《硅谷》杂志：钕铁硼烧结体磁法检测技术探析 |
| 2013-07-25 10:10 作者：黄伟荣 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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针对钕铁硼烧结体常见缺陷提出一种磁法检测技术。从机理上分析磁法检测适用于铁磁性材料检测的可行性，采用自主研发的磁法检测仪对钕铁硼烧结体缺陷进行检测，与超声特征扫描进行比较，并通过金相检查进行验证。试验结果表明，磁法检测对钕铁硼烧结体内部夹杂、表面开裂等具有较好的效果。
0引言
钕铁硼磁体是一种由主相Nd2Fe14B和少量富Nd相、少量富B相所组成的三元金属间化合物。化学成分为Nd36%、Fe63%、B约1%。由于烧结钕铁硼磁体的特性和性价比较传统永磁材料优异，已被广泛应用于计算机、电动机、风力发电机、电动汽车、仪器仪表、磁传动轴承、高保真扬声器、核共振成像仪和航天航空导航器等各行各业，在磁悬浮列车等新兴技术领域具有巨大的潜在应用前景。钕铁硼永磁体的内部夹杂和表面开裂、偏析、破损、掉边、掉角等缺陷将影响其磁性能、温度稳定性和耐蚀性，对于钕铁硼永磁体缺陷的检测国内外主要有人工目测检测、激光扫描表面缺陷检测法、激光超声表面检测法、涡流检测技术、漏磁检测技术及光电检测技术等。这些方法仅局限于表面缺陷检测，且存在检测效率低、易受人为干扰、易漏检且不适合工业推广等问题，而磁法检测表面和内部检测兼顾、信号强效果好、效率高、可实现自动化检测。
1磁法检测原理
当钕铁硼烧结体置于地磁场中，若材料的材质是均匀的，则磁感应线将被约束在材料中；但当材料中存在缺陷时，材料表面的缺陷或组织状变化会使磁导率发生变化，导致材料中缺陷处会发生磁异常。如图1所示，无缺陷处，磁力线B均匀分布；有缺陷处，磁力线B将发生改变。
图1试件被磁化图
材料本身的相对磁导率，缺陷处的相对磁导率。当时，缺陷对磁力线产生排斥作用，使得缺陷上下两端靠近试件边界处的磁力线密度变大，也就是试件表面的磁感应强度与无缺陷时相比变大，此时缺陷位置的磁感应强度产生一个向上突起的异常，如图2（a）所示；当时，缺陷对磁力线产生吸引作用，使得缺陷上下两端靠近试件边界处的磁力线密度变小，也就是试件表面的磁感应强度与无缺陷时相比变小，此时缺陷位置的磁感应强度产生一个向下突起的异常，如图2（b）所示。
图2缺陷处磁场异常变化
2实验仪器
本实验采用的检测设备为自主研发的磁法检测仪，如图3所示。磁法检测仪的主要组成部分为：一个高精度二分量磁通门传感器、数据采集处理电路、控制器、LCD显示器。
磁法检测仪采用数字的显示方式，直观地显示试件的磁感应强度的大小，分辨率为1nT。只有这样高分辨率的传感器才能分辨出材料对地磁场的衰减量。该仪器的高精度、高分辨率，有利于提取高质量的采样数据。
图3磁法检测仪
3实验论证和分析
3.1实验对象
本文选用真空烧结后钕铁硼试件为检测对象，试件参数为：长65mm，宽55mm，高22mm。在除地磁场外无任何外加磁场影响的实验室内对试件进行实验。实验采用自主研发的磁法检测仪。图4为实验检测示意图。
图4为实验检测示意图
3.2磁法检测及结果分析
对3个试件分别进行磁法检测，检测仪采集到的磁场信号如下图所示。试件1，磁法检测的z方向的磁场强度变化如图5所示，从图中可看出，检测结果近似为一条均匀的曲线，磁场没有发生任何向上或向下的异常，表明这块钕铁硼不存在缺陷。
图5试件1检测结果
试件2，从图6中可看出，磁信号在图中40mm位置处发生了异常，此时缺陷位置的磁场强度产生一个明显向下突起的异常。说明缺陷对磁力线产生吸引作用，使得缺陷上下两端靠近试件边界处的磁力线密度变小，也就是缺陷处试件表面的磁感应强度与无缺陷时相比变小。根据磁法检测原理，该缺陷相对磁导率大于试件本身的磁导率，判定为夹杂。
图6试件2检测结果
对于试件3，从图7可以看出，图中14mm位置处磁场发生了异常，且缺陷位置的磁场强度产生一个明显向上突起的异常。说明缺陷对磁力线产生排斥作用，使得缺陷上下两端靠近试件边界处的磁力线密度变大，也就是缺陷处试件表面的磁感应强度与无缺陷时相比变大。根据磁法检测原理可知，该缺陷相对磁导率小于试件本身的磁导率，且锋比较尖锐，初步判断此缺陷为裂纹。用目视检测方法，借助放大镜，在表面14mm处发现横向裂纹，为表面开裂。
图7试件3检测结果
3.3超声特征扫描
超声特征扫描（F扫）的是提取超声回波信号的特征，如回波波幅、回波深度等，根据缺陷回波与正常信号回波之间的差异，找到缺陷位置，进而进行定位、定量。对试件2采用F扫，选取5MHz水浸聚焦探头，焦距12mm，增益：+17dB，信号滤波：10MHz以下低通。实验结果如图8所示。
图8试件2超声特征扫描
根据扫查结果，用“深度成像法”，对扫查数据进行分析。从图中可以看出在水平为48.3mm的位置处，深度为14.9mm位置存在一反射回波，在以上扫查参数时波高为23%，深度为3.5mm的位置也存在一反射回波，波高为16%。同一深度上此位置的工件组织与其他位置有明显区别。根据分析，此可能为夹杂缺陷。
3.4金相验证
为了验证磁法检测的正确性，对试件1和试件2进行延横向剖开并查看其金相显微图。对钕铁硼进行金相样品的制备，步骤如下：取样、粗磨、细磨、抛光和腐蚀、金相显微镜观察。在400倍放大倍数下金相组织如下图所示。图9为试件1的金相显微图，图中金相组织较均匀，没有异常物存在；图10为试件2对应的金相显微图，在长度方向为40mm、深度方向为12mm处有异常，表现为长条形夹杂。
图9完好处微观形貌图图10异常处微观形貌图
4结论
本文根据磁法检测原理，提出了一种在地磁场激励下的钕铁硼烧结体的无损检测方法，通过实际检测、超声特征扫描及金相检查验证得出以下结论：
磁法检测技术能够检测出钕铁硼烧结体表面和内部缺陷，并对缺陷进行定性定位都具有良好的效果。
磁法检测与超声特征扫描相比较：磁法检测得到信噪比高，非专业人士都能判别出缺陷信号，而超声特征扫描要经过专业人士才能判别出缺陷回波；磁法检测效率高，对同样的试件磁法检测30秒，而超声特征扫描要10分钟，并且磁法检测可以实行自动化检测，更适合也大批量检测；但是磁法检测不能确定缺陷的深度，而超声特征扫描能够确定缺陷深度。
作者简介：
黄伟荣（1987-），男，汉族，江西赣州人，硕士研究生，南昌航空大学测试计量技术及仪器专业，研究方向：电磁无损检测技术。 |
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