提高燒結(jié)釹鐵硼NdFeB的矯頑力的措施

1、3提高燒結(jié)鉉鐵硼（NdFeB）的矯頑力的措施3.1從主配方方面提高鉉鐵硼（NdFeB）的矯頑力NdFeB系永磁合金的相結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)決定了它的矯頑力。大量實(shí)踐證明，NdFeB系永磁合金的顯微組織主要由三個(gè)相（Nd2Fei4B相，富B相，富Nd相）組成。基體相Nd2Fei4B的晶粒呈多邊形，具有四方結(jié)構(gòu)，是唯一的永磁性相。它的體積百分比決定了NdFeB合金的磁性能。其體積百分?jǐn)?shù)可由Nd2Fei4B化合物的磁極化強(qiáng)度Js與合金的磁極化強(qiáng)度的比值來(lái)估算。已知Nd2Fei4B的Js=1.61T,若合金的Js入0Ms=1.45T,則Nd2Fei4B的體積百分?jǐn)?shù)約為90%,大部分Nd2Fei4B晶粒的晶體結(jié)

2、構(gòu)相當(dāng)完整，很難觀察到晶體缺陷與第二相沉淀，僅有極少數(shù)的Nd2Fei4B晶粒內(nèi)部觀察到a-Fe或Nd2O3或富Nd相沉淀。富B相以孤立塊狀或顆粒狀存在，它是硼化物Nd1+0.1FeB4,大部分富B相呈多邊形存在于品界交界處或Nd2Fe14B晶界上，常常是不同變態(tài)的亞穩(wěn)定相，居里溫度Qf=13K（誤）。在NdFeB合金中，富B相的數(shù)量界于08%之間，希望它的體積百分?jǐn)?shù)越小越好。對(duì)于Nd15Fe77B8合金，其富B相的體積百分?jǐn)?shù)可用Vb=0.1820.134VA來(lái)估算，Vb是NdzFeuB相的體積百分?jǐn)?shù)。富Nd相沿晶界或晶界交界處分布，呈約200A（埃）厚的薄層狀和少量塊狀把基相晶粒包圍住，極少數(shù)

3、成顆粒狀彌散分布在基相晶粒內(nèi)部。沿晶界分布的薄層狀富Nd相，對(duì)NdFeB合金的磁硬化起重要作用。大量實(shí)驗(yàn)分析表明，富Nd相的成分很不均勻，可能存在Nd2FeB3富Nd相、共晶富Nd相以及其它尚不知道化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)的富Nd相。富Nd相極易氧化，氧對(duì)這些富Nd相的存在起重要作用。富Nd相在NdFeB合金中的作用是：能助熔促進(jìn)燒結(jié)，使磁體致密化，合金B(yǎng)r提高；二是富Nd相沿晶界分布，起到交換作用，分割隔離鐵磁性相，有利于矯頑力的提高；三是易氧化，抗腐蝕性能差，對(duì)磁穩(wěn)定性很不利。Nd15Fe77B8合金中富Nd相的體積百分?jǐn)?shù)可用VNd=0.8180.866Va式來(lái)估算。根據(jù)以上綜述在配方中適當(dāng)?shù)亩?/p>

4、增加Nd、B的含量可以有效的提高燒結(jié)位鐵硼的矯頑力。富Nd相沿晶界分布，起交換作用，分割隔離鐵磁性相，有利于矯頑力的提高；當(dāng)B含量在67at%時(shí)，合金的Br、Hcj達(dá)到最佳值。3.2 從添加劑方面提高鉉鐵硼（NdFeB）的矯頑力為了進(jìn)一步提高燒結(jié)鉆鐵硼（NdFeB）的磁性能，可以在NdFeB三元系中添加元素，從而形成與系列三元以上的（NdR）（FeMiM2）B系永磁材料。添加元素可以分為兩種：取代元素和摻雜元素。這些元素可分為三類：第一類是低熔點(diǎn)金屬（Al、Cu、Ga、Sn）,它們形成晶間副相，從而改進(jìn)濕潤(rùn)性和抗蝕性；第二類元素是難熔金屬（Nb、V、Ti、Mo）它們?cè)谥飨嘀行纬擅撊芪铮ù蠖鄶?shù)為

5、硼化物），并產(chǎn)生疇壁釘軋；第三類元素是代換Nd2Fei4B中的Nd或Fe的，以改善內(nèi)稟磁性（Tc、Js、Ha）之一。最重要的第三類元素是其它稀土金屬和Co。第一類元素僅在晶界起有用的作用，但它們也能代換Nd2Fei4B相（簡(jiǎn)稱小相）中相當(dāng)多的一部分Fe原子。這將破壞小相中的內(nèi)稟特性，因此，必須設(shè)法避免。為了增大小相的各向異性，常添加第三類元素中的重稀土元素（如Tb、Dy）。重稀土元素的磁矩與Fe的磁矩是反鐵磁偶合的，因此，用重稀土元素代換Nd會(huì)降低磁體的飽和磁極化強(qiáng)度。然而，與磁極化強(qiáng)度成反比的各向異性場(chǎng)則增大。反向疇的成核在退磁場(chǎng)大和各向異性小的地方開(kāi)始。因?yàn)檫@樣的位置是品界的交匯點(diǎn)，所以大

6、的各向異性僅在這些晶粒的外部（對(duì)提高成核場(chǎng)）是有用的，因此，重稀土元素代換Nd2Fe14B晶粒外部的Nd,會(huì)對(duì)矯頑力有與整個(gè)晶粒的均勻代換相似的作用。所需的大各向異性層的厚度由疇壁寬度左給出，源，A/Ki。式中A是交換常數(shù)，Ki是一次各向異性常數(shù)。在Nd2Fe14B的情況下，=4.2nm。燒結(jié)磁體的晶粒尺寸約為10因此，控制重稀土元素的分布，例如使它僅存在于晶界，高的矯頑力是可能達(dá)到的，僅以Br的微小損失為代價(jià)。以下分別介紹取代與摻雜。取代元素分為兩種即取代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項(xiàng)的內(nèi)稟特性，如各項(xiàng)異性場(chǎng)、居里溫度，但軟磁性Nd-

7、（Fe,S相如Laves性Nd-（Fe,S1）2相的生成造成磁體的矯頑力和剩磁下降。參照元素的加入能夠提高磁體的矯頑力，改善耐蝕性。參照元素以其對(duì)磁體微觀結(jié)構(gòu)的影響可以分為兩類：M1（Cu,Al,Ge,Sn,Zn等）形成二元MNd或三元MFe-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)為例用電弧熔法制備母合金鑄塊。對(duì)于雙合金粉磁體，起始成分是Ndi4.2Fe78.6B7.2。將此合金真空退火24h,確保其均勻性，然后進(jìn)行氫爆和球磨10h。與此同時(shí)，添加經(jīng)均勻磁化處理、氫爆和磨細(xì)的DyGa合金粉，配合成(Nd0.i42F

8、e0.786B0.072)100-0.56X、(DyGa)0.28X混合物。選擇DyGa合金的原因是Dy/Ga原子比和高的熔點(diǎn)。用X線衍射檢驗(yàn)為單相，而且90%的晶粒小于14混合的合金粉在9T的磁場(chǎng)中定向，用2.6kPa的壓力進(jìn)行等靜壓，然后在適當(dāng)?shù)臏囟认聼Y(jié)90min,以達(dá)到完全致密。當(dāng)X=0時(shí)，燒結(jié)溫度為1090C；當(dāng)X=3和5時(shí)，燒結(jié)溫度為1120C,燒結(jié)后的樣品慢冷至室溫。表3-1(Nd01142Fe0.786B0,072)100-0.56X(DyGa)0.28X磁體的磁性能XJs/TJs/THcj(kA/m)測(cè)量值計(jì)算值Tsr圖3-1錯(cuò)（Pr）取代對(duì)磁性能的影響圖鋁（Al）鋁原子沒(méi)有

9、磁矩，在300K每添加一個(gè)Al原子取代一個(gè)Fe原子，便使Nd2Fe14B化合物的磁矩下降5.6w（波爾磁子），故使合金的Br和Qf下降。Al添加后使合金晶粒細(xì)化，同時(shí)使富Nd相和富B相的塊度變小，其分布更加彌散，因而使合金的Hcj提高（見(jiàn)下圖12）,在添加Al的同時(shí)添加Co,在性能上相互補(bǔ)償而制成綜合性能較好的Nd-Fe-Al-B系永磁合金。圖13鋁（Al）取代對(duì)磁性能的影響銅（Cu）添加CU能夠提高磁體矯頑力已經(jīng)得到了共識(shí)，添加量必須合適。最近一些研究表明，添加少量的Cu（0.1%0.5%摩爾分?jǐn)?shù)）對(duì)燒結(jié)（Nd,Dy）-Fe-B的磁性能是有利的，特別是與Co復(fù)合添加時(shí)更為有效。成分為Nd16

10、Fe76B8的鑄錠，氫碎后，添加0.25%平均粒度在34小的Cu粉，制成磁體，其矯頑力可以達(dá)到1040kA/m,乘U磁1295mT,磁能積340kJ/m3,1Cu粉添加過(guò)量，會(huì)引起密度降低，進(jìn)而使矯頑力及剩磁降低。3.4 采用新工藝提高燒結(jié)鉆鐵硼（NdFeB的矯頑力為了獲得高性能的燒結(jié)鉆鐵硼（NdFeB）永磁體的矯頑力，采用新技術(shù)、新工藝是一個(gè)行之有效的方法。在燒結(jié)鉉鐵硼生產(chǎn)過(guò)程中，主要問(wèn)題是防止aTe相的析出和合金的氧化，難得到理想的顯微組織。為了解決這幾方面的問(wèn)題，目前采用的是以下新工藝3.4.1 鑄錠均勻處理和片鑄工藝由于lFe相的析出增加了鋼錠韌性，使初期制粉階段粉末顆粒尺寸減小困難，

11、并使磁取向變差，另外燒結(jié)坯局部的晶粒過(guò)大，影響了磁性能的提高，等溫退火可以使鑄錠中的lFe相明顯減少。片鑄工藝可以獲得無(wú)L相析出、晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)均勻的鋼錠，使矯頑力得以提高。該工藝是將熔融液體傾倒或噴射在旋轉(zhuǎn)水冷金屬輾的表面，然后甩出，得到厚度為0.3mm左右的薄片鑄錠。片鑄工藝與熔淬工藝相識(shí)，唯一的區(qū)別是金屬棍的速度不同塊淬工藝輾面線速度達(dá)到30m/s,而片鑄工藝只有13m/s。其特點(diǎn)在于以下幾方面。在稀土含量較低時(shí)避免大量的lFe相析出，為生產(chǎn)高矯頑力磁體創(chuàng)造了條件。均勻的微結(jié)構(gòu)和叢分大的富稀土相片層間距（約3nhi）,在制粉是，使柱狀Nd2Fe14B晶粒在片層間形成單晶粉末顆粒富Nd相的

12、彌散分布使燒結(jié)期間液相趨于理想分布，有利于磁體密度和矯頑力的提高，即在總稀土含量減少時(shí)，也不會(huì)導(dǎo)致在磁體中產(chǎn)生貧稀土或無(wú)稀土區(qū)域。3.4.2 雙相法制備工藝雙相法制備工藝使主相合金粉末于液相合金粉末混合的方法生產(chǎn)高性能NdFeB磁體。主相合金成分非常接近Nd2Fei4B的當(dāng)量成分，液相合金粉則是采用塊淬或HDDR氫碎法工藝制得的富稀土一鐵合金粉。兩中合金分別冶煉和制粉后進(jìn)行混合（按一定比例），然后進(jìn)行磁場(chǎng)成型和燒結(jié)制成磁體。優(yōu)點(diǎn)有以下幾方面。由于塊淬粉或HDDR粉的晶粒細(xì)小，在燒結(jié)期間液相均勻彌散分布在Nd2Fei4B晶粒周圍使之被完全隔離，這樣減少了過(guò)量的液相，既增加了Nd2Fei4B相的體

13、積分?jǐn)?shù)，又提高了燒結(jié)密度和矯頑力塊淬或HDDR粉末的抗氧化能力強(qiáng)，在制粉是不易氧化，適于做液相，用雙相法制造磁體抗氧化性比傳統(tǒng)法優(yōu)異。3.4.3 濕壓成型工藝在以前的成型工藝中通常都是采用干壓工藝成型，這個(gè)工藝生產(chǎn)的鉉鐵硼品粒的定向度差，并且還有含有一定的非磁性相，生產(chǎn)的磁體磁性能不高。在小型化的應(yīng)用場(chǎng)合需要更高性能的Nd-Fe-B燒結(jié)磁體。盡量減少非磁性相（稀土氧化物、富硼相等）、盡量提高晶粒的定向度、優(yōu)化合金成分，均是增大Nd-Fe-B燒結(jié)磁體的（BH）m的重要途徑。盡量減少非磁性相以改進(jìn)磁性能，需要減少燒結(jié)磁體中的氧含量，為此采用日立金屬公司開(kāi)發(fā)了一種低氧濕壓工藝，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能。日

14、立金屬公司開(kāi)發(fā)了一種低氧濕壓工藝。其具體工藝是：利用礦物油作溶劑，將采用無(wú)氧氣流磨制得的粉末放入其中，混合成泥漿，然和在1110kA/m磁場(chǎng)下壓制成型，在100&T&300、真空度為u=0.13Pa條件下排油1h,以濾去壓坯中的溶劑，然后進(jìn)行真空燒結(jié)。由于磁場(chǎng)成型錢后粉末浸于油中，在燒結(jié)之前不于空氣接觸，因而磁體中氧含量大大減少，叢傳統(tǒng)的5800*10-6降低到1600*10-6,含氧量?jī)H為普通低氧工藝的2/7;磁場(chǎng)成型過(guò)程中磁粉在濕潤(rùn)狀態(tài)下取向，減少了顆粒之間的摩擦力和凝聚力，因而磁取向度大大提高；由于濕壓工藝可以減少粉末氧化，因而粉離得更細(xì)更均勻，這樣燒結(jié)磁體的晶粒尺寸也更均勻。從而磁體矯

15、頑力得到提高，抗腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度也得到改善。傳統(tǒng)與濕壓工藝流程圖如圖3-2所示。I氣流磨在中（0,|先0力ifTfKI燒結(jié)工傳堂工藝片渣磨在N】4（0%0i）I總壓（腐劑、油）劑統(tǒng)結(jié)（口濕壓成形工豈圖3-2傳統(tǒng)與濕壓工藝流程圖3.5 控制燒結(jié)溫度提高燒結(jié)被鐵硼的矯頑力燒結(jié)被鐵硼的燒結(jié)是指為了進(jìn)一步提高磁體的性能和使用性，改進(jìn)粉末間的接觸性質(zhì)，提高強(qiáng)度，使磁體具有高性能的顯微組織特征，需要將生坯加熱到粉末基體相熔點(diǎn)以下的溫度并保溫一段時(shí)間的工藝。燒結(jié)是極為重要的工藝，NdFeB粉末壓坯的相對(duì)密度一般為50%70%,孔隙度一般為30%50%,顆粒間的結(jié)合全部都是機(jī)械結(jié)合，結(jié)合的強(qiáng)度極低。如果成型壓

16、力非常大時(shí)，已經(jīng)相互接觸的顆粒有的已經(jīng)產(chǎn)生彈性或者塑性變形，這時(shí)樣品較為容易裂開(kāi)，且其顯微組織不足以產(chǎn)生高的磁性能。在生坯的燒結(jié)過(guò)程中，將發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化。首先，粉末顆粒表面吸附的氣體）排除，有機(jī)物的蒸發(fā)與揮發(fā)，應(yīng)力的消除，粉末顆粒表面的氧化物的還原，變形粉末顆粒的回復(fù)和再結(jié)晶。其次，原子擴(kuò)散，物質(zhì)遷移，顆粒之間的接觸由機(jī)械接觸改為物理化學(xué)接觸，形成金屬鍵和共價(jià)鍵的結(jié)合。最后，粉末間的接觸面擴(kuò)大，出現(xiàn)燒結(jié)頸，接下來(lái)是燒結(jié)頸長(zhǎng)大，密度提高，晶粒長(zhǎng)大等。粉末生坯的孔隙率大，表面積也大，因此表面能也大，同時(shí)還具有晶格畸變能，使粉末生坯整體上處于高能狀態(tài)。從能量的角度來(lái)看，這是不穩(wěn)定的，具有自

17、發(fā)地?zé)Y(jié)與粘結(jié)成一個(gè)致密體的傾向和驅(qū)動(dòng)力。因此，在一定溫度的條件下，即動(dòng)力學(xué)允許的情況下，粉末顆粒間的接觸將由點(diǎn)到面，以便減少表面積和表面能。隨著顆粒間的接觸面的擴(kuò)大，生坯開(kāi)始收縮和致密化，最后成為一個(gè)燒結(jié)體。NdFeB系永磁體的燒結(jié)溫度一般為1080Co根據(jù)燒結(jié)溫度與Br、Hcj的關(guān)系得知，隨著燒結(jié)溫度的提高Br提高，而Hcj下降：隨著燒結(jié)溫度的降低Br降低，而Hcj提高，所以為了提高燒結(jié)鉆鐵硼的矯頑力我們可以適當(dāng)?shù)慕档蜔Y(jié)溫度從而提高矯頑力。3.6 控制鉆鐵硼(NdFeB)永磁合金的熱處理提高矯頑力各類稀土永磁材料大部分屬于時(shí)效硬化性，燒結(jié)后都需要進(jìn)行時(shí)效處理，燒結(jié)型稀土金屬永磁時(shí)效處理工

18、藝大致相同，對(duì)于NdFeB稀土金屬永磁材料，燒結(jié)后多采用二級(jí)回火處理?；鼗鹛幚砜娠@著提高永磁合金的磁性能，特別是矯頑力。二級(jí)回火熱處理后，磁體微觀組織結(jié)構(gòu)得到明顯改善，品界變得規(guī)整、平滑，富Nd相均勻彌散地分布于晶粒周圍，晶界相成分趨于穩(wěn)定、均勻；磁體的內(nèi)桌矯頑力顯著提高，剩磁及最大磁能積也有所增加。止匕外，二級(jí)回火熱處理還可顯著降低磁通不可逆損失，減小了磁體的剩磁溫度系數(shù)a,極大地改善了磁體的熱穩(wěn)定性。細(xì)小、規(guī)整的磁體晶粒，適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配能顯著提高磁體的矯頑力。均勻的晶界相成分、富Nd晶界相的均勻、彌散分布，平滑、清晰的晶界是獲得高矯頑力燒結(jié)磁體的必要條件。減少晶界相中的不穩(wěn)定相，可極大的改善磁體的溫度穩(wěn)定性。Nd(Feo.9Bo.i)5.5合金在溫度ti(2001000C)第一級(jí)回火后，在不同溫度t2下進(jìn)行第二級(jí)回火時(shí)的變化見(jiàn)，當(dāng)ti=9001000c時(shí)，在t2=660C回火處理1h,合金的Hcj較高?；鼗饘?duì)合金內(nèi)部富Nd相的數(shù)量、形貌和分布影響大。如在900c回火，在短時(shí)間內(nèi)晶界相交處的富Nd相變成液相，然后在t2回火時(shí)，會(huì)發(fā)生共晶反應(yīng)，使液相數(shù)量減少，并且其成分也在變化。若能使富Nd液相成分優(yōu)化至接近三元共晶溫度時(shí)的Nd含量，就可獲得有利于高Hcj的顯微組織。實(shí)