提高烧结钕铁硼(NdFeB)的矫顽力的措施.docx

3 提高烧结钕铁（NdFeB）的矫顽力的措施3.1从主配方方面提高钕铁硼（NdFeB）的矫顽力NdFeB 系永磁合金的相结构和磁结构决定了它的矫顽力大量实践证明， NdFeB系永磁合金的显微组织主要由三个相（Nd2Fe]4B相，富B相，富Nd相） 组成⑴ 基体相 Nd2Fe14B 的晶粒呈多边形，具有四方结构，是唯一的永磁性相 它的体积百分比决定了 NdFeB合金的磁性能其体积百分数可由Nd2Fe14B化合 物的磁极化强度 Js 与合金的磁极化强度的比值来估算已知 Nd2Fe14B 的Js=1.61T，若合金的Js=%Ms=1.45T，则Nd2Fe]4B的体积百分数约为90%，大 部分 Nd2Fe14B 晶粒的晶体结构相当完整，很难观察到晶体缺陷与第二相沉淀， 仅有极少数的Nd2Fe14B晶粒内部观察到a -Fe或Nd2O3或富Nd相沉淀⑵ 富 B 相以孤立块状或颗粒状存在，它是硼化物 Nd1+0.1Fe4B4， 大部分富 B 相呈多边形存在于晶界交界处或 Nd2Fe14B 晶界上，常常是不同变态的亚稳定 相，居里温度Qf=13K（误）在NdFeB合金中，富B相的数量界于0〜8%之间， 希望它的体积百分数越小越好。

对于 Nd15Fe77B8 合金，其富 B 相的体积百分数 可用VB=0.182〜0.134Va来估算，VB是Nd2Fe14B相的体积百分数⑶ 富Nd相沿晶界或晶界交界处分布，呈约200A （埃）厚的薄层状和少 量块状把基相晶粒包围住，极少数成颗粒状弥散分布在基相晶粒内部沿晶界分 布的薄层状富Nd相，对NdFeB合金的磁硬化起重要作用大量实验分析表明， 富Nd相的成分很不均匀，可能存在Nd2FeB3富Nd相、共晶富Nd相以及其它 尚不知道化学成分和晶体结构的富 Nd 相富 Nd 相极易氧化，氧对这些富 Nd 相的存在起重要作用富 Nd 相在 NdFeB 合金中的作用是：能助熔促进烧结， 使磁体致密化，合金 Br 提高；二是富 Nd 相沿晶界分布，起到交换作用，分割 隔离铁磁性相，有利于矫顽力的提高；三是易氧化，抗腐蚀性能差，对磁稳定性 很不利Nd15Fe77B8合金中富Nd相的体积百分数可用VNd=0.818〜0.866VA式来 估算根据以上综述在配方中适当的多增加Nd、B的含量可以有效的提高烧结钕 铁硼的矫顽力富Nd相沿晶界分布，起交换作用，分割隔离铁磁性相，有利于 矫顽力的提高；当B含量在6〜7at%时，合金的Br、HCJ达到最佳值。

3.2从添加剂方面提高钕铁硼（NdFeB）的矫顽力为了进一步提高烧结钕铁硼（NdFeB）的磁性能，可以在NdFeB三元系中 添加元素，从而形成与系列三元以上的（NdR） — （FeM]M2）—B系永磁材料 添加元素可以分为两种：取代元素和掺杂元素这些元素可分为三类：第一类是 低熔点金属（Al、Cu、Ga、Sn），它们形成晶间副相，从而改进湿润性和抗蚀性； 第二类元素是难熔金属（Nb、V、Ti、Mo）它们在主相中形成脱溶物（大多数 为硼化物），并产生畴壁钉轧；第三类元素是代换Nd2Fe14B中的Nd或Fe的， 以改善内禀磁性（Tc、Js、HA）之一最重要的第三类元素是其它稀土金属和 Co第一类元素仅在晶界起有用的作用，但它们也能代换Nd2Fe]4B相（简称申 相）中相当多的一部分Fe原子这将破坏申相中的内禀特性，因此，必须设法 避免为了增大申相的各向异性，常添加第三类元素中的重稀土元素（如Tb、 Dy）重稀土元素的磁矩与Fe的磁矩是反铁磁偶合的，因此，用重稀土元素代 换Nd会降低磁体的饱和磁极化强度然而，与磁极化强度成反比的各向异性场 则增大反向畴的成核在退磁场大和各向异性小的地方开始因为这样的位置是 晶界的交汇点，所以大的各向异性仅在这些晶粒的外部（对提高成核场）是有用 的，因此，重稀土元素代换Nd2Fe14B晶粒外部的Nd,会对矫顽力有与整个晶粒 的均匀代换相似的作用。

所需的大各向异性层的厚度由畴壁宽度Sb给出，sb=v A/K]式中A是交换常数，K]是一次各向异性常数在Nd2Fe14B的情况下， 8b=4.2n m烧结磁体的晶粒尺寸约为10 pm因此，控制重稀土元素的分布，例 如使它仅存在于晶界，高的矫顽力是可能达到的，仅以Br的微小损失为代价以下分别介绍取代与掺杂取代元素分为两种即取代Nd原子（R=Dy, Tb）和取代Fe原子（S1=Co, Ni，Cr）， 其作用主要是提高主项的内禀特性，如各项异性场、居里温度，但软磁性Nd- （Fe, S1）相 如 Laves 性 Nd-（Fe， S1） 2 相的生成造成磁体的矫顽力和剩磁下降参照元素的加入能够 提高磁体的矫顽力，改善耐蚀性参照元素以其对磁体微观结构的影响可以分为两类：M1 （Cu, Al，Ge，Sn，Zn 等）形成二元 M1-Nd 或三元 M1-Fe-Nd 相：M2 （Nb，Mo，V，W, Zr, Ti 等）形成二元 M2-B 或 M2-Fe-B下面以取代Nd原子（R=Dy、Tb）为例用电弧熔法制备母合金铸块对于双合金粉磁体，起始成分是 Nd14.2Fe78.6B7.2O将此合金真空退火24h,确保其均匀性，然后进行氢爆和球磨10h。

与此同时，添加经均匀磁化处理、氢爆和磨细的 DyGa 合金粉，配合成（Ndo.i42Fe0.786B0.072）100-0.56X、（DyGa）混合物选择 DyGa 合金的原因是 Dy/Ga原子比和高的熔点用X线衍射检验为单相，而且90%的晶粒小于14“n 混合的合金粉在9T的磁场中定向，用2.6kPa的压力进行等静压，然后在适当的 温度下烧结90min,以达到完全致密当X=0时，烧结温度为1090°C ；当X=3 和5时，烧结温度为1120C，烧结后的样品慢冷至室温表 3-1 （Nd0.i42Fe0.786B0.072）100-0.56X（DyGa）磁体的磁性能XJs/TJs/THcj（kA/m）测量值计算值Ts<640CTs=690C1： 01： 32： 31： 52： 51.331.371.211.231.171.471.371.361.321.301.461.371.371.321.3252692189310911292492429409309420烧结后，（Nd-Fe-B） 100-0.56X （DyGa） 0.28X系列磁体在不同的温度下退火1h， 对于没有添加 DyGa 的样品，其矫顽力与退火温度只有弱的关系，而对于 X=3 和5的双合金粉样品则观察到有很大的关系。

在640C以下退火的样品的矫顽力 是在640C以上退火的3倍退火前的矫顽力与在640C以上退火后的差不多发现矫顽力与退火历史没有关系相同成分的单合金粉磁体具有形状相同的曲 线对于X=3,单合金粉磁体的矫顽力比双合金粉磁体的矫顽力稍高；对于X=5, 则是双合金粉磁体稍高3.3其他添加剂元素对矫顽力的影响⑴错（Pr）Pr代换Nd对Nd17Fe75B8磁体磁性能的影响如下图3-1所示，Pr能以任何 比例代换Nd,然而，添加Pr到4at%时，会使Br从13kGs降为1.27kGs进一 步增加Pr含量不再改变Br值，相反，矫顽力随Pr代换Nd而提高，在X=16at% 时，HCB=9.0kOe，且 HCJ=10.2kOeCB CJ图3-1错（Pr）取代对磁性能的影响图（2）铝（Al）铝原子没有磁矩，在300K每添加一个Al原子取代一个Fe原子，便使 Nd2Fe14B化合物的磁矩下降5.6舄（波尔磁子），故使合金的Br和Qf下降Al 添加后使合金晶粒细化，同时使富Nd相和富B相的块度变小，其分布更加弥散, 因而使合金的HCJ提高（见下图12），在添加Al的同时添加Co，在性能上相互 补偿而制成综合性能较好的Nd-Fe-Al-B系永磁合金。

W讪桶出L忡织"图13铝（Al）取代对磁性能的影响⑶ 铜（ Cu ）添加Cu能够提高磁体矫顽力已经得到了共识，添加量必须合适最近一些 研究表明，添加少量的Cu （0.1%〜0.5%摩尔分数）对烧结（Nd,Dy）-Fe-B的磁性 能是有利的，特别是与Co复合添加时更为有效成分为Nd16Fe76B8的铸锭， 氢碎后，添加0.25%平均粒度在34pm的Cu粉，制成磁体，其矫顽力可以达到 1040kA/m，剩磁1295mT，磁能积340kJ/m3，但Cu粉添加过量，会引起密度降 低，进而使矫顽力及剩磁降低3.4采用新工艺提高烧结钕铁硼（NdFeB）的矫顽力为了获得高性能的烧结钕铁硼（NdFeB ）永磁体的矫顽力，采用新技术、新 工艺是一个行之有效的方法在烧结钕铁硼生产过程中，主要问题是防止a—Fe 相的析出和合金的氧化，难得到理想的显微组织为了解决这几方面的问题，目 前采用的是以下新工艺3.4.1 铸锭均匀处理和片铸工艺由于a—Fe相的析出增加了钢锭韧性，使初期制粉阶段粉末颗粒尺寸减小困 难，并使磁取向变差，另外烧结坯局部的晶粒过大，影响了磁性能的提高，等温 退火可以使铸锭中的a—Fe相明显减少。

片铸工艺可以获得无a—相析出、晶粒细小、结构均匀的钢锭，使矫顽力得 以提高该工艺是将熔融液体倾倒或喷射在旋转水冷金属辊的表面，然后甩出， 得到厚度为 0.3mm 左右的薄片铸锭片铸工艺与熔淬工艺相识，唯一的区别是 金属棍的速度不同块淬工艺辊面线速度达到30m/s，而片铸工艺只有1〜3m/s 其特点在于以下几方面⑴ 在稀土含量较低时避免大量的 a—Fe 相析出，为生产高矫顽力磁体创造 了条件⑵均匀的微结构和丛分大的富稀土相片层间距（约3pm）,在制粉是，使柱 状 Nd2Fe14B 晶粒在片层间形成单晶粉末颗粒⑶富Nd相的弥散分布使烧结期间液相趋于理想分布，有利于磁体密度和矫顽力的提高，即在总稀土含量减少时，也不会导致在磁体中产生贫稀土或无稀 土区域3.4.2 双相法制备工艺双相法制备工艺使主相合金粉末于液相合金粉末混合的方法生产高性能NdFeB 磁体主相合金成分非常接近 Nd2Fe14B 的当量成分，液相合金粉则是采 用块淬或 HDDR 氢碎法工艺制得的富稀土—铁合金粉两中合金分别冶炼和制 粉后进行混合（按一定比例），然后进行磁场成型和烧结制成磁体优点有以下 几方面⑴ 由于块淬粉或 HDDR 粉的晶粒细小，在烧结期间液相均匀弥散分布在 Nd2Fe14B晶粒周围使之被完全隔离，这样减少了过量的液相，既增加了 Nd2Fe]4B 相的体积分数，又提高了烧结密度和矫顽力⑵ 块淬或 HDDR 粉末的抗氧化能力强，在制粉是不易氧化，适于做液相， 用双相法制造磁体抗氧化性比传统法优异。

3.4.3 湿压成型工艺在以前的成型工艺中通常都是采用干压工艺成型，这个工艺生产的钕铁硼晶 粒的定向度差，并且还有含有一定的非磁性相，生产的磁体磁性能不高在小型化的应用场合需要更高性能的Nd-Fe-B烧结磁体尽量减少非磁性相 （稀土氧化物、富硼相等）、尽量提高晶粒的定向度、优化合金成分，均是增大 Nd-Fe-B烧结磁体的（BH） m的重要途径尽量减少非磁性相以改进磁性能， 需要减少烧结磁体中的氧含量，为此采用日立金属公司开发了一种低氧湿压工 艺，进一步提高产品性能日立金属公司开发了一种低氧湿压工艺其具体工艺是：利用矿物油作溶剂， 将采用无氧气流磨制得的粉末放入其中，混合成泥浆，然和在1110kA/m磁场下 压制成型，在1OO