鍶鐵氧體預燒料不同研磨介質的球磨試驗

馬 寶 李勁松 陳 軍 楊 沖

(中鋼集團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，被廣泛用于磁選設備、汽車電機、家用電器、變頻電機、計量儀表等行業中。目前，國產永磁鐵氧體主要采用濕法球磨工藝制備預燒料料漿[1]。球磨工藝使用的研磨介質主要有兩種：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，引入新型研磨介質氧化鋁陶瓷球，并與傳統球磨介質進行對比，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]。氧化鋁陶瓷球為白色球狀，因具有高強度、高硬度、高耐磨性、密度大、耐高溫、耐腐蝕、無污染等優異特性而被廣泛應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、罐形磨機、振動磨機等細粉碎設備常用的研磨體[3]，粉碎研磨效率和耐磨損程度要明顯優于普通球石或天然鵝卵石[4-5]。

2 試驗方法

2.1 試驗材料

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 試驗儀器

自制小型球磨機，YND05-125磁性材料濕壓成型油壓機，馬弗爐，Fritsch-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 試驗步驟

將國內某永磁鍶鐵氧體預燒料廠家生產的5系列一次預燒料500 g，CaCO3、SrCO3、H3BO3、SiO2、Al2O3分別按1%、0.2%、0.2%、0.2%、0.2%質量比各稱取3份，其中CaCO3作為溶劑，可以提高鐵氧體密度，增加剩磁(Br)；SrCO3可以改善晶粒結構，提高剩磁(Br)；H3BO3可以調節料漿pH值，控制晶粒生長，提高內稟矯頑力(HCJ)，但剩磁(Br)會略微下降，SiO2和Al2O3均可以提高內稟矯頑力(HCJ)，降低剩磁(Br)和磁能積((BH)max)?；旌暇鶆蚝笸度胱灾魄蚰C3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的球磨料漿，依次編號?？刂蒲心r間分別為12,14，16 h，重復上述試驗共制得料漿樣品9份。各組料漿樣品進行粒度分布檢測和SEM分析，并用YND05-125磁性材料濕壓成型油壓機壓制成樣塊，經馬弗爐燒結后用ATM-4型磁性能測試儀進行磁性能檢測。

3 試驗結果與討論

3.1 介質填充率

固定研磨介質填充率為75%，自制的小球磨機通常使用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試驗步驟，檢測不同研磨介質和研磨時間下球磨料漿粒度，結果見表1。

表1 不同研磨介質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系列預燒料被研磨的越徹底，料漿平均粒度越來越??；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，料漿平均粒度較??；以氧化鋁陶瓷球為研磨介質，料漿平均粒度明顯較粗。原因是球磨機主要靠研磨介質對物料產生的沖擊、沖壓作用將物料粉碎，使用氧化鋁陶瓷球后，盡管研磨介質填充率不變，但氧化鋁陶瓷球密度小于鋼球，在球磨機內對物料的沖擊和沖壓作用小，導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的不同研磨介質的球磨料漿樣品為例，使用干濕法激光粒度分析儀進行粒度分布測試，分析結果分別見圖2～圖4。

圖2 氧化鋁陶瓷球為研磨介質時料漿粒度分布

圖3 鑄造合金球為研磨介質時料漿粒度分布

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粒級產率較高，導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時，料漿粒度分布則較為集中。

圖4 軸承鋼球為研磨介質時料漿粒度分布

3.4 掃描電鏡分析

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

圖5 氧化鋁陶瓷球為研磨介質時料漿SEM分析結果

圖6 鑄造合金鋼球為研磨介質時料漿SEM分析結果

圖7 軸承鋼球為研磨介質時料漿SEM分析結果

從圖5～7可知，氧化鋁陶瓷球作為研磨介質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的不同研磨介質的球磨料漿樣品，用ATM-4型磁性能測試儀測試磁性能，結果見表2。

由表2可知，氧化鋁陶瓷球為研磨介質時的球磨料漿剩磁最低，磁性能最差，軸承鋼球為研磨介質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，料漿在磁場力的作用下，顆粒轉向更容易，磁疇排列更為整齊，取向度更高，料漿磁性能更好。

表2 不同研磨介質的球磨料漿磁性能

4 結 論

(1)采用球磨工藝研磨永磁鍶鐵氧體預燒料，相比鑄造合金鋼球和軸承鋼球作為研磨介質，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填充率下，氧化鋁陶瓷球密度較小，在球磨機內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，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備的總體重量，節省能耗，降低研磨介質等成本。