新能源汽車用燒結(jié)釹鐵硼計(jì)量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化路徑及關(guān)鍵技術(shù)研究

施江煥 高偉波 李明成 王順杰 謝志斌

摘 要：通過對(duì)新能源汽車用燒結(jié)釹鐵硼計(jì)量測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵參數(shù)梳理和分析，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量規(guī)范，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試及加工生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，為燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供全面的基礎(chǔ)支撐。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)釹鐵硼，計(jì)量測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.03.014

1 引 言

隨著國(guó)家“碳達(dá)峰”“碳中和”理念的推廣，新能源汽車進(jìn)入爆發(fā)式增長(zhǎng)階段，而燒結(jié)釹鐵硼是新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)中的關(guān)鍵功能材料，磁體的可靠性直接影響到電機(jī)的可靠性，進(jìn)而影響新能源汽車的安全使用與推廣。

燒結(jié)釹鐵硼永磁材料在實(shí)際應(yīng)用中主要起到能量（信息）的相互轉(zhuǎn)換、處理、存取等功能，這些應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性涉及到產(chǎn)品的安全性、效率與壽命。因此，燒結(jié)釹鐵硼材料生產(chǎn)過程的計(jì)量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范十分重要，其一方面可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量合格、穩(wěn)定，另一方面計(jì)量測(cè)試水平的高低也與生產(chǎn)廠的成品率、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品迭代速度直接相關(guān)。

2 燒結(jié)釹鐵硼計(jì)量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化路徑

2.1 燒結(jié)釹鐵硼計(jì)量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化路徑

（1）對(duì)燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行梳理與分析，將影響材料性能的關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)量，從微觀結(jié)構(gòu)、成分、溫度等方面進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試與計(jì)量研究，制定計(jì)量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（2）從物理學(xué)基本原理出發(fā)，對(duì)磁性能基本參數(shù)進(jìn)行溯源，開展磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁通量、磁偶極矩等關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)量與校準(zhǔn)，研制“標(biāo)準(zhǔn)樣品”，設(shè)計(jì)磁性現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量測(cè)試與溯源方案，將長(zhǎng)度溯源到國(guó)家基準(zhǔn)“頻率”。

（3）針對(duì)新能源汽車對(duì)燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)品可靠性的嚴(yán)苛要求，設(shè)計(jì)全面的計(jì)量測(cè)試方案，開展極端氣溫下磁性能的計(jì)量測(cè)試，進(jìn)行燒結(jié)釹鐵硼服役性試驗(yàn)，形成燒結(jié)釹鐵硼溫度測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 磁性能關(guān)鍵參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量與溯源標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)路線圖（如圖1所示）

3 燒結(jié)釹鐵硼計(jì)量測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)

3.1 研制高溫真空爐的校準(zhǔn)系統(tǒng)，規(guī)范燒結(jié)釹鐵硼燒結(jié)爐的計(jì)量精度

通過對(duì)爐溫的計(jì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)釹鐵硼燒結(jié)工藝的調(diào)控。另外，真空燒結(jié)爐也是目前研究釹鐵硼前沿工藝——重稀土擴(kuò)散（GBD）技術(shù)的必備設(shè)備，爐溫相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確與否直接影響到擴(kuò)散工藝的效果優(yōu)劣。圖2為真空燒結(jié)爐校準(zhǔn)裝置實(shí)物圖，圖3為燒結(jié)毛坯材料時(shí)的溫度測(cè)量結(jié)果，顯然不同位置的溫度參差不齊，會(huì)影響到燒結(jié)釹鐵硼的質(zhì)量。

3.2 研制永磁磁性能現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)量子精度的磁場(chǎng)校準(zhǔn)

通過對(duì)JH線圈的校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁極化強(qiáng)度的計(jì)量溯源，對(duì)電磁鐵進(jìn)行磁場(chǎng)分布的測(cè)試，保證產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。利用核磁共振磁強(qiáng)計(jì)校準(zhǔn)電磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度，如圖4所示為核磁共振PT2026在500mT附近測(cè)試的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)波動(dòng)小于0.01%。圖5為研制的高穩(wěn)定性JH線圈校準(zhǔn)裝置，可以對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁極化強(qiáng)度進(jìn)行原位校準(zhǔn)。研制的磁矩標(biāo)準(zhǔn)樣品，實(shí)現(xiàn)磁性能快速有效地量值傳遞與溯源。研制的在線磁通量檢測(cè)裝備，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)磁性能在線快速檢測(cè)與篩選。

3.3 研制極端氣溫下磁性能測(cè)試裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)燒結(jié)釹鐵硼磁鋼的精準(zhǔn)測(cè)試

研制極端氣溫下磁性能測(cè)試裝置，利用該裝置不僅可以得到不同溫度下的磁性能，也可以研究高溫下磁通隨時(shí)間的變化過程。圖6為極端氣溫磁性能測(cè)試裝置實(shí)物圖，圖7為自主開發(fā)的軟件測(cè)試界面，測(cè)量結(jié)果表明，該裝置測(cè)量重復(fù)性優(yōu)于0.1%。

3.4 模擬新能源汽車電機(jī)使用環(huán)境，明晰高溫油液（油氣）對(duì)燒結(jié)釹鐵硼鍍層和基體的影響

通過長(zhǎng)時(shí)間的高低溫循環(huán)耐油實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步研究了鍍層對(duì)燒結(jié)釹鐵硼機(jī)體的保護(hù)能力。試驗(yàn)過程為：155℃高溫下曝露10小時(shí)，然后以2℃/min的速度降到-40℃，在低溫下曝露8小時(shí)，再回到高溫，經(jīng)過40 0余小時(shí)的耐油實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證不同批次燒結(jié)釹鐵硼鍍層的優(yōu)劣以及磁性能的損失。圖8為耐油試驗(yàn)相

4 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)新能源汽車用燒結(jié)釹鐵硼計(jì)量測(cè)試進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)研究，通過研發(fā)自動(dòng)化磁通測(cè)試和極端氣溫磁性能測(cè)試設(shè)備，建立關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化校準(zhǔn)系統(tǒng)，制定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了對(duì)燒結(jié)釹鐵硼全產(chǎn)業(yè)鏈過程進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)計(jì)量測(cè)試。另外，新能源汽車用燒結(jié)釹鐵硼計(jì)量測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化路徑研究，可以對(duì)燒結(jié)釹鐵硼的在線測(cè)試與生產(chǎn)提供直接幫助，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試及加工生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，極大地方便了新能源汽車用燒結(jié)釹鐵硼生產(chǎn)、銷售、研發(fā)、應(yīng)用，為燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供全面的基礎(chǔ)支撐。

參考文獻(xiàn)

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