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(中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司)

永磁鐵氧體是一種普遍使用的磁性功能材料，被廣泛用于磁選設(shè)備、汽車電機(jī)、家用電器、變頻電機(jī)、計量儀表等行業(yè)中。目前，國產(chǎn)永磁鐵氧體主要采用濕法球磨工藝制備預(yù)燒料料漿[1]。球磨工藝使用的研磨介質(zhì)主要有兩種：一是含鉻量高的鑄造合金球；二是軸承鋼球，兩種鋼球各有利弊。為改善球磨效果，引入新型研磨介質(zhì)氧化鋁陶瓷球，并與傳統(tǒng)球磨介質(zhì)進(jìn)行對比，比較球磨后料漿粒度和磁性能差異。

1 氧化鋁陶瓷球

氧化鋁陶瓷球(圖1)由于其氧化鋁含量較高而又被稱為高鋁球[2]。氧化鋁陶瓷球?yàn)榘咨驙?，因具有高?qiáng)度、高硬度、高耐磨性、密度大、耐高溫、耐腐蝕、無污染等優(yōu)異特性而被廣泛應(yīng)用于不同類型的陶瓷、瓷釉、玻璃等厚硬材料精加工和深加工，是球磨機(jī)、罐形磨機(jī)、振動磨機(jī)等細(xì)粉碎設(shè)備常用的研磨體[3]，粉碎研磨效率和耐磨損程度要明顯優(yōu)于普通球石或天然鵝卵石[4-5]。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)材料

氧化鋁陶瓷球：直徑5 mm，密度3.75 g/cm3，氧化鋁含量92%以上，鐵含量低，磨耗僅萬分之一，莫氏硬度9，吸水率不大于0.01。

鑄造合金鋼球、軸承鋼球、5系列原料，CaCO3，SrCO3，H3BO3，SiO2，Al2O3。

圖1 氧化鋁陶瓷球

2.2 試驗(yàn)儀器

自制小型球磨機(jī)，YND05-125磁性材料濕壓成型油壓機(jī)，馬弗爐，F(xiàn)ritsch-nano tec2干濕法激光粒度分析儀，S-4800型掃描式電子顯微鏡，ATM-4型磁性能測試儀。

2.3 試驗(yàn)步驟

將國內(nèi)某永磁鍶鐵氧體預(yù)燒料廠家生產(chǎn)的5系列一次預(yù)燒料500 g，CaCO3、SrCO3、H3BO3、SiO2、Al2O3分別按1%、0.2%、0.2%、0.2%、0.2%質(zhì)量比各稱取3份，其中CaCO3作為溶劑，可以提高鐵氧體密度，增加剩磁(Br)；SrCO3可以改善晶粒結(jié)構(gòu)，提高剩磁(Br)；H3BO3可以調(diào)節(jié)料漿pH值，控制晶粒生長，提高內(nèi)稟矯頑力(HCJ)，但剩磁(Br)會略微下降，SiO2和Al2O3均可以提高內(nèi)稟矯頑力(HCJ)，降低剩磁(Br)和磁能積((BH)max)。混合均勻后投入自制球磨機(jī)3個球磨罐中(編號1#、2#、3#)，分別加入1.5 kg的水，再依次稱取5 kg氧化鋁陶瓷球、7.5 kg鑄造合金鋼球、7.5 kg軸承鋼球加入1#～3#球磨罐中，研磨后，清理出料漿，即得到不同球磨介質(zhì)的球磨料漿，依次編號?？刂蒲心r間分別為12,14，16 h，重復(fù)上述試驗(yàn)共制得料漿樣品9份。各組料漿樣品進(jìn)行粒度分布檢測和SEM分析，并用YND05-125磁性材料濕壓成型油壓機(jī)壓制成樣塊，經(jīng)馬弗爐燒結(jié)后用ATM-4型磁性能測試儀進(jìn)行磁性能檢測。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 介質(zhì)填充率

固定研磨介質(zhì)填充率為75%，自制的小球磨機(jī)通常使用7.5 kg鋼球，改用氧化鋁陶瓷球后，由于氧化鋁陶瓷球的密度小于鋼球，保持填充率不變，只需使用5 kg。

3.2 料漿平均粒度

按2.3試驗(yàn)步驟，檢測不同研磨介質(zhì)和研磨時間下球磨料漿粒度，結(jié)果見表1。

表1 不同研磨介質(zhì)和研磨時間的料漿粒度

由表1可知，隨著球磨時間的延長，5系列預(yù)燒料被研磨的越徹底，料漿平均粒度越來越小；在相同的研磨時間下，以鑄造合金鋼球和軸承鋼球作為研磨介質(zhì)，料漿平均粒度較小；以氧化鋁陶瓷球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)，料漿平均粒度明顯較粗。原因是球磨機(jī)主要靠研磨介質(zhì)對物料產(chǎn)生的沖擊、沖壓作用將物料粉碎，使用氧化鋁陶瓷球后，盡管研磨介質(zhì)填充率不變，但氧化鋁陶瓷球密度小于鋼球，在球磨機(jī)內(nèi)對物料的沖擊和沖壓作用小，導(dǎo)致球磨料漿平均粒度較粗。

3.3 料漿粒度分布

以研磨時間12 h的不同研磨介質(zhì)的球磨料漿樣品為例，使用干濕法激光粒度分析儀進(jìn)行粒度分布測試，分析結(jié)果分別見圖2～圖4。

圖2 氧化鋁陶瓷球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)時料漿粒度分布

圖3 鑄造合金球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)時料漿粒度分布

由圖2、圖3、圖4可知，氧化鋁陶瓷球作為研磨介質(zhì)時，球磨料漿粒度分布范圍較廣，雖然粒度集中在-1 μm粒級，但1～4 μm粒級產(chǎn)率較高，導(dǎo)致料漿平均粒度較大；鑄造合金鋼球和軸承鋼球作為研磨介質(zhì)時，料漿粒度分布則較為集中。

圖4 軸承鋼球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)時料漿粒度分布

3.4 掃描電鏡分析

以選取生產(chǎn)中最常用的研磨時間12 h不同研磨介質(zhì)的球磨料漿樣品為例，使用掃描式電子顯微鏡進(jìn)行粒度形狀分析，結(jié)果見圖5～圖7。

圖5 氧化鋁陶瓷球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)時料漿SEM分析結(jié)果

圖6 鑄造合金鋼球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)時料漿SEM分析結(jié)果

圖7 軸承鋼球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)時料漿SEM分析結(jié)果

從圖5～7可知，氧化鋁陶瓷球作為研磨介質(zhì)時的球磨料漿顆粒較大，且顆粒粒度大小不一，大顆粒較多，粒度均勻性較差；鑄造合金鋼球作為研磨介質(zhì)時，球磨料漿粒度有所降低，偶見粒徑較大顆粒，粒度均勻性明顯提高；軸承鋼球作為研磨介質(zhì)時，球磨料漿顆粒粒徑最小，幾乎未見較大顆粒，粒度均勻性最高。說明在相同條件下，軸承鋼球研磨效果最好，鑄造合金鋼球次之，氧化鋁陶瓷球最差。

3.5 磁性能分析

選取研磨時間12 h的不同研磨介質(zhì)的球磨料漿樣品，用ATM-4型磁性能測試儀測試磁性能，結(jié)果見表2。

由表2可知，氧化鋁陶瓷球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)時的球磨料漿剩磁最低，磁性能最差，軸承鋼球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)時的球磨料漿剩磁最高，磁性能最好?？傮w上，磁性能與料漿顆粒粒度保持一致，即料漿粒度越小、磁性能越高。說明粒度越細(xì)，料漿在磁場力的作用下，顆粒轉(zhuǎn)向更容易，磁疇排列更為整齊，取向度更高，料漿磁性能更好。

表2 不同研磨介質(zhì)的球磨料漿磁性能

4 結(jié) 論

(1)采用球磨工藝研磨永磁鍶鐵氧體預(yù)燒料，相比鑄造合金鋼球和軸承鋼球作為研磨介質(zhì)，氧化鋁陶瓷球的球磨料漿顆粒平均粒度較粗，球磨料漿粒度分布范圍較廣，且大顆粒較多，顆粒粒度均勻性較差。原因在相同的研磨介質(zhì)填充率下，氧化鋁陶瓷球密度較小，在球磨機(jī)內(nèi)對物料的沖擊和沖壓作用小。

(2)在相同條件下，軸承鋼球的研磨最徹底，料漿粒度更細(xì)，磁性能更高。

(3)在研磨要求不高時，使用氧化鋁陶瓷球可以減輕研磨物料和設(shè)備的總體重量，節(jié)省能耗，降低研磨介質(zhì)等成本。