耐高溫燒結釹鐵硼磁體的制備及性能研究

賈濤

摘 要：本文簡述可耐高溫燒結釹鐵硼磁體制備方法，并對制備工藝對其此題性能的影響規律做了分析和探討，以便為那耐高溫燒結釹鐵硼磁體的批量生產提供參考和借鑒，從而制造出質優價廉的電機磁體。

關鍵詞：燒結釹鐵硼；耐高溫性能；回火；顯微組織；矯頑力

引言：

燒結釹鐵硼永磁體的磁性能十分的優異，其廣泛的應用在電子計算機、發電機組、音響設備、網絡通訊設備以及航空航天等各個方面。通過高性能釹鐵硼永磁體的推廣和應用，不僅有利的提高了磁性元器件的工作效率和工作性能，還降低的單位能耗和元器件的微型化。近些年來，電動和混動汽車、具有變頻功能的電氣設備、發電機組設備等對具有耐高溫性能的燒結釹鐵硼永磁的需求與日俱增。

1、耐高溫燒結釹鐵硼磁體的制備

1.1釹耐高溫燒結釹鐵硼磁體的制備方法

燒結法即粉末冶金法，是常用的制造釹鐵硼永磁體的制備方法，其主要工藝流程主要如圖1所示。在燒結法的使用過程中，熔煉、制粉、和熱處理是比較重要的生產工藝環節。熔化煉制的環節主要是在熔化煉制爐中進行，制粉環節主要是通過氣流磨和球磨來進行，通過合理的燒結工藝處理后能夠得到顯微組織較好的鑄錠結構。如果球磨的效率好，氣流磨粒度分布也好的話，磁粉就能夠在外磁場的磁力作用下一致排列，從而有效提高的釹鐵硼磁體的磁性能。當粉末的磁場方向和壓力的方向相互平行的時候為平行取向，當粉末的磁場方向和壓力方向的角度呈現垂直狀態時為垂直取向。當粉末的磁場為垂直取向時，能夠取得較好的取向。當粉末壓結體的磁性能較低時，其粉末壓制而得到的坯件在特定條件下的密度不到七成。然后將坯件在特定溫度下進行熱處理后，其磁性能和機械性能都得到了明顯的提高。

1.2釹燒結釹鐵硼磁體的生產工藝

目前，高性能的燒結釹鐵硼磁體的生產工藝在片鑄、氫爆碎和高能氣流磨制粉工藝等等。這些新技術的應用，有力的提高了燒結釹鐵硼磁體的生產工藝水平。

1.2.1釹使用片鑄工藝制備速凝薄帶

片鑄工藝的特點是通過急速冷卻方法的應用減小鑄塊的厚度，輪輥的轉速大約是每秒1-3次。鑄片有著片狀的晶體結構，其非常適用于制作耐高溫的燒結釹鐵硼磁體。片鑄工藝的優勢主要有以下幾個優勢：首先，與常規鑄塊的凝結速率相比，鑄片的凝結速率更快，并不需要等溫熱的處理步驟；其次，片材經處理后能夠均勻的碎裂開來，片材的主相晶粒的富釹相間層經過氫爆碎處理后能夠形成很多微小的裂紋，使得其經制粉處理后能夠形成取向單列的單晶粉末，有力的提高了燒結釹鐵硼磁體的剩磁；再次，鑄片中的富釹相薄層具有較好的分散性，使其能夠在較低的燒結溫度下得到高性能的永磁體。

1.2.2釹氫爆碎和氣流磨制粉工藝

氫爆碎工藝通過稀土金屬化合物具有的吸氫的特點，將合金放入充滿氫氣的環境中，氫氣通過富釹相間層進入釹鐵硼合金，使其脹碎并沿著富釹相薄層產生裂紋，從而確保了主相晶粒和富釹晶粒間界相的完整性。

氣流磨通過高壓氣流將粉末狀的顆粒加速到超音速，使得粉末狀的顆粒因相互撞擊而碎裂，使得過小的粉末顆粒被分離出來，較大的合金顆粒繼續進行相互撞擊。氣流磨制粉工藝通過釹鐵硼合金顆粒的自我撞擊而粉碎，避免了顆粒與容器內壁的碰撞，從而制備出高純度的粉末，其力度分部集中，提高了制粉的工作效率，并且可以進行不間斷的生產。

2、燒結釹鐵硼磁體耐高溫性能的影響因素

燒結釹鐵硼的磁性能是有其材料本身的成分所決定的，其對釹鐵硼磁體的顯微結構也有一定的影響，直接關系到燒結釹鐵硼耐高溫性能的高低。雖然燒結后的單位蘊含了較大的磁能量，但是其磁體不耐腐蝕、溫度的穩定性也比較差，這些都影響了釹鐵硼磁體使用范圍。這可以通過添加元素來提高其矯頑力、加強其耐腐蝕性能和提高其溫度的穩定性。

2.1鏑元素的代換對釹鐵硼磁體性能的影響

鏑元素能夠起到主相晶粒細化的作用，能夠提高釹鐵硼磁體的矯頑力。隨著鏑元素含量的添加，速凝片的厚度明顯減小，其分布的均勻性得到明顯的提高。當鏑元素的添加到1%到2%時，對速凝片的微觀組織起到了優化的作用，提高了柱狀晶的生長速度。與此同時，鏑元素的添加能夠避免急冷面的等軸晶的形成，對經氫爆碎后的磁粉的抗氧化能力也起到了加強的作用，這些都有助于高性能燒結釹鐵硼的制成。

2.2釹鋁元素的摻雜對釹鐵硼磁體性能的影響

在釹鐵硼磁體性能的商業話生產中，鋁元素的摻雜已經成為提高釹鐵硼磁體矯頑性的重要因素。通過少量鋁元素的添加，可以對晶粒起到細化的作用，能夠使富釹相由原有的密排六方結構轉換為具有較好浸潤性的面心立方結構，提高了釹鐵硼磁體的矯頑性。

2.3釹回火工藝對燒結釹鐵硼磁體性能的影響

回火處理可以顯著的提升磁體的磁性能和矯頑力，一般包括單級回火和兩級回火兩種，兩級回火獲得的磁性能更好。當釹鐵硼合金在較高溫度回火處理時，富釹相能夠快速轉變為均勻的溶液，經再次回火處理后溶液同時結晶出兩種成分的固相，均勻分布的溶液的體積減少且成分出現變化，由此可以獲得較高矯頑力的顯微組織。兩級回火處理有效的改善了釹鐵硼磁體的顯微組織結構，使得釹鐵硼磁體晶界變得更加的均勻整理，晶界富釹相的成分能夠保持穩定，其能夠均勻的分布在主相晶粒的周圍，這些顯微結構減少了磁體的組織卻小，減少了晶界處的散磁場，從而提高了釹鐵硼磁體的矯頑力，也在一定程度上提高了磁體質量和性能。由此可見，二級回火處理在一級回火處理的基礎上能夠夠獲得更加良好的顯微組織結構，提升釹鐵硼磁體的磁性能。

3、結束語：

近些年以來，隨著我國科技的快速發展，釹鐵硼燒結磁體在生產工藝環節、磁體性能和應用范圍方面已經取得了顯著的成就。隨著環保節能主題的發展，具有高矯頑力的釹鐵硼磁體在風電發電機組、電動和混動汽車等返利內獲得了巨大的發展。通過對科研成果的轉化，使得企業能夠從傳統的原材料輸出轉變為輸出高性能的元器件，推動從勞動密集型企業向高新技術的現代化企業的轉變。

參考文獻：

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