烧结NdFeB永磁体表面改性及成型加工的基础研究

本项目提出利用超声电火花成型加工来探索一种能提高烧结NdFeB永磁体表面耐蚀性的表面改性新方法，此加工获得两种效果：对材料去除获得所要求的工件形状和精度；对工件进行表面改性，材料自身在火花放电作用下生成非晶态合金，从而提高加工表面的耐腐蚀性，工件成型后可不必再进行表面防护处理。本课题拟用超声振动复合电沉积技术研究复合电极材料，深入研究NdFeB材料的去除机理并模拟材料的去除过程，探索在加工表面生成非晶态合金从而提高表面耐蚀性的生成机理和生成条件，建立一套烧结NdFeB永磁体的表面防护新方法和理论。加工效率较单一电火花加工提高3-6倍，在相同工作环境下，工件经表面改性后耐腐蚀性得以提高，可不必进行表面防护处理就可直接应用。本项目用超声电火花对烧结NdFeB永磁体同时进行成型加工和表面改性,具有深远的理论意义和广泛的应用价值。

烧结NdFeB永磁体由于其优异的性能而获得广泛地应用，但由于其本身存在多相组织，各相间存在较大的化学电位差，容易腐蚀，在应用前需进行表面防护处理。另一方面烧结NdFeB永磁体的制造工艺决定了在制模和烧结过程中无法保证工件所要求的形状精度，烧结成型后要进行成型加工。NdFeB永磁体作为一种金属合金，既具有普通金属低熔点、高热传导率的特征，又具有类似陶瓷材料的硬度高、脆性大的特点。针对以上特点本课题采用超声电火花来实现对烧结NdFeB永磁体的成型加工和表面改性。一方面获得所需要的形状，另一方面提高表面耐蚀性。电火花加工中电极材料是影响加工效率和加工质量的一个重要因素，本研究首先将超声引入到电沉积中制备电火花加工用复合电极材料，将高熔点、高导电性及导热性的SiC颗粒均匀沉积在基体材料Cu中。在分析电沉积及超声作用机理的基础上，综合研究了电流密度、镀液温度、添加剂和超声功率对对SiC微粒与基体Cu共沉积的影响规律，确定了最佳工艺条件；综合考虑镀层的质量、性能以及组成成分等因素，确定了最优参数：微粒添加量35g/L，电流密度为4A/dm2，镀液温度为30℃，功率50W。以此为工艺条件成功制备了Cu基SiC复合电极材料。试验验证了超声辅助电沉积制备的Cu基SiC复合电极材料可取得较高的材料去除率和较低的相对电极损耗。以所制备的Cu/SiC复合材料作为电极对烧结NdFeB永磁体进行了超声电火花加工和表面改性研究。建立了电火花加工的传热学模型，并得到了烧结NdFeB永磁体电火花加工温度场分布云图；分析了烧结NdFeB永磁材料电火花加工去除机理为熔化与气化、热剥落、整体颗粒去除，在小脉冲能量下，主要是熔化和气化，不存在热剥落或整体颗粒去除；在大脉冲能量下，尤其是大峰值电流加工参数下，热剥落或整体颗粒去除明显。确定了电火花加工各主要工艺参数对加工效率和加工表面粗糙度的影响规律及其对强化层的影响规律。研究结果表明为提高强化效果，应选择小峰值电流、大脉宽和脉间隔的工艺参数。构建了电火花加工工艺效果优化与预测系统。