高性能烧结钕铁硼磁体的研究

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1、山东大学博士学位论文高性能烧结钕铁硼磁体的研究姓名：王标申请学位级别：博士专业：材料物理与化学指导教师：高汝伟20040409山东大学博士学位论文摘要钕铁硼磁体的理论磁能积为512KJ／m3(64MGOe)，是硬磁性能最高、应用最广、发展最快的新～代永磁材料，称为第三代稀土永磁。在现代科学技术各领域，如计算机、信息、通讯、航空航天、交通运输(汽车)、办公自动化、家电技术与人体医疗和保健等方面获得广泛的应用。钕铁硼磁体按其制备工艺可分为烧结钕铁硼磁体和粘结钕铁硼磁体两类。烧结钕铁硼磁体的磁能积高(目前国际实验室研究水平已达到444KJ／m3<5

2、5．8MGOe)，工业生产已达到414KJ／m3(52MGOe)，．f昼是我国的多数钕铁硼生产企业，由于生产设备陈旧，工艺技术落后，致使产品性能低(磁能积一般在278—320KJ／m3(35．40MGOe)左右)，且性能的一致性和稳定性差，一直不能进入钕铁硼磁体的主流应用领域。基于这种现状，我们开展了赢性能烧结钕铁硼磁体的新工艺研究。钕铁硼磁体的硬磁性能主要取决于Nd2Fel4B(2：14：1)主相。调整磁体中主相成分可以提高内禀磁性参数、优化磁体晶粒微观结构可以提高宏观硬磁性能。我们采用先进的生产设备，采取全新的磁体制备工艺，通过调整工艺参

3、数，优化成分配方，添加微量元素等手段，使磁体的硬磁性能得以大幅度提高，工业化批量生产的烧结钕铁硼磁体磁性能稳定地达到N52及N50M所要求的性能指标。我们的主要研究工作如下：1．研制了速凝薄带(StripCasting．简称SC)工艺设备，进行了SC工艺过程及铸片微结构的研究。SC工艺是近年来开发的一种制各烧结钕铁硼磁体的新工艺，其主要特点是将熔化的合金浇注到水冷铜辊上，使合金液快速冷却结晶成厚度为O．3mm的薄片。采用该工艺可使磁体的合金成分配比接近主相Nd2Fel4B的成分，且主相晶粒细小，富钕相分布均匀，避免产生软磁性的甜Fe相。采用S

4、C工艺制备的合金铸片的微观结构满足了高性能钕铁硼磁体对合金的要求，为制备高性能钕铁硼磁体开辟了新的途径。我们自主研制了SC工艺设备，并对SCm艺制备的(wt?4)为3山东大学博士学位论文Nd28．5Dyo，5FebaiCuo．1AIo，2COlBI铸片凝固特性及片状晶形成机理进行了研究。通过调整工艺参数，研究了SC工艺不同冷却速度对合金晶粒尺寸的影响，研究了合金铸片的微结构对烧结钕铁硼磁体微结构与磁性能的影响，给出了满足制备高性能磁体的SC工艺参数。实验结果表明：铸片厚度随冷却速度升高而变薄，如果冷却速度过高，会在急冷面产生过于细小的等轴晶，

5、且富钕相分布不均匀，烧结磁体容易出现固一固烧结和主相晶粒的反常长大现象，降低了磁体的永磁性能。冷却速度过慢时，容易在铸片内产生软磁性的Ⅱ．Fe，也使永磁性能降低。采用合适的冷却速度(铜辊的转速为2．0m／s)可得到最佳的合金铸片，其中Nd2Fel4B主相被0．1-0_2斗m左右的富Nd相薄层分割成厚度为3—51xm的片状晶，且富钕相薄层均匀分布，铸片中不存在软磁性a．Fe枝状晶。随稀土含量的降低。富钕相的厚度变薄，但仍然分布均匀。用这种合金薄片制备的烧结磁体的晶粒尺寸为3-8txm，且晶粒大小均匀，富钕相分布也很均匀，可以获得高性能的钕铁硼磁

6、体。2．研究了合金铸片的取向度对烧结磁体取向度的影响。通过X．ray衍射仪分别对铸片和烧结磁体的微结构进行了对比性研究，结果表明：采用SC工艺制备的铸片主要由2：14：1相片状晶组成，且存在明显的择优取向，晶粒沿C[OOL]轴择优生长，晶粒取向度户随轮辊转速(线速度)的改变发生明显的变化。当V=2m／s时，铸片具有最佳微结构的同时，取向度也最高。由这种铸片制备的烧结磁体的取向度最高。3．采用氢处理(HydrogenDecrepitationHD)破碎工艺及气流磨(JetMillingJM)I艺制备磁体粉末。研究了氢处理破碎和气流磨制粉工艺条件

7、对磁粉晶粒微结构的影响。结果表明：氢处理工艺使含金铸片沿富钕相间界爆裂，保证破碎后的粉末颗粒为单晶，且颗粒边界存在均匀分布的富钕相，粉末粒度接近正态分布。由于薄片合金的主相结构为片状晶粒，氢处理使粉末沿富钕相间界破碎成片状颗粒，严重影响了粉末流动性和取向度的提高。为此，我们开展了对SC和HD工艺及气流磨制得磁粉的粒度对取向度的影响和添加润滑剂改善粉末流动性、提高磁体取向度的研究。研究结果表明：未添加润滑剂时，随着粉末粒度的减小，箕流动性降低，成型时粉4山末大学博士学位论文末的取向度降低，影响坯块的取向度。粉末中添加润滑剂可有效地改善流动性，成

8、型时粉末间不再出现架桥现象，有效地提高了磁体密度和取向度，随润滑剂添加量的增加，磁体的取向度提高，但当润滑剂量为0．1wt％时，取向度不再明显增加，且对磁体造成其他