稀土铁系粘结永磁材料

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1、第五节稀土铁系粘结永磁材料将具有一定永磁性能的永磁材料粉末与粘结剂和其它添加剂按一定比例均匀混合，然后用压制、挤出或注射成型等方法制成的复合永磁材料，称为粘结永磁材料。与烧结永磁材料相比，其突出优点是，它的尺寸精度高，不变形，无需二次加工；形态自由度大可根据使用需求造成各种形状如条状、片状、管状、圆环状或其它复杂形状；便于大批量生产，机械强度高。粘结永磁材料的缺点是磁性能较低，使用强度不高。由于稀土铁系粘结永磁材料具有原材料资源丰富、成本低、磁性能相对较高等优势，近几年得到了迅速地发展，平均每年以

2、约35~40%的速度增加。预计到2010年，全球粘结Nd-Fe-B系永磁材料的产量将达4.6万吨，产值将达到20亿美元以上，发展前景十分广阔。一、粘结永磁体的磁性能与影响因素研究表明，将具有一定磁性能的粉末做成粘结磁体与原磁性粉末相比，其Hci基本不降低，但其Br和(BH)m有较大的降低,粘结磁体的剩磁可表示为式中，W是粘结剂和添加剂的体积分数。对于压制成型并使用环氧树脂作粘结剂，W一般约14%——15%（相当于质量分数约2.5%~3%），它是使粘结磁体性能比磁粉低的主要参量。d是粘结磁体的实际密

3、度，它与成型时的压力大小有关。d0是粘结体的理论密度。是磁性粉末颗粒晶体的取向因子。对单轴各向异性的磁性粉末来说，当粉末颗粒易磁化轴混乱取向时，=0.5，各向同性粘结磁体便是如此。当粉末颗粒为单轴单晶体，且易磁化轴沿磁场取向方向完全取向时，=1.0。当粉末颗粒的易磁化轴部分取向时，可在0.5-1.0范围内变化。取向因子的高低与粉末颗粒尺寸、形状、取向场的强度、成型方法等因素有关。是磁性粉末的剩磁，它与合金磁粉的成分、制造方法、磁粉颗粒显微结构有关。粘结磁体的磁能积(BH)m可表示为式中，Br为粘结

4、磁体的剩磁，Hcb为粘结磁体的磁感矫顽力。g是第二象限B-H曲线的隆起度，可表达为实验表明，随成型压力的增加，磁体密度提高，Br、(BH)m均提高，说明采用合适的压力是提高粘结Nd-Fe-B永磁体磁性能的有效途径。另外，磁粉颗粒尺寸和相互搭配对其性能也有影响。如果颗粒过粗如0.105mm（140目）以上，粘结磁体的密度和磁性能都比较低；当粉末颗粒尺寸小于10m以下，粘结磁体的密度上不去，其性能也不高；当将0.074mm+0.147mm两种不同尺寸的磁粉按1：1比例混合可获得较高磁性能。实验还表明

5、，将烧结Nd-Fe-B系永磁体材料或Nd-Fe-B系合金铸锭直接破碎、研磨成粉末，其矫顽力小于160KA·m-1，不能用来制造粘结永磁材料。用来制造粘结永磁材料的Nd-Fe-B磁粉通常采用“熔体快淬法”、“HDDR法”、“机械合金化法”和“熔体雾化法”等方法制备，其中前两种方法目前最为常用。二、快淬法制造Nd-Fe-B永磁粉末熔体快淬法（又称为MQ法）已成为生产稀土——铁系永磁材料的重要工艺技术，其工艺流程为真空感应熔炼→熔体快淬带→制粉→退火→制造粘结磁体在单辊真空熔体快淬设备中，感应线圈将石英

6、坩埚内的Nd-Fe-B母合金加热熔化成为熔体，通过气阀调节氩气压力将Nd-Fe-B熔体从坩埚下端的小孔喷射到高速转动的紫铜辊表面，使合金液体以105~106℃/S速度冷却。用单辊法制造的Nd-Fe-B薄带的厚度一般为30-80m，宽度为1-30mm，长度取决于坩埚的容量。研究表明，快淬冷却速度v和合金B含量对快淬薄带的Hci有重要影响。对Nd0.15(Fe1-yBy)0.85合金，当y=0时，矫顽力很低；当y=0.07时，其矫顽力增加到1592KA·m-1。当B含量较高时，尽管合金具有较高的Hc

7、i但Br降低了，相应地(BH)m也降低了。X射线分析表明，不含B的快淬合金的相组成是Nd2Fe17化合物和少量的Nd相。当B原子分数为0.05%时，合金以Nd2Fe14B相为主。当B含量大于0.05%时，快淬合金出现第二个金属间化合物，可能是NdFe14B4相。另外，在最佳快淬速度下，随Nd含量的升高，Fe含量的减少，矫顽力升高，磁能积也提高，但Br降低。特别当Nd含量为0.13（相当于Nd13Fe82.6B4.4）时，合金的磁能积为112.2KJ·m-3。获得最大磁能积(BH)m的快淬速度称为最

8、佳快淬速度v佳；小于v佳的快淬速度称为欠快淬速度；大于v佳的快淬速度称为过快淬速度。用欠快淬速度（<14m·s-1）制造的Nd-Fe-B薄带的退磁曲线上出现台阶段，说明它是由两个铁磁性相组成。用过快淬速度（≥30m·s-1）制造的合金带是非晶态的，矫顽力很低，磁能积几乎等于零。用v佳=19m·s-1制备的Nd13.5Fe79.85B4.65合金的磁能积(BH)m=111.4KJ·m-3。三、HDDR法制造Nd-Fe-B永磁粉末（一）氢与R-TM化合物的相互作用在一定的温度和氢气压力