下图，有一材料为钕铁硼（Nd_Fe_B)的磁铁，外形尺寸15*15mm左右，侧面边缘轮廓度0.3，厚度1.35+/-0.04mm，底面平面度0.04，顶面相对于底面平行度0.04。镀层为最小厚度10微米的镍层。这样的要求工艺上应该不难实现，对么？

如您所述，加工工艺路线大致是：烧结毛坯--线切割精加工--清洗--电镀？

[ 本帖最后由 easylife 于 2008-12-15 10:15 编辑 ]

天水蓝

原帖由 easylife 于 2008-12-15 10:13 发表


谢谢版主的精彩解答。
如下图，有一材料为钕铁硼（Nd_Fe_B)的磁铁，外形尺寸15*15mm左右，侧面边缘轮廓度0.3，厚度1.35+/-0.04mm，底面平面度0.04，顶面相对于底面平行度0.04。镀层为最小厚度10微米的镍层。这样 ...

个人感觉，虽然属于异形产品，但是加工难度不大。

做钕铁硼的厂家，实话说，普遍档次不高。不能拿我们机械行业来衡量他们。
所以，经常是这些厂家习惯于普通的产品，对于稍有变化的东西，害怕出问题。

这个产品，找个厂家做，应该不会遇到什么难题。

easylife

原帖由 天水蓝 于 2008-12-15 10:26 发表



个人感觉，虽然属于异形产品，但是加工难度不大。

做钕铁硼的厂家，实话说，普遍档次不高。不能拿我们机械行业来衡量他们。
所以，经常是这些厂家习惯于普通的产品，对于稍有变化的东西，害怕出问题。

...

谢谢版主。
另外请教一些关于充磁的问题：
如下图，有一钕铁硼磁铁，有4个磁极，如图所示。三个关于充磁的问题：
1.图中"direction of magnetization"(充磁方向)?
是在充磁工艺中指代什么？
2.图中"Transition zone"(转换区)应该是由于充磁工艺的原因而存在的,而不是来自于零件功能的需要,对么?
3.磁极如图所示,这种磁极布置方式是否对于常用充磁工艺来说较难实现?
Thanks,

[ 本帖最后由 easylife 于 2008-12-15 11:07 编辑 ]

小铁块

谢谢，楼主学习了。

天思

直径28mm，厚度为12的强磁铁能吸重5KG以上的属于哪类磁铁？价位在多少？