冶炼法和扩散法添加Dy对HDDR NdFeB各项异性磁粉性能影响的研究

卞 毅

（天津忠旺铝业有限公司，天津 301700）

关键字：各项异性NdFeB磁粉；扩散；冶炼；iHc；Br；（BH）max

随着轻量化、小型化和超薄电机的发展，粘结NdFeB磁体以其可以加工更小、更复杂的结构优势，以及优异的防腐性能在小型电机上得到了广泛的应用。但是为了满足器件和系统的进一步缩小体积、节能降耗以及降低成本等，就需要进一步提高粘结磁体的磁性能和温度稳定性。提高NdFeB磁粉的温度稳定性最直接的方法就是有效提高磁体的矫顽力[1]。而采用少量的Dy元素取代NdFeB中的部分Nd元素可以有效的增加磁体的矫顽力。下面的实验就是采用冶炼和扩散两种不同的方法使用少量的Dy元素取代NdFeB中的部分Nd元素，比较两种方式的添加效果，找出最佳的添加方式和添加工艺[2]。

1 冶炼法添加Dy的工艺研究

冶炼法添加Dy的工艺流程：将Dy在冶炼过程中加入，浇铸成钢锭、经均匀化、破碎、在经HDDR处理得到的磁粉经过温压成型制成各项异性粘结磁体。

首先分析了H2压在冶炼法添加Dy时对钕铁硼磁粉性能的影响，从图1 H2压与添加Dy磁粉性能的关系可以看出：①随Dy含量的增加，磁体磁性能达到最佳值时，所需的氢分压也随之升高；②iHc随Dy加入量的增加略有升高，同时Br和（BH）max随Dy的增加而明显降低。这是因为材料的各向异性受钕铁硼合金与H2发生反应时的反应速率影响，速率越慢各向异性越好。然而，将Dy加入到钕铁硼合金铸锭后，在高温下很难控制其反应速度[3]，使其缓慢进行使得Br、（BH）max降低，但是由于Dy2Fe14B磁粉的各向异性场HA大于Nd2Fe14B，因此Dy部分取代Nd提高了材料的iHc。

图1 H2压与添加Dy磁粉性能的关系

从以上分析可以得出如下结论，利用冶炼的方法在各项异性NdFeB磁粉中添加Dy很难获得既具有高iHc又具有高性能的各项异性磁粉。

2 扩散法添加Dy的工艺研究

2.1 扩散工艺流程

采用扩散法在各项异性NdFeB磁粉中添加Dy的主要工艺流程：①首先要制备Dy氢化物细粉（5μm左右）；②再将Dy氢化物细粉按一定的比例加入到HDDR各项异性NdFeB磁粉中，搅拌均匀；③将混合粉装入氢处理炉，将炉内的真空抽至3＊10-3Pa；④再将炉温升至预设温度，然后保温一段时间，让Dy充分扩散进磁粉；⑤急冷至室温。

2.2 扩散工艺研究

（1）扩散温度。在研究Dy扩散工艺对HDDR粘接钕铁硼，磁性能影响的时候，首先对其扩散温度作了研究如图2所示。从图中可以看出，随温度的升高开始矫顽力也随之升高，但到780度之后矫顽力开始降低。

此外，随Dy含量的增加，矫顽力提高的幅度增大。在扩散过程中，影响矫顽力的因素有两个。①一定的温度范围内，Dy的加入生成Dy2Fe14B增加各向异性场从而提高矫顽力。②过高的温度，降低了磁粉的矫顽力。在开始时，随温度的升高，扩散变得容易进行，DyFeB磁粉量增多①起的作用比②的作用明显，所以矫顽力升高，但到780℃以后②作用开始明显，导致矫顽力降低，选择780℃作为Dy扩散的最佳温度。

（2）扩散时间。接下来对扩散的时间进行了研究。如图3 Dy扩散时间与矫顽力关系图可以看出，随Dy的添加量的增加，iHc也随着增加；当Dy添加量0.04at%时，随时间的延长，iHc处于持续降低趋势；当Dy添加量0.08at%时，在0.5-0.75h，矫顽力变化平稳，从0.75h之后矫顽力开始降低；当Dy添加量0.12at%时随扩散时间的延长iHc一直处于缓慢的增加趋势。从节能及成本考虑不再延长扩散时间，所以得出最佳Dy扩散时间为1小时。

综上所述，本研究的范围内。最佳的扩散工艺条件为780度，扩散时间为1h。最佳扩散量为0.12。

3 冶炼法和扩散法的比较

以上的所有结果测试都是将磁粉相同的条件下压制成7×7×7mm的立方体，后借助NIM-2000HF测试磁体的性能。

表1 冶炼法和扩散法制得粘结磁体磁性能的比较

在研究了工艺条件之后。将用扩散法和冶炼法制备的两种各向异性NdFeB粘结磁体的性能进行了比较，结果如表1所示。与扩散前相比，经扩散添加Dy后磁体iHc提高了17%，而Br只降低了3%左右，（BH）max提高了13.8%。扩散法和冶炼法相比，这两种方法制得的材料具有基本相同iHc的条件下，扩散法制备的材料具有更佳的磁性能。