冶煉法和擴散法添加Dy對HDDR NdFeB各項異性磁粉性能影響的研究

卞 毅

（天津忠旺鋁業有限公司，天津 301700）

關鍵字：各項異性NdFeB磁粉；擴散；冶煉；iHc；Br；（BH）max

隨著輕量化、小型化和超薄電機的發展，粘結NdFeB磁體以其可以加工更小、更復雜的結構優勢，以及優異的防腐性能在小型電機上得到了廣泛的應用。但是為了滿足器件和系統的進一步縮小體積、節能降耗以及降低成本等，就需要進一步提高粘結磁體的磁性能和溫度穩定性。提高NdFeB磁粉的溫度穩定性最直接的方法就是有效提高磁體的矯頑力[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體的矯頑力。下面的實驗就是采用冶煉和擴散兩種不同的方法使用少量的Dy元素取代NdFeB中的部分Nd元素，比較兩種方式的添加效果，找出最佳的添加方式和添加工藝[2]。

1 冶煉法添加Dy的工藝研究

冶煉法添加Dy的工藝流程：將Dy在冶煉過程中加入，澆鑄成鋼錠、經均勻化、破碎、在經HDDR處理得到的磁粉經過溫壓成型制成各項異性粘結磁體。

首先分析了H2壓在冶煉法添加Dy時對釹鐵硼磁粉性能的影響，從圖1 H2壓與添加Dy磁粉性能的關系可以看出：①隨Dy含量的增加，磁體磁性能達到最佳值時，所需的氫分壓也隨之升高；②iHc隨Dy加入量的增加略有升高，同時Br和（BH）max隨Dy的增加而明顯降低。這是因為材料的各向異性受釹鐵硼合金與H2發生反應時的反應速率影響，速率越慢各向異性越好。然而，將Dy加入到釹鐵硼合金鑄錠后，在高溫下很難控制其反應速度[3]，使其緩慢進行使得Br、（BH）max降低，但是由于Dy2Fe14B磁粉的各向異性場HA大于Nd2Fe14B，因此Dy部分取代Nd提高了材料的iHc。

圖1 H2壓與添加Dy磁粉性能的關系

從以上分析可以得出如下結論，利用冶煉的方法在各項異性NdFeB磁粉中添加Dy很難獲得既具有高iHc又具有高性能的各項異性磁粉。

2 擴散法添加Dy的工藝研究

2.1 擴散工藝流程

采用擴散法在各項異性NdFeB磁粉中添加Dy的主要工藝流程：①首先要制備Dy氫化物細粉（5μm左右）；②再將Dy氫化物細粉按一定的比例加入到HDDR各項異性NdFeB磁粉中，攪拌均勻；③將混合粉裝入氫處理爐，將爐內的真空抽至3＊10-3Pa；④再將爐溫升至預設溫度，然后保溫一段時間，讓Dy充分擴散進磁粉；⑤急冷至室溫。

2.2 擴散工藝研究

（1）擴散溫度。在研究Dy擴散工藝對HDDR粘接釹鐵硼，磁性能影響的時候，首先對其擴散溫度作了研究如圖2所示。從圖中可以看出，隨溫度的升高開始矯頑力也隨之升高，但到780度之后矯頑力開始降低。

此外，隨Dy含量的增加，矯頑力提高的幅度增大。在擴散過程中，影響矯頑力的因素有兩個。①一定的溫度范圍內，Dy的加入生成Dy2Fe14B增加各向異性場從而提高矯頑力。②過高的溫度，降低了磁粉的矯頑力。在開始時，隨溫度的升高，擴散變得容易進行，DyFeB磁粉量增多①起的作用比②的作用明顯，所以矯頑力升高，但到780℃以后②作用開始明顯，導致矯頑力降低，選擇780℃作為Dy擴散的最佳溫度。

（2）擴散時間。接下來對擴散的時間進行了研究。如圖3 Dy擴散時間與矯頑力關系圖可以看出，隨Dy的添加量的增加，iHc也隨著增加；當Dy添加量0.04at%時，隨時間的延長，iHc處于持續降低趨勢；當Dy添加量0.08at%時，在0.5-0.75h，矯頑力變化平穩，從0.75h之后矯頑力開始降低；當Dy添加量0.12at%時隨擴散時間的延長iHc一直處于緩慢的增加趨勢。從節能及成本考慮不再延長擴散時間，所以得出最佳Dy擴散時間為1小時。

綜上所述，本研究的范圍內。最佳的擴散工藝條件為780度，擴散時間為1h。最佳擴散量為0.12。

3 冶煉法和擴散法的比較

以上的所有結果測試都是將磁粉相同的條件下壓制成7×7×7mm的立方體，后借助NIM-2000HF測試磁體的性能。

表1 冶煉法和擴散法制得粘結磁體磁性能的比較

在研究了工藝條件之后。將用擴散法和冶煉法制備的兩種各向異性NdFeB粘結磁體的性能進行了比較，結果如表1所示。與擴散前相比，經擴散添加Dy后磁體iHc提高了17%，而Br只降低了3%左右，（BH）max提高了13.8%。擴散法和冶煉法相比，這兩種方法制得的材料具有基本相同iHc的條件下，擴散法制備的材料具有更佳的磁性能。