燒結(jié)釹鐵硼磁體生產(chǎn)工藝的發(fā)展

1、燒結(jié)釹鐵硼磁體生產(chǎn)工藝的發(fā)展燒結(jié)磁體是目前最大宗的商品磁體。其工藝基本沿用制備釤鈷磁體的粉末冶金法，程序?yàn)椋喝蹮辖疱V粉碎研磨磁場(chǎng)下取向成型燒結(jié)回火時(shí)效充磁檢測(cè)等。首先將Fe和B冶煉成Fe-B合金，然后于真空反應(yīng)爐中按一定要求配比，在Ar氣下融化成三元合金，澆鑄至水冷銅模中。然后進(jìn)行制粉，通常采用球磨和氣流磨等方法，還有還原擴(kuò)散制粉，HDDR方法制粉，用快淬技術(shù)加球磨或氣流磨方法制粉等。燒結(jié)釹鐵硼磁體的永磁性能取決于內(nèi)稟磁性和微結(jié)構(gòu)。內(nèi)稟磁性主要由材料的化學(xué)成分決定，是結(jié)構(gòu)不靈敏。內(nèi)稟磁性決定了材料宏觀磁性能的理論極限， 為得到高性能釹鐵硼磁體，首先要提高釹鐵硼磁體中磁性相的飽和磁極化強(qiáng)度，可

2、以通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)：（1）保證原材料的純度，以減少由于雜質(zhì)元素引起的性能降低；（2）增加釹鐵硼磁體中磁性相的含量，這可以通過(guò)合適的成分配比，在保證矯頑力的前提下使得生產(chǎn)后磁體的組分接近磁性相的組分；（3）提高磁性相的取向度，主要通過(guò)生產(chǎn)工藝保證磁體中的顆粒都是單晶顆粒或接近單晶顆粒，并且有良好的顆粒粒徑分布。在原材料純度一定的前提下，生產(chǎn)工藝決定了磁體的性能。1.鑄錠生產(chǎn)工藝及裝備的發(fā)展合金鑄錠的顯微組織對(duì)于后續(xù)工藝的制粉環(huán)節(jié)、磁場(chǎng)取向成型環(huán)節(jié)、坯料燒結(jié)過(guò)程都有重要的影響，并進(jìn)而影響到燒結(jié)釹鐵硼磁體的性能。從制造永磁材料的角度來(lái)看，希望鑄錠組織中不存在粗大的 Fe 枝狀晶。（這是由于 Fe 枝

3、狀晶的塑性較好，使鑄錠難以破碎，給制粉過(guò)程造成困難；同時(shí)需延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間以獲得均勻的 Nd2Fe14B晶體。同時(shí)，如鑄錠組織中存在團(tuán)塊狀富 Nd 相，則會(huì)影響燒結(jié)時(shí)富 Nd 相均勻分布。）為了減少Fe 枝狀晶，可以采用大容量的感應(yīng)爐，并選用導(dǎo)熱性能良好的銅錠模，采用以下兩種工藝：一種工藝是把鑄錠高溫均勻化處理，在 1000的溫度且在惰性氣體保護(hù)下恒溫 10h 左右，可以減少 Fe，但該工藝耗費(fèi)時(shí)間、增加成本，不適合工業(yè)化批量生產(chǎn)；另一種工藝是雙相合金法，即主相和液相分別熔煉、破碎，然后混合、制粉、燒結(jié)，這種方法也可以用于生產(chǎn)高性能磁體，但工藝復(fù)雜，不適合大批量的工業(yè)生產(chǎn)。SC 鱗片技術(shù)的出現(xiàn)，使

4、鑄錠生產(chǎn)工藝達(dá)到最新水平。SC 鱗片技術(shù)是將熔融的合金澆注到旋轉(zhuǎn)的水冷銅輥上，生產(chǎn)出鱗片狀鑄錠，厚度大約0.250.35mm。鱗片的冷凝速度快，可以很好的抑制 Fe 的析出，且鱗片的粉碎性很好，同時(shí)鱗片技術(shù)改善了富釹相的分布，可以生產(chǎn)磁性能優(yōu)異的釹鐵硼磁體。2.破碎制粉工藝及裝備的發(fā)展釹鐵硼粉末的狀態(tài)，特別是粒徑分布、顆粒形狀對(duì)磁體的取向度和燒結(jié)工藝有著重要的影響。粉末制備的傳統(tǒng)方法是機(jī)械破碎與球磨制粉。機(jī)械破碎采用顎式破碎、帶篩球磨等方法，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。球磨制粉有振動(dòng)球磨和滾動(dòng)球磨等，振動(dòng)球磨制備的粉末形狀不規(guī)則，不利于磁場(chǎng)取向；滾動(dòng)球磨由于需要汽油保護(hù)，工藝復(fù)雜，效率不高。目前，釹

5、鐵硼廠家基本上都用氣流磨制粉。氣流磨制粉是采用物料自身的高速碰撞來(lái)粉碎，對(duì)磨室內(nèi)壁無(wú)磨損，無(wú)污染，可以高效率地制備粉末。但是該工藝嚴(yán)重破壞了合金的主相晶粒結(jié)構(gòu)，使富釹相不能均勻分布在主相晶粒邊界，特別是對(duì)一些晶粒粗大的合金，破碎后的主相晶粒和富釹相各自分離，無(wú)法制備高性能的磁體?，F(xiàn)在采用HD工藝，即將釹鐵硼合金置于氫氣環(huán)境下，氫氣沿富釹相薄層進(jìn)入合金，使之膨脹爆裂而破碎，沿富釹相層處開(kāi)裂，保證了主相晶粒及富釹晶粒間界相的完整。HD 工藝破碎后的氣流磨制備的粉末粒度分布集中，表面缺陷少，可以用于制造高性能的磁體。稀土元素極易氧化，由于釹鐵硼粉末的粒度特別小，更是易于氧化，因此氣流磨制粉的過(guò)程中要

6、用惰性氣體保護(hù)，同時(shí)在制粉前添加一定比例的防氧化劑可以保護(hù)粉末使之不易氧化，并且可以提高制粉效率。3.磁場(chǎng)取向成型工藝及裝備的發(fā)展 磁場(chǎng)取向成型工藝中取向場(chǎng)的大小，與壓制方向的相對(duì)方向，粉末的松裝密度都對(duì)磁體的取向度有重要影響。目前已有：濕壓成型技術(shù)，是把釹鐵硼的粗粉裝入噴射式超細(xì)粉碎機(jī)，超細(xì)粉出口處進(jìn)入溶劑油形成粉漿，注入模具內(nèi)進(jìn)行磁場(chǎng)取向成型，該技術(shù)粉漿不易氧化，可以取得較高的取向度，所制得的釹鐵硼磁體晶粒尺寸小，均勻一致，磁性能較高 ；脈沖磁場(chǎng)取向技術(shù)，在壓機(jī)恒磁場(chǎng)上加脈沖磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)一方面可以提高主相顆粒的取向度，還可以提高粉末的松裝密度，從而進(jìn)一步提高取向度，取向度約可提高 1.5

7、% ；橡皮模壓技術(shù)，將粉末裝入橡皮模，在脈沖磁場(chǎng)中進(jìn)行取向，再在壓機(jī)的恒磁場(chǎng)中壓制成型，在橡皮模中，粉末受到的的是等靜壓壓縮，可以使磁體獲得較高的取向度和剩磁，與金屬模壓相比，剩磁大約可以提高 5%7%；近終成型磁場(chǎng)壓機(jī)，對(duì)于異形磁體，采用特殊的模具工裝，直接成型，燒結(jié)后的磁體只需要進(jìn)行稍微表面處理即可投入使用，大大節(jié)省了材料和后續(xù)的加工成本。4.燒結(jié)熱處理工藝及裝備的發(fā)展燒結(jié)是材料的最后成型過(guò)程，對(duì)磁體的密度和微觀結(jié)構(gòu)有著極為重要的影響。燒結(jié)爐有單室和多室兩種結(jié)構(gòu)。對(duì)單室結(jié)構(gòu)燒結(jié)爐，通過(guò)控制溫度、壓力調(diào)節(jié)燒結(jié)工藝。多室連續(xù)多功能燒結(jié)爐具有準(zhǔn)備室、預(yù)熱室、燒結(jié)室、冷卻室，每個(gè)工作室按工藝要求具

8、有確定的溫度和氣氛條件，待燒結(jié)的坯件按工藝流程依次進(jìn)入上述各室，經(jīng)預(yù)定的燒結(jié)程序后出爐。采用多室連續(xù)多功能燒結(jié)技術(shù)可使坯料在保護(hù)氣氛下進(jìn)入燒結(jié)爐，加熱室控溫精度高，準(zhǔn)備室具有脫去氣體和有機(jī)溶劑的功能，冷卻室具有 600kPa（6bar）的高壓氣淬功能，從而保證工藝條件均勻，產(chǎn)品一致性好。適于大批量生產(chǎn)高性能釹鐵硼磁體，但是多室設(shè)備價(jià)格昂貴，維護(hù)費(fèi)用較高。但是磁性能提高的同時(shí)磁體的脆性增大，韌性降低。而且隨著燒結(jié)NsFeB磁體應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，磁體要經(jīng)受沖擊、震動(dòng)等惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。所以今后要優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高磁體的韌性，降低毛坯后續(xù)處理過(guò)程的破損和在環(huán)境中斷裂的危險(xiǎn)。在研究不同工藝磁體微觀斷裂

9、機(jī)制的差異時(shí)，發(fā)現(xiàn)合金錠加氫化磁體只有富釹相參與氫化,而速凝加氫化磁體主相晶粒參與了氫化,并且在氫化過(guò)程中發(fā)生了晶格畸變。5.機(jī)加工與表面處理工藝及裝備的發(fā)展我國(guó)生產(chǎn)的釹鐵硼磁體一般均為毛坯，需要進(jìn)一步的表面機(jī)械加工處理。釹鐵硼磁體比較脆，力學(xué)性能較差，一般只能采用磨削加工和切削加工。隨著釹鐵硼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)釹鐵硼磁體的要求越來(lái)越高，有的磁體設(shè)計(jì)得特別小，特別薄，重量只有十幾毫克到幾十毫克，形狀也十分復(fù)雜，原來(lái)的加工設(shè)備越來(lái)越不能滿足釹鐵硼加工的需要。同時(shí)，釹鐵硼磁體由于耐腐蝕性較差，一般要經(jīng)過(guò)表面防腐處理后才能使用，目前主要采用保護(hù)涂層的方法用以防腐。常用的金屬涂層有 Ni、Zn 等等，用電

10、鍍、化學(xué)鍍的方法覆蓋磁體表面；常用的聚合物涂層是環(huán)氧樹(shù)脂，用噴涂和電泳的方法覆蓋磁體表面。近來(lái) Al 的真空離子鍍和有機(jī)溶液鍍?cè)阝S鐵硼磁體的表面處理取得了積極的進(jìn)展，Al 涂層顯示了優(yōu)良的防護(hù)性能 。6.不同元素對(duì)其性能的影響磁能積NdFeB磁體中稀土Nd、Dy含量強(qiáng)烈影響磁性能和耐蝕性能,當(dāng)Nd含量在12·77%時(shí),磁體具有較高的最大磁能積,但形成了較多的易腐蝕陽(yáng)極含量,不利于耐腐蝕性能提高。添加的Dy改善了磁體的微觀組織,提高陽(yáng)極過(guò)電位,有利于矯頑力、耐蝕性能提高?？商砑覼r元素，以降低釹鐵硼磁體對(duì)燒結(jié)溫度的敏感性，提高磁體的耐燒結(jié)溫度，并且不發(fā)生晶粒的異常長(zhǎng)大。復(fù)合添加 Zr 和 Nb 克服了燒結(jié)爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布不均勻引起的磁體性能穩(wěn)定性差的問(wèn)題，最終制備了高磁能積且性能穩(wěn)定的磁體。在釹鐵硼合金中加入適量的Gd,可以抑制-Fe的生成。在高氧含量工藝下制作燒結(jié)釹鐵硼磁體, Gd的含量應(yīng)小于5%,否則, Gd將大幅降低釹鐵硼磁體的磁性能。在磁體中, Gd除了進(jìn)入主相外,還進(jìn)入Gd富稀土相, Gd進(jìn)入主相是降低磁體矯頑力的主要原因。7.粘結(jié)磁體粘結(jié) NdFeB 磁體是由 NdFeB 磁粉與粘結(jié)劑和其它助劑按一