HDD法制備各向異性NdFeB磁粉的研究

1、HDD法制備各向異性NdFeB磁粉的研究HDD法制備各向異性NdFeBli的研究StudyofAnisotropicNdFeBMagnetPowderProducedbyHDDProcessL一一,王學(xué)軍肖耀福張正義7.Mz72?3_一一一(北京科技大學(xué),北京,i0083)WangXuejunXiaoYaofuZhangZhengyi(BeijinpUniversityofScle3ceandTechnology,Beij'ng,100083,China)摘要本文探討了用吸氫一歧化一脫氫(HDD)工藝制取各向異NdFeB永磁粉束的可能性.研究了成份,氫處理工藝及后處理等對各向異性現(xiàn)象的

2、影響.研究結(jié)果表明,在NF-x-yco6B,zrJ的臺盒中經(jīng)遁當(dāng)?shù)臍錃馓幚?初步獲得了各向異性磁粉,rMll5型振動樣品磁強計所測磁粉的磁性髑為O.920mulgm,i=720kA/m(SkOe),(BH)一"一i1r,J/m3(14MGOe).由該精與3眄(重量百分比)的環(huán)氧樹脂混合觸成的各向異性粘結(jié)磁體的磁性能為Br一0.65T,i耳一744kA./m(9.啦Oe),<BH).一64kJ/m3(8MGOe).本文還觀察了各向異性粉的微觀結(jié)構(gòu).ABSTRACTAnanisotropicbondedmagnetswithgoodmagneticpropeftieshas

3、beesobtainedbepoxybodingHDDpewdes.TherelatiobetweeamagneticpropeftioBandBoineprocessparameters(Blhashomogentizationtreatment,drog礬treatmentt哪purO.dehydrogeaaticmtlmeandposttreatmemt)WaSstudiedandthemicr0structurewasobsefvedaswel1.ThsresultsBhowthatthepropeftiofanisotropicpowderbyappropriateHDDroltto

4、isof:82=nu/gm,H;72okA/m(9kOe).(B玨)i=11啦J,m(=I&MGOe).Themagneticppeftl=ofthispowderarec,m'npal'ablewith也oseofMQ.Theb0ndedmagnetspreparedfron1mispowdert功能材科'I一924(3)evealfollowingpropefties:一0.85T.i=744kA./m(0?3kOe),(BH)=elrJlm(8MGOe).anditisbelievedthatthanisotropyisrelatedto"

5、;8partiaularmicrostrecture.KEYWORDSanisroplc,NdFeB,脅D,hydnogeatreatmeatl刖舌近年來,作為稀土永磁的一個重要分支一粘結(jié)稀土永磁異軍突起,獲得了越來越廣泛的應(yīng)用.在NdFeB稀土永磁出現(xiàn)以前,SmCoI和SmCol等稀土永磁允許將其磁硬化鋼錠或燒結(jié)體破碎到單晶體尺寸,因此可以較方便地通過磁場取向制成各向異性粘結(jié)磁體,遺憾的是同樣的方法對NdFeB是不可行的,因為燒結(jié)NdFeB體或磁硬化鋼錠在破碎過程中矯頑力急劇下降到?jīng)]宥使用意義的數(shù)值I".慶幸的是美國通用汽車公司(aM)用快淬的方法獲得了晶粒度為lO眥的微晶NdFe

6、B薄帶,這種材料具有較為l優(yōu)鼻的綜?初稿收到日期:1gg2-0210.終稿收到日期1992-J8-81.臺磁性能和溫度特性,從而引起了粘結(jié)永磁生產(chǎn)者和用戶的關(guān)注和廣泛的應(yīng)用,以至于到目前為止,它一直統(tǒng)治著粘結(jié)NdFcB市場.然而這種磁粉最致命的弱點是由于晶粒大,細(xì)而難以形成各向異性.1989年日本三菱公司T.Takcshita等報導(dǎo)了用HDD法制造各向同性NdFcB磁粉的新途徑【,其磁性能大體與美國GM公司的MQ一1粉相當(dāng).繼而,他們又用合金化方法擴大粉末的各向異性,并獲得了(BH)大于120kJ/m.(15MGOe)的各向異性粘結(jié)Nd-FeB永磁.由于HDD法制造NdleB磁粉設(shè)備投資較小,

7、又能較方便地制造各向異性NdFeB磁粉,因此是一條較適于我國粘結(jié)稀土永磁發(fā)展的途徑.為了盡快推動我國粘結(jié)稀土永磁的發(fā)展,北京科技大學(xué)與吉林8272-合作共同研制開發(fā)了HDD各向同性NdFeB磁粉,并巳投八了批量生產(chǎn).與此同時,對各向異性N西鏹皴粉的制備進行了探索,本文將報導(dǎo)我們在這項探索中的一些初步成果.2實驗方法使用純度為98曬的Nd和99.9曬的Fe,co,B在氬氣氣氛下于真空感應(yīng)爐中熔煉,并鑄成錠.將鋼錠經(jīng)適當(dāng)破碎放八石英管中抽真空至1o10一*Pa,然后進行如圖1所示的氫化和脫氫處理.圖lH,DD-r藝路線Fig!RouteofHDDtoclmologyNdFeB臌耪的性能用兩種方法檢

8、驗.其一是將磁粉與3和(wt)的環(huán)氧樹脂混合,在686Ma(7T/m)壓力下模壓成型,制成8x8的圓柱形幸占結(jié)磁體.如制備各向異性粘結(jié)磁體,則將藕合后的粉末首先放八椽皮模囂'6中于40k0e(3200kA/m)的脈沖磁場中取向后于686MPa(7T/cm)的壓力下準(zhǔn)等靜壓成型,成型后的壓坯在120C固化2h制成粘結(jié)磁體.然后用CL一6型磁滯回線儀測量退磁曲線,由此導(dǎo)出磁體的剩磁B,內(nèi)稟矯頑力iH膝點矯頑力(通常以B,下降lO曬時所對應(yīng)的H值來表示)和(BH).另一種方法是用M115型振動樣品磁強計直接測量磁粉的磁性.由于磁粉的遇磁因子很難估計,因此本文中振動樣品磁強計的測量結(jié)果為開路狀

9、態(tài)下所測的數(shù)據(jù)而未加修正.為了定性地測量晶體的織構(gòu),用XRD型x射線衍射儀分別測定了粘結(jié)樣品取向方向與垂直于取向方向的x射線衍射圖譜.粉末的微觀結(jié)構(gòu)觀察是在H-800透射電子顯微鏡(TD)上進行.并借助能譜儀來保證觀察結(jié)果的可靠性.3實驗結(jié)果與討論根據(jù)HDD法制取NdFcB粉末的原理和對前期實驗結(jié)果進行分析,我后推測可能影響粉末各向異性的因素有如下幾個:成份,吸氫制度,脫氫制度及磁粉的后處理.根據(jù)日本三菱公司的報導(dǎo)41,添加Zr,眥,Ga等合金元素可以擴NdFeB磁粉的各向異性.從生產(chǎn)的角度考慮,3個元素中的成本最低,因此我們選擇了加zr的NdFeB系合金作為研究對象,研究了上述諸因素如何影響

10、HDD粉的各向異性.由于本工作集中在Nd.Fe?8一yCosB?zr.的成份上進行研究,因此下面所示的各圖標(biāo)中,除與此成份有差異的對比成份加以注明外,其余則均省略對其成份的說明.眾所周知,磁體或磁粉由各向同性轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋?其性能參數(shù)中最敏感的是剩余磁感應(yīng)強度B及與B平方成正比的(BH).各向異性的磁體或磁粉由于內(nèi)部晶體織構(gòu)和磁織構(gòu)的產(chǎn)生將使B和(BH)明顯提高.從某種意義上講,這兩個值提高的程度是織嘞能材料'l993.24(a)構(gòu)完整程度的體現(xiàn).此外,織構(gòu)程度的提高通常也伴隨著退磁曲線方形度的提高,因此作為描述遢磁曲線方形度的一個參數(shù),HK也應(yīng)有所增加.a.1氯處理沮虞構(gòu)彤圖2所示為

11、760920范圍內(nèi)磁場取向和非取向的粘結(jié)磁體的m,B,和(BH)隨氫處理溫度的變化.為了便于比較,每一吸氫溫度下吸氫時間為3h,脫氫時間定為1h.圖2氧處理溫度對粘結(jié)磁體磁性能B,(BH)m和iHcHk的影響(a)B,(BH).與T的關(guān)系(b),Hk與T的關(guān)系(t取向磁儺,非取向磁儺)Fig2lnflumceofhydrogtreatmentternpe'atuteonn'gnotlcprope一tiesofbondedmagnets(:moldwithappliedmagneticfield)(;moldwittoutappliedmagneticflold)由圖2可見,在圖

12、示范圍內(nèi)改變氫處理溫度并未引起取向與非取向樣品之間B,(BH)和HI(值的較大變化.這一結(jié)果說明只改變氫處理溫度并未誘發(fā)出明顯的各向異性,即不能使粉末顆粒內(nèi)晶粒發(fā)生擇優(yōu)取向.但從實驗結(jié)果中我們發(fā)現(xiàn),隨著氫處理溫度的變化,雖然B,和Hk變化不明顯,而Hc(BH)卻在850X時達(dá)到最大值,因此我們選擇850C作為進一步探索各向異性的工藝溫度.2脫氯時間構(gòu)彤一在上述實驗的基礎(chǔ)上,將氫氣處理溫度固定在850C,吸氫時間固定在3h,單純考查脫氫時間對各向異性的影響.實驗結(jié)果表明,非取向樣品的BjH和(BH)隨脫氫時間的變化都不大.而且取向樣品的.H.隨'功瞻材料'押03,24(8)表各向

13、同性和各向異性粘結(jié)磁體磁性對比各向同性各向異性B(T)0.450.65iH(kA/m)764744(BH)(kJ/m3)27.5264Hk(kA/m)124l65量囡高/./''圖3脫氫對間對粘結(jié)磁體Br的影響/"iso垂島蓋藿),各向同性,Fig3InfluenceofdehydrogenaticntimeBofbondedmagnetsieasy/,hardq'圖4脫氫時間對磁粉的影響(easya星鬟搓穿離)Fig4InfluenceofdehydrogenatlontimeOnBr0fmagneticpowders:盯脫氫時間的變化也僅有微小的波動.但取

14、向樣品的B值卻隨脫氫時間的不同發(fā)生了明顯的變化(如圖3所示).由圖3可見,脫氫時祠為40rain時.基本上沒有各向異性出現(xiàn),但隨著脫氫時間的延長,在11.5h范圍內(nèi)取向磁體的B,顯著增大,到1.5h時達(dá)到最大值,而在1.52h范圍內(nèi)則開始逐漸下降.此外,取向磁體的(膃)和Hk值也具有相同的變化趨勢.由此可見,磁體的各向異性在脫氫時間為1.5h時最大.在該工藝下各向同性及各向異性粘結(jié)磁體磁性差別列于表1.為了進一步觀察磁粉的各向異性,我們還測量了磁粉本身在取向和非取向方向的退磁曲線,井將其B,隨脫氫時間的變化繪于圖4.由圖4可見,磁粉易磁化方向的B隨脫氮時間的變化趨勢大致與取向的粘結(jié)磁體相同,而

15、磁粉難磁化方向B隨脫氫溫度的變化剛與易磁化方向略有相反,即在85O時脫氫1.5h難易兩磁化方向的B,差別最大,即各向異性最大.為了更確切地證實粘結(jié)磁體的各向異性,我們對各向異性粘結(jié)磁體樣品進行了x射線衍射實驗,實驗結(jié)果如圖5所示.圖5b為垂直于取向方向的平面進行x射線衍射所得到的衍射圖譜,圖中Nd:FelB相各晶面所對應(yīng)的峰值的相對強度多數(shù)增大,只有少數(shù)峰值減少或消失,其中強度增加最為明顯的是006晶面,其相對強度從標(biāo)準(zhǔn)卡中的17增圖5B平行于取向方向的x射線衍射圖(21峰為008面衍射峰)b垂直于取向方向的x射線衍射圖(24峰為ooe面衍射峰)FigSaX-ragdiffrationpatt

16、ens0ftheplanpszallaladthedirectionofmagnetlcfieldbX-ragdiffratlonpattGnsth0planpBrpeDdicuIartothedirectionofmagneticfield248嘞能材料?l903,24(3)至100,由此說明沿取向方向的晶面指數(shù)多為006,即C軸沿取向方向擇優(yōu)排列.圖5a為對F行于取向方向的晶面進行x射線衍射所得的衍射圖譜,其006晶面衍射峰的相對強度只有36.由此說明粘結(jié)磁體內(nèi)晶粒確實存在擇優(yōu)取向,且取向的方向是沿易磁化的C軸方向.實驗結(jié)果表明,氫處理后的粉柬經(jīng)600C退火后,磁性明顯下降,其原因還有待進

17、一步分析研究.3.4丑徽蛆嘏分析我們用透射電鏡對氫處理后的磁粉進行了觀察(如圖6所示).從照片中可以比較清晰一圖g加Zr的NdF0B臺金經(jīng)氧處理后磁粉的透射電鏡照片左右兩張猙射為不同視場)Fig6BrightfieldimageofpowdersofNdFe87-x-yCo6BTZrtalloyproducedbythehydrogntzarina'It地觀察到粉末內(nèi)部的晶粒大小是不均勻的,尺寸范圍約在0.11.3¨m,但從宏觀視場的統(tǒng)計來看,1m左右的較大尺寸晶粒所占的比例較大,且其晶粒的平均尺寸要明顯大于未加zr的NdFeB系臺金的晶粒平均尺寸(0.3¨m)【,

18、同樣是磁性能大到最高點的狀態(tài),其晶粒尺寸卻發(fā)生了如此大的變化,是否由于加z螬9緣故,還是由于氫處理溫度變化造成的,這種尺寸上的變化是否會對磁粉的各向異性產(chǎn)生影響,這些問題都有待進一步探索.總之,通過對各種實驗現(xiàn)象的分析,我們推測各向異性的來源可能有2種機?功髑材料)1993,24(3)制,其一是粉末內(nèi)部晶粒形核時擇優(yōu)取向(即擇優(yōu)形核)而形成各向異性.其二是粉術(shù)內(nèi)晶粒形核后的擇優(yōu)長夫而形成的各向異性.但究意是哪一種機制控制著磁粉的各向異性,或二者兼而有之,還有待進一步的探討.4結(jié)論4.1用Zr合金化的NdFeB可以擴大HDD粉的各向異性.4.2用NdFe87一xco6B7zr,臺金經(jīng)850C/ah吸氫和8s0c/1.5h脫氫可獲得較好的各向異性磁粉,其性能為:B,一0.92emu/gm,H=720kA/m,(BH)一ll2kJ/m.(14MGOe).4.3粉末的各向異性對脫氫時間十分敏感.4.4后處理工藝并未增大粉末幻各向異性.4.5成份為NdFe87一xc06B7z,經(jīng)本文中最佳氫處理工藝處理后,粉末顆粒內(nèi)晶粒尺寸范圍在0.11.3pro.參考文獻1StnatKJ,KL一365,ElectricalEngineeringMagnetics.Materialletters,Vol4:No.8N72CroatJJ.HerbstJF'LeeRWandPinkerFE