耐高温烧结钕铁硼磁体的制备及性能研究

贾涛

摘 要：本文简述可耐高温烧结钕铁硼磁体制备方法，并对制备工艺对其此题性能的影响规律做了分析和探讨，以便为那耐高温烧结钕铁硼磁体的批量生产提供参考和借鉴，从而制造出质优价廉的电机磁体。

关键词：烧结钕铁硼；耐高温性能；回火；显微组织；矫顽力

引言：

烧结钕铁硼永磁体的磁性能十分的优异，其广泛的应用在电子计算机、发电机组、音响设备、网络通讯设备以及航空航天等各个方面。通过高性能钕铁硼永磁体的推广和应用，不仅有利的提高了磁性元器件的工作效率和工作性能，还降低的单位能耗和元器件的微型化。近些年来，电动和混动汽車、具有变频功能的电气设备、发电机组设备等对具有耐高温性能的烧结钕铁硼永磁的需求与日俱增。

1、耐高温烧结钕铁硼磁体的制备

1.1钕耐高温烧结钕铁硼磁体的制备方法

烧结法即粉末冶金法，是常用的制造钕铁硼永磁体的制备方法，其主要工艺流程主要如图1所示。在烧结法的使用过程中，熔炼、制粉、和热处理是比较重要的生产工艺环节。熔化炼制的环节主要是在熔化炼制炉中进行，制粉环节主要是通过气流磨和球磨来进行，通过合理的烧结工艺处理后能够得到显微组织较好的铸锭结构。如果球磨的效率好，气流磨粒度分布也好的话，磁粉就能够在外磁场的磁力作用下一致排列，从而有效提高的钕铁硼磁体的磁性能。当粉末的磁场方向和压力的方向相互平行的时候为平行取向，当粉末的磁场方向和压力方向的角度呈现垂直状态时为垂直取向。当粉末的磁场为垂直取向时，能够取得较好的取向。当粉末压结体的磁性能较低时，其粉末压制而得到的坯件在特定条件下的密度不到七成。然后将坯件在特定温度下进行热处理后，其磁性能和机械性能都得到了明显的提高。

1.2钕烧结钕铁硼磁体的生产工艺

目前，高性能的烧结钕铁硼磁体的生产工艺在片铸、氢爆碎和高能气流磨制粉工艺等等。这些新技术的应用，有力的提高了烧结钕铁硼磁体的生产工艺水平。

1.2.1钕使用片铸工艺制备速凝薄带

片铸工艺的特点是通过急速冷却方法的应用减小铸块的厚度，轮辊的转速大约是每秒1-3次。铸片有着片状的晶体结构，其非常适用于制作耐高温的烧结钕铁硼磁体。片铸工艺的优势主要有以下几个优势：首先，与常规铸块的凝结速率相比，铸片的凝结速率更快，并不需要等温热的处理步骤；其次，片材经处理后能够均匀的碎裂开来，片材的主相晶粒的富钕相间层经过氢爆碎处理后能够形成很多微小的裂纹，使得其经制粉处理后能够形成取向单列的单晶粉末，有力的提高了烧结钕铁硼磁体的剩磁；再次，铸片中的富钕相薄层具有较好的分散性，使其能够在较低的烧结温度下得到高性能的永磁体。

1.2.2钕氢爆碎和气流磨制粉工艺

氢爆碎工艺通过稀土金属化合物具有的吸氢的特点，将合金放入充满氢气的环境中，氢气通过富钕相间层进入钕铁硼合金，使其胀碎并沿着富钕相薄层产生裂纹，从而确保了主相晶粒和富钕晶粒间界相的完整性。

气流磨通过高压气流将粉末状的颗粒加速到超音速，使得粉末状的颗粒因相互撞击而碎裂，使得过小的粉末颗粒被分离出来，较大的合金颗粒继续进行相互撞击。气流磨制粉工艺通过钕铁硼合金颗粒的自我撞击而粉碎，避免了颗粒与容器内壁的碰撞，从而制备出高纯度的粉末，其力度分部集中，提高了制粉的工作效率，并且可以进行不间断的生产。

2、烧结钕铁硼磁体耐高温性能的影响因素

烧结钕铁硼的磁性能是有其材料本身的成分所决定的，其对钕铁硼磁体的显微结构也有一定的影响，直接关系到烧结钕铁硼耐高温性能的高低。虽然烧结后的单位蕴含了较大的磁能量，但是其磁体不耐腐蚀、温度的稳定性也比较差，这些都影响了钕铁硼磁体使用范围。这可以通过添加元素来提高其矫顽力、加强其耐腐蚀性能和提高其温度的稳定性。

2.1镝元素的代换对钕铁硼磁体性能的影响

镝元素能够起到主相晶粒细化的作用，能够提高钕铁硼磁体的矫顽力。随着镝元素含量的添加，速凝片的厚度明显减小，其分布的均匀性得到明显的提高。当镝元素的添加到1%到2%时，对速凝片的微观组织起到了优化的作用，提高了柱状晶的生长速度。与此同时，镝元素的添加能够避免急冷面的等轴晶的形成，对经氢爆碎后的磁粉的抗氧化能力也起到了加强的作用，这些都有助于高性能烧结钕铁硼的制成。

2.2钕铝元素的掺杂对钕铁硼磁体性能的影响

在钕铁硼磁体性能的商业话生产中，铝元素的掺杂已经成为提高钕铁硼磁体矫顽性的重要因素。通过少量铝元素的添加，可以对晶粒起到细化的作用，能够使富钕相由原有的密排六方结构转换为具有较好浸润性的面心立方结构，提高了钕铁硼磁体的矫顽性。

2.3钕回火工艺对烧结钕铁硼磁体性能的影响

回火处理可以显著的提升磁体的磁性能和矫顽力，一般包括单级回火和两级回火两种，两级回火获得的磁性能更好。当钕铁硼合金在较高温度回火处理时，富钕相能够快速转变为均匀的溶液，经再次回火处理后溶液同时结晶出两种成分的固相，均匀分布的溶液的体积减少且成分出现变化，由此可以获得较高矫顽力的显微组织。两级回火处理有效的改善了钕铁硼磁体的显微组织结构，使得钕铁硼磁体晶界变得更加的均匀整理，晶界富钕相的成分能够保持稳定，其能够均匀的分布在主相晶粒的周围，这些显微结构减少了磁体的组织却小，减少了晶界处的散磁场，从而提高了钕铁硼磁体的矫顽力，也在一定程度上提高了磁体质量和性能。由此可见，二级回火处理在一级回火处理的基础上能够够获得更加良好的显微组织结构，提升钕铁硼磁体的磁性能。

3、结束语：

近些年以来，随着我国科技的快速发展，钕铁硼烧结磁体在生产工艺环节、磁体性能和应用范围方面已经取得了显著的成就。随着环保节能主题的发展，具有高矫顽力的钕铁硼磁体在风电发电机组、电动和混动汽车等返利内获得了巨大的发展。通过对科研成果的转化，使得企业能够从传统的原材料输出转变为输出高性能的元器件，推动从劳动密集型企业向高新技术的现代化企业的转变。

参考文献：

[1]泮敏翔，张朋越，葛洪良.Tb钕和钕Zr钕掺杂烧结钕NdFeB钕永磁体矫顽力的研究[J].稀有金属材钕料与工程，2013，42（8）：1685-1689.

[2]钕朱青.烧结钕Nd-Fe-B钕磁体工艺的改进及其耐腐蚀性研究[D].北京：中国科学院物理研究所，钕2013.