（材料学专业论文）烧结钕铁硼永磁体性能的研究.pdf

迄今为止，中国企业的烧结n d f e b 永磁体最高磁能积仍徘徊在3 8 4 1 m g o e 之间，其矫顽力也相对较低，居里点低、温度稳定性较差、化学稳定 性欠佳、耐腐蚀性能较差。因此系统研究烧结工艺因素及元素复合添加对n d f e b 永磁体性能的影响，从而获得高性能烧结n d f e b 永磁体不仅具有重大的经济 意义，更具广泛的应用前景和理论价值。目前，本研究主要有以下进展： 1 系统地研究了烧结工艺参数对n d f e b 永磁体n d 。f e 。出。￥。性能的 影响规律，结果表明随钕铁硼合金铸锭厚度降低，其对应烧结磁体的磁能积和 内禀矫顽力提高；球磨时间由4 h 升至6 h 时，对应烧结磁体的磁能积和内禀矫 顽力有很明显的提高；随粉末成型压力增大，主相晶粒明显细化，磁体的剩磁 和磁能积基本保持不变，内禀矫顽力和密度都有不同程度的升高：随等静压压 力增大，烧结磁体剩磁略有升高，内禀矫顽力、磁能积和磁体密度都有较明显 的升高；随取向磁场强度增大，磁体的剩磁和磁能积都明显升高，内禀矫顽力 略有提高；随烧结温度升高，磁体的剩磁、内禀矫顽力和磁能积具有最佳值； 烧结温度为1 1 2 5 时，随保温时间增加，磁体的剩磁、内禀矫顽力和磁能积具 有最佳值；x c 回火处理时，随保温时间增加，磁体的剩磁、内禀矫顽力和磁能 积也具有最佳值。 2 获得了优化的n d f e b 烧结工艺参数：铸锭厚度为3 c m ：铸锭粉末的球磨 时间为4 5 小时；粉末成型压力为1 2 m p a ：粉末成型时外加取向磁场强度为 1 8 0 0 0 g s ；烧结炉内烧结温度为1 1 2 5 ，在此温度保温3 小时；第一次回火处 理时于x 。c 保温2 小时：第二次回火处理时于y 保温3 5 小时。采用上述优化 的烧结工艺参数所对应烧结磁体的剩磁、内禀矫顽力和磁能积分别为 1 2 6 2 k g s 、1 3 0 4 k o e 和3 6 4 5 m g o e 。 3 在优化的烧结工艺参数基础上，系统地研究了元素复合添加对烧结n d f e b 磁体性能的影响规律，得出如下结论： ( 1 ) 随烧结磁体n d ，f e 蛳。$ 。￥。内n d 质量分数增加，磁体的剩磁、内禀 矫顽力和磁能积都具有最佳值；随烧结磁体n d 。f e 。一b 1 1 ￥n * d y ，内d y 质量分 数增加，磁体主相晶粒明显细化，磁体的内禀矫顽力上升幅度很大，剩磁降低， 磁能积也明显下降。 ( 2 ) 随烧结磁体n d 。f e 。b i 【￥。n b ，内n b 质量分数增加，主相晶粒明显 细化，富n b 相增多，磁体的内禀矫顽力上升幅度很大，剩磁和磁能积下降。 n d 船f e 。b l l ￥。o n b 。磁体的综合性能最佳 其对应的剩磁、内禀矫顽力和磁 能积分别为1 3 1 3 k g s 、1 5 5 7 k o e 和4 0 7 3 m g o e 。 ( 3 ) 随烧结磁体n d 。f e 。盼￥。z r x 内z r 质量分数增加，主相晶粒明显 细化，晶间相也有所增多，磁体的内禀矫顽力上升幅度较大，剩磁略有降低。随 烧结磁体n d 。f e 。昕1 乩￥。$ ，5 w ，内w 质量分数增加，主相晶粒明显细化， 并出现了晶间新相w f e b 相，磁体的内禀矫顽力明显上升，剩磁和磁能积下降 幅度都较小，n d 。f e 。￥。$ 。w o ，。磁体的综合磁性能最佳，其平均剩磁、 平均内禀矫顽力和平均磁能积分别为1 2 3 2 k g s 、1 8 0 6 k o e 和3 8 3 1 m g o e 。 ( 4 ) 随烧结磁体n d 。5 f e 。，b l l ￥。$ 。中。6 。7 5 g a 。内g a 质量分数增加，主 相晶粒明显细化，磁体的内禀矫顽力上升幅度较大，剩磁和磁能积呈下降趋势。 g a 质量分数由0 2 5 增至1 5 0 时，磁体的内禀矫顽力增加了3 4 1 k g s ，磁能 积降低了3 2 6 m g o e 。最终获得了具有高矫顽力、较高磁能积和高耐蚀性的烧结 n d f e b 永磁材料n d 。f e 。￥。6 。$ 。g a o ，。，该磁体的剩磁、内禀 矫顽力和磁能积分别为1 3 0 3 k g s 、1 9 3 4 k o e 和3 9 9 7 m g o e 。 ( 5 ) 随烧结磁体n d 。f e 。b l 】￥。$ 。t b 。内t b 质量分数增加，主相晶粒明 显细化且大小均匀，磁体的内禀矫顽力上升幅度很大：剩磁和磁能积呈下降趋 势。烧结磁体n d 。f e 。6 5 b 。￥。$ 。t b 综合磁性能最佳，该磁体的剩磁、内 禀矫顽力和磁能积分别为1 2 7 9 k g s 、1 6 8 0 k o e 和4 0 1 m g o e 。 ( 6 ) 随烧结磁体n d 。f e 。阢￥。$ 。o g d 。c u ，内c u 质量分数增加，主 相晶粒明显细化，主相大晶粒被分化为若干个亚晶粒，主相晶粒边界生成四方相 n d 6 f e l 3 c u ，磁体的内禀矫顽力明显上升，剩磁和磁能积均有最佳值。最终获得 了具有较高矫顽力、高磁能积和高温度稳定性的烧结磁体n d 。f e 。b l l ￥。 $ 。v 。o g d o d c u 。该磁体的剩磁、内禀矫顽力和磁能积分别为1 3 3 3 k g s 、 1 5 6 6 k o e 和4 2 6 1 m g o e 。 a b s t r a c t u p t on o w , t h e e n e r g yp r o d u c t o f s i n t e r e dn d f e - bm a g n e t si nc h i n e s ef a c t o r i e si s b e t w e e n3 8m g o ea n d4 1m g o e c o m p a r e dw i t ht h o s ep r o d u c e da b r o a d ，c h i n e s e s i n t e r e dn d f e - b m a g n e t s h a v el o wc o e r c i v i t y , l o wc u r i e t e m p e r a t u r e ，w o r s e t e m p e r a t u r es t a b i l i t y , w o r s ec h e m i c a ls t a b i l i t ya n dw o r s ec o r r o s i o nr e s i s t a n c e t h u s ， w es h o u l d i n v e s t i g a t es y s t e m a t i c a l l y t h ee f f e c to f s i n t e r e dp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sa n d m i x e de l e m e n t a la d d i t i o no nt h ep e r f o r m a n c eo fn d - f e b m a g n e t si n o r d e rt o a c h i e v es i n t e r e dn d - f e - bp e r m a n e n tm a g n e t sp o s s e s s i n gh i g hp e r f o r m a n c e i tw i l l h a v en o to n l y g r e a te c o n o m i cs i g n i f i c a n c ea n d a c a d e m i cs i g n i f i c a n c e ，b u ta l s ob r o a d a p p l i c a t i o nf o r e g r o u n d t h ef o l l o w i n g sa r et h ep r o g r e s s i n go f t h i ss t u d y ： 1 t h ee f f e c to f s i n t e r e d p r o c e s s i n gp a r a m e t e r s o nt h ep e r f o r m a n c eo f n d 5 f e 71 5 b l 】 ￥2om a g n e t sw a si n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l y t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e e n e r g yp r o d u c ta n di n t r i n s i cc o e r c i v i t yo fm a g n e t si m p r o v e dw i 吐ld e c r e a s i n gt h e t h i c k n e s so fc a s ti n g o t ；t h ee n e r g y p r o d u c ta n d i n l r i n s i cc o e r c i v i t yo f m a g n e t sa l s o i m p r o v e dw h e np o w d e rm i l l i n g t i m em o u n t e du pf r o m4h o u rt o6h o u r ；w i t h i n c r e a s i n gt h ep o w d e rf o r m i n gp r e s s u r e ，t h ec r y s t a lg r a i n so fn d 2 f e 4 bp h a s ew e r e r e f i n e d ，f u r t h e r m o r e ，t h er e m a n e n e ea n de n e r g yp r o d u c tk e p tc o n s t a n t ，a tt h es s t u q e t i m e ，t h ei n t r i n s i cc o e r c i v i t ya n dd e n s i t yo fm a g n e t se n h a n c e di nd i f f e r e n td e g r e e ； w i t h i n c r e a s i n g t h ei s o s t a t i c p r e s s u r e ，t h e r e m a n e n c eo fm a g n e t si n c r e a s e d a p p r e c i a b l y , a tt h es a m et i m e ，t h ee n e r g yp r o d u c t ，t h ei n t r i n s i cc o e r e i v i t y a n dt h e d e n s i t yo fm a g n e t si n c r e a s e do b v i o u s l y ；w i t hi n c r e a s i n gt h ea l i g n m e n tm a g n e t i c f i e l d s t r e n g t h ，t h ee n e r g yp r o d u c t a n dt h er e m a n e n c eo fm a g n e t si n c r e a s e d o b v i o u s l y ，a n dt h ei n t r i n s i cc o e r c i v i t y o fm a g n e t si n c r e a s e di ns o m es o r t ；w i t h i n c r e a s i n gt h es i n t e r e dt e m p e r a t u r e ，t h ee n e r g yp r o d u c t , t h er e m a n e n c ea n dt h e i n t r i n s i cc o e r c i v i t yo fm a g n e t ss h o w e do p t i m a lv a l u er e s p e c t i v e l y ；w i t hi n c r e a s i n g t h ei n c u b a t i o nt i m ei n1 1 2 5 c ，t h ee n e r g yp r o d u c t ，t h er e m a n e n c ea n dt h ei n t r i n s i c c o e r c i v i t yo fm a g n e t sa l s op o s s e s s e do p t i m a l v a l u er e s p e c t i v e l y ；w i t hi n c r e a s i n gt h e i n c u b a t i o nt i m ei nt e m p e rt r e a t m e n tt e m p e r a t u r eo fx ，t h ee n e r g yp r o d u c t ，t h e r e m a n e n c ea n dt h e i n t r i n s i c c o e r c i v i t y o fm a g n e t sa l s oh a d o p t i m a l v a l u e r e s p e c t i v e l y 1 堑婆盔兰堕主重堂茎壑童 2 b a s e do na b o v e ，t h eo p t i m i z e ds i n t e r e dn d f e bp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sw e r e a c h i e v e d , a n ds u c ho p t i m i z e dp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sw e r ea sf o l l o w s ：n l et h i c k n e s s o fc a s ti n g o tw a s3 c m ；t h ep o w d e rm i l l i n gt i m ew a s4 5h o u r ；t h ep o w d e rf o r m i n g p r e s s u r ew a s1 2 口a ：t h ea l i g n m e n tm a g n e t i cf i e l ds 仃e n g t hw a s1 8 0 0 0 g s ；t h e s i n t e r e dt e m p e r a t u r ew a s1 1 2 5 ( 2 ；t h ei n c u b a t i o nt i m ei n1 1 2 5 cw a s3h o u r ；t h e i n c u b a t i o nt i m ei nt e m p e rt r e a t m e n tt e m p e r a t u r eo fx f o rt h ef i r s tt i m ew a s2 h o u r ：t h ei n c u b a t i o nt i m ei nt e m p e rt r e a t m e n tt e m p e r a t u r eo fy f o rt h es e c o n d t i m ew a s3 5h o u r b a s e do na b o v eo p t i m i z e ds i n t e r e dp r o c e s s i n gp a r a m e t e r s ，w e a c h i e v e ds i n t e r e dn d f e - bm a g n e t s ，t h ee n e r g yp r o d u c t t h er e m a n e n c ea n dt h e i n t r i n s i cc o e m i v i t yo fs u c hm a g n e t sw e r e3 6 4 5 m g o e ，1 2 6 2 k g sa n d1 3 0 4 k o e 3 b a s e do na b o v eo p t i m i z e dp r o c e s s i n gp a r a m e t e r s ，t h ee f f e c to fm i x e de l e m e n t a l a d d i t i o no nt h e p e r f o r m a n c e o fs i n t e r e dn d - f e - bm a g n e t sw a s i n v e s t i g a t e d s y s t e m a t i c a l l y n l e c o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a s t os i n t e r e dn d ，f e & l ￥n2 5 2 。m a g n e t s ，t h ee n e r g y p r o d u c t , t h er e m a n e n c e a n dt h ei n t r i n s i cc o e r c i v i t yp o s s e s s e do p t i m a lv a l u er e s p e c t i v e l yw i t hi n c r e a s i n g n e o d y m i u mm a s sf r a c t i o n ；a st o s i n t e r e dn d 5 f e i ；b 【￥o d y ，m a g n e t s ，w i t h i n c r e a s i n gd y s p r o s i u mm a s sf r a c t i o n ，t h ec r y s t a lg r a i n so fn d 2 f e l 4 bp h a s ew e r e r e f i n e do b v i o u s l y , a n dt h ei n t r i n s i cc o e m i v i t ye n h a n c e d 、v i t i lb i ga m p l i t u d e ，a tt h e s a m e t i m e ，t h ee n e r g yp r o d u c t a n dt h er e m a n e n c ed e c r e a s e d o b v i o u s l y ( 2 ) a st os i n t e r e dn d f e m bj ￥5 lo n b 。m a g n e t s ，w i t hi n c r e a s i n gn i o b i u m m a s sf r a c t i o n ，t h ec r y s t a lg r a i n so fn d 2 f e t 4 bp h a s ew e r er e f i n e do b v i o u s l ya n dt h e a m o u n to fn b - r i c hp h a s e si n c r e a s e d ，a tt h es a m et i m e ，t h ei n t r i n s i cc o e r c i v i t y i m p r o v e dw i t hb i ga m p l i t u d e , m o r e o v e gt h ee n e r g yp r o d u c ta n dt h e r e m a n e n c e d e c r e a s e d t h es y n t h e t i c a lp e r f o r m a n c eo fn d 2 95 f e 晡6 5 b ll ￥o2 5 1o n b 【5m a g n e t w a s o p t i m a l ，a n di t sc o r r e s p o n d i n gr e m a n e n c e ，i n t r i n s i cc o e r c i v i t y a n de n e r g yp r o d u c t w e r e1 3 1 3 k g s 1 5 5 7 k o ea n d4 0 7 3 m g o e ( 3 ) a st os i m e r e dn d 5 f e 。b l l y n # lo z r 。m a g n e t s ，w i t hi n c r e a s i n gz i r c o n i u m m a s sf r a c t i o n , t h ec r y s t a lg r a i n so fn d 2 f e l 4 bp h a s ew e r er e f i n e do b v i o u s l ya n d t h e a m o u n to fi n t e r c r y s t a l l i n ep h a s e si n c r e a s e d ，f u r t h e r m o r e ，t h ei n t r i n s i cc o e r c i v i t y e n h a n c e dw i t hb i g g e ra m p l i t u d ea n dt h er e m a n e n c el o w e r e da p p r e c i a b l y ；a st o s i n t e r e dn d a5 f e * b 卫￥n $ l5 w ：m a g n e t s ，w i t hi n c r e a s i n gt u n g s t e nm a s s f r a c t i o n , t h ec r y s t a lg r a i n s o fm a i n p h a s e w e r er e f i n e d s i g n a l l y a n dt h e i n t c r c r y s t a l l i n ep h a s ew f e ba p p e a r e d ，m o r e o v e r , t h ei n t r i n s i cc o e r e i v i t yi m p r o v e d i v a b s t r a c t o b v i o u s l y , b u t t h ee n e r g y p r o d u c ta n dt h er e m a n e n c ed e c r e a s e dw i t hs m a l la m p l i t u d e ， t h es y n t h e t i c a l p e r f o r m a n c eo f n d 船5 f e 6 59 8 1 1 ￥n 衢lo $ 【5 w 07 6 m a g n e t w a so p t i m a l a n di t s c o r r e s p o n d i n gr e m a n e u c e ，i n t r i n s i cc o e r c i v i t ya n de n e r g yp r o d u c tw e r e 1 2 1 3 2 k g s 1 8 0 6 k o ea n d3 8 3 1 m g o e ( 4 ) a s t os i n t e r e dn d 嚣5 f e n b l i ￥ln $ l5 中u - 60 7 如a 。m a g n e t s ，w i t hi n c r e a s i n g g a l l i u mm a s sf r a c t i o n ，t h ec r y s t a lg r a i n so f n d 2 f e l 4 bp h a s ew e r er e f i n e dv a s t l ya n d t h ei n t r i n s i cc o e r c i v i t yi n c r e a s e ds i g n a l l y , m o r e o v e r , t h er e m a n e n c ea n dt h ee n e r g y p r o d u c td e c r e a s e d i tr e s u l t e di na ni n c r e a s eo ft h ei n t r i n s i cc o e r c i v i t yb y3 4 1 k g s a n dad e c r e a s eo ft h ee n e r g yp r o d u c tb y3 2 6 m g o ei ft h eg a l l i u mm a s s 丘a c t i n n e n h a n c e d f r o m 0 2 5 t o1 5 0 a t l a s t t h e n d 2 95 f e 矾晡b l 0 ￥0 2 56o 巧$ 5 中0 5 g a 0 巧 m a g n e tp o s s e s s i n gh i g hi n t r i n s i cc o e r c i v i t y , u p p e re n e r g yp r o d u c ta n d h i 曲c o r r o s i o n r e s i s t a n c ew a sa c h i e v e d ，a n di t s c o r r e s p o n d i n gr e m a n e n c e ，i n t r i n s i cc o e r c i v i t ya n d e n e r g yp r o d u c tw e r e1 3 0 3 k g s ，1 9 3 4 k o ea n d3 9 9 7 m g o e ( 5 ) a s t os i n t e r e dn d 盟6 f e 晡硒1 8 1l ￥n 踮ld $ 【5 t b ，m a g n e t s ，w i t h i n c r e a s i n gt e r b i u m m a s sf r a c t i o n , t h ec r y s t a lg r a i n so f n d 2 f e l 4 bp h a s e 、e r er e f i n e do b v i o u s l ya n dt h e g r a i ns i z ew a sh o m o g e n e o u s ，m o r e o v e r , t h ei n t r i n s i cc o e r c i v i 够i m p r o v e dg r e a t l y , h o w e v e r , t h er e r n a n e n c ea n d t h ee n e r g y p r o d u c td e c r e a s e d t h ec o m p o s i t i v ep r o p e r t y o fn d 2 96 f e 瓿咕b - o ￥n2 5 $ 15 t bm a g n e tw a s o p t i m a l a n d i t s c o l r e s p o n d i n g r e m a n e n c e ，i n t r i n s i cc o e r c i v i t ya n de n e r g yp r o d u c tw e r e1 2 7 9 k g s ，1 6 8 0 k o ea n d 4 0 1 m g o e ( 6 ) a s 幻s i n t e r e d n d 粗5 f e 斟铂。b 1 1 ￥o 巧。$ 5 t , g d o u 。m a g n e t s ，w i t h i n c r e a s i n g c o p p e r m a s sf r a c t i o n ，t h ec r y s t a lg r a i n so f n d 2 f e l 4 b p h a s e w e r er e f i n e dg r e a t l y , a n d t h eb i gc r y s t a lg r a i n so fm a i np h a s ew e r ed i v i d e di n t ou m p t yh y p o - g r a i n s ，a tt h e s a l i l et i m et h es q u a r ep h a s en d 6 f e l 3 c uf o r m e da m o n gt h eb o u n d a r yo f n d 2 f e l , b p h a s e ，a n dt h ei n t r i n s i cc o e r e i v i t yi n c r e a s e do b v i o u s l y , n l o r e o v e r , t h er e m a n e n c ea n d t h ee n e r g yp r o d u c tp o s s e s s e do p t i m a lv a l u er e s p e c t i v e l y a sar e s u l t , t h es i n t e r e d n d n5 f e h6 5 b ￥0 2 5 $ l5 v i , g d o 8 c u o ? m a g n e tp o s s e s s i n gu p p e r i n t r i n s i cc o e r e i v i t y , h i 曲e n e r g yp r o d u c t a n d h i g ht e m p e r a t u r e s t a b i l i t y w a s o b t a i n e d ，a n d i t s c o r r e s p o n d i n gr e m a n e n c e ，i n t r i n s i cc o e r c i v i t y a n d e n e r g yp r o d u c t w e r e 1 3 3 3 k g s 1 5 6 6 k o ea n d4 2 6 1 m g o e v 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题的目的与意义 硬磁材料由于矫顽力高，经技术磁化到饱和并去掉外磁场后，它仍能长期 保持很强的磁性，因此硬磁材料又称永磁材料。永磁材料具有机械能与电磁能 相互转换的功能，利用其能量转换功能和磁的各种物理效应可将永磁材料做成 多种形式的永磁功能器件，永磁材料已成为高新技术、新兴产业和社会进步的 重要物质基础之一。 现代工业和科学技术广泛应用的永磁材料有铸造永磁材料、铁氧体永磁材 料、稀土永磁材料和其它永磁材料等四大类。永磁材料中最新、性能最好的是 稀土永磁材料，它是稀土元素( s m 、n d 、p r 等) 与过渡金属( c o 、f e 等) 所形成 的一类高性能永磁材料。通常以技术参量最大磁能积( b h ) r r i 、剩磁b r 、磁感 矫顽力i - h b 、内禀矫顽力h c j 等来衡量该类物质的磁性能优劣。稀土铁永磁材 料是指以稀土与铁形成的金属间化合物为基体的永磁材料，按制造方法分为烧 结永磁材料1 1 - 4 1 、热变形永磁材料1 5 - 8 1 和粘结永磁材料p j l l 等。其中烧结永磁体性 能稳定并且十分理想。烧结n d f e b 永磁材料的制作方法有粉末冶金法( 烧结 法) 、合金锭均匀化处理和铸带工艺、双相合金法、湿压成型工艺和橡皮模等 静压法等。 稀土永磁材料自二十世纪六十年代出现以来，已连续实现三次突破性进 展。六十年代出现了第一代稀土永磁s m c 0 5 ：七十年代出现了第二代稀土永磁 s m e c o l 7 ：八十年代初又发展了第三代稀土永磁，即n d _ f e b 永磁材料，该材 料的问世震动了与永磁材料有关的许多技术领域，其优异的磁性能是其它永磁 材料所望尘莫及的。n d f e b 永磁材料是以化合物n d 2 f e l 4 b 为基体，含有少量 富n d 相和富f e 相的永磁材料，称为稀土金属间化合物永磁。商品系永磁体的 磁能积约为2 5 3 6 m g o e ，实验室样品的磁能积更高一点。与s m c 0 5 等永磁材 料相比，n d f e - b 系永磁材料的磁性能高，它的最高磁能积相当于铁氧体永 磁体的5 8 倍，铸造a 1 - n i c o 永磁的3 l o 倍；它的矫顽力相当于铁氧体的5 7 倍，铸造a 1 - n i c o 系永磁的5 1 5 倍。其次它资源丰富，我国稀土资源储量约 占世界储量的8 0 ，而n d f e b 系永磁材料是以铁为基体，不含战略稀缺元素 c o 和n i ，在稀土矿中，n d 含量仅次于c e 、l a ，它的储量相当于s m 储量的 l o 1 6 倍，因此价格便宜。另外，n d f e b 系永磁材料的机械力学性能比s m c 0 5 和a i - n i c o 合金都好，可进行切削和钻孔，它的密度比s m c 0 5 合金低。其缺 点是居里温度低、温度稳定性较差、化学稳定性欠佳。 中、欧、美、日等国已投资建立了n d f e b 永磁材料厂，创造了永磁材料 由研究成功到投入生产时间最短的记录。目前国内和国际永磁体发展趋势是 n d f e b 系永磁材料正在取代s i n - c o 永磁材料和铸造永磁材料，铁氧体永磁材 料虽然价格较低，但其磁性能很低、温度稳定性差和工作温度低，因此铁氧体 永磁材料也会逐渐被n d f e b 系永磁材料所取代。 稀土钕铁硼永磁体是当代磁性最强的永磁体，它不仅具有高磁能积、高性 能价格比等优异特性，而且容易加工成各种尺寸，现已广泛应用于航空、航天、 微波通讯技术、电子、电声、机电、计算技术、自动化技术、汽车工业、石油 化工、磁分离技术、仪器仪表、磁医疗技术及其他需用永久磁场的装置和设备 中，特别适用于研制高性能、小型化、轻型化的各种换代产品1 1 2 i 。如在微波通 讯技术中的应用于磁控管、行波管、阴极管、隔离器及环行器等；在电声器件 中应用于音响器件的扬声器、拾音器、电话接受机和电传器等；在磁力机械中 应用于磁力传动器、打捞器、磁力泵和磁性阀等：在磁分离技术中应用于磁选 机、高强度净化磁水器和物料净化器等；在磁化技术中应用于磁化水除污器和 磁化防腊器等；在家用电器中应用于空调机、冰箱、洗衣机、电剃刀和吸尘器 等。 n d f e b 磁体产业随着全球电子计算机( v c m ) 、通讯信息产业的发展、电 动汽车智能高速公路的开发进入高增长阶段。因此竭力开发高性能的钕铁硼是 目前从事永磁材料生产和研究的根本目的，如果能开发出剩磁高、矫顽力高、 磁能积高、温度稳定性强、防腐蚀能力强的新一代产品，就能摆脱目前国内低 档廉价磁体的束缚，改变美国、日本在国际高性能磁性材料市场上的垄断地位。 1 9 9 9 年，全球烧结n d f e b 永磁体的生产量约为1 4 2 7 4 吨，中国的产量为 5 6 5 8 吨( 占3 8 6 ) ，日本的产量为6 4 0 4 吨，中国的烧结n d f e b 永磁体因档次 低，产值仅为2 亿美元，而日本的产值达到9 亿美元1 1 3 ，“】。1 9 9 8 年世界n d f e b 系永磁材料市场销售总额为1 4 8 亿美元。预测到2 0 1 0 年全球对烧结n d f e b 永 磁材料的需求将达增加到1 0 万吨左右，其市场总额将达到数十亿美元【1 5 _ 1 6 l 。 目前，日本、欧洲和美国的n d f e b 厂家已能大批量生产( b h ) 。为4 8 m g o e 的磁体，而中国厂家的最高品牌仍徘徊在3 8 4 1 m g o e 之间，且其矫顽力也相 对较低1 7 蚰i 。因此本文希望通过优化调整烧结工艺参数及复合添加微量元素于 烧结钕铁硼永磁材料，目的旨在提高烧结钕铁硼永磁材料的磁性能、温度稳定 性及耐蚀性。这不仅具有重大的经济意义，更具广泛的应用前景和实际应用价 值，从而奠定我国高性能烧结钕铁硼磁体生产、研制和开发的基础。 2 1 2 稀土永磁材料制作方法与研究现状 稀土永磁材料的制作方法有粉末冶金法( 烧结法) 、还原扩散法、熔体快 淬法、粘结法、铸造法1 1 9 - 2 3 i 和其它方法。 1 2 1 粉末冶金( 烧结) 法 目前生产n d f e b 永磁体有8 0 9 0 用此法1 2 4 i ，文献1 2 5 l 研究认为该方法和快 淬法相比具有投资少磁能积高的优点。其工艺流程为配方一熔炼一钢锭破碎一 真空保存超细粉一磁粉取向压制成型一真空烧结一检分一电镀。 文献。”1 反映了采用粉末冶金( 烧结) 法研究d f e b 永磁体的最新进展，不 难看出，该方法是制造稀土永磁材料最通用的方法。其中比较关键的工艺环节 为粉末磁场取向压制成型及烧结。粉末磁场取向方法有垂直取向和平行取向。 当磁场方向与压力方向相互垂直时，叫垂直取向，垂直取向有利于获得较高的 取向因子。粉末压型方向有平行钢模压、垂直钢模压、橡皮模压、垂直钢模压 + 等静模压等，垂直模压比平行模压粉末的取向效果更好。压坯的相对密度仅 有6 0 札7 0 ，粉末压结体的磁性能很低。经过烧结后，磁体的相对密度可增加 到9 4 - - 9 8 ，烧结后磁体的致密度、机械强度和磁性能都大大提高。 1 2 2 还原扩散法 还原扩散法制造稀土永磁材料的基本道理是用金属钙还原稀土氧化物，使 之变成纯稀土金属，再通过稀土金属与铁等过渡族金属原子的互扩散，直接得 到稀土永磁粉末。其工艺流程为原料准备一混料一还原扩散一去除c a 和c a o 一 磨粉一干燥一取向与压型一烧结一热处理一磨加一检测。文献嘶蚓的研究指出： 该方法与粉末冶金法的不同点在于它用稀土氧化物作原料，省掉了纯金属的制 取、合金的熔炼与钢锭的粗破碎三个工艺环节，其原材料成本较低。但用此方 法制作的磁体矫顽力均低于粉末冶金法和快淬法，且工艺过程较复杂，控制工 艺参数较难，此外，用此方法还有氧化物还原剂清除困难和生产消耗时间较长 的缺点。 1 2 3 熔体快淬法 7 0 年代初期用溅射法得到非晶薄膜t b f e ：，经热处理后显示出永磁特性。后 来又研究了快淬r f e 系合金( r 为n d 、p r 、s m 等) 及l a t b f e b 合金的磁性， 但这些非晶态的合金晶化以后的磁性能都不变。1 9 8 3 年美国g m 公司用单辊熔 浙江大学博士后出站报告 体快淬法制备n d f e b 合金。此种工艺是将n d f e b 原料在高频电炉内熔化后， 喷射到水冷铜板上急冷，得到厚度约2 0 “m 的合金薄带，再经磨碎制成微晶 n d f e b 粉末后经适当退火，再与树脂混合然后压制成型，然后固化处理，从 而制成各向同性n d f e b 磁体；或者将微晶n d f e b 粉末经热压成型和热塑性形 变制成各向异性n d f e b 磁体；或者将微晶n d f e b 粉末在外磁场作用下成型， 然后经烧结和后续热处理制成各向异性n d f e b 磁体。文献“”采用该工艺对 n d f e b 磁体进行了较系统的研究，一致认为该工艺比较简便，制备出的材料 抗氧化能力强，但设备投资较大，且各向同性n d f e b 磁体的磁性能也不理想。 1 2 4 粘结法 粘结稀土永磁材料就是将具有一定永磁性能的永磁材料粉末与粘结剂和其 他添加剂按一定比例均匀混合，然后用压制、挤出或注射成型方法1 4 4 j $ 1 j 成的一 种复合永磁材料。其优点是尺寸精度高、不变形、无需二次加工；形态自由度 大，可根据需求制成各种形状的产品；便于大批量自动化生产；机械强度高等。 文献i 利9 1 对粘结稀土永磁材料进行了比较详尽的研究，结果表明与烧结永磁材 料相比，其缺点是磁性能低、密度低、使用温度不高。 稀土粘结永磁材料包括s m c 0 5 粘结永磁材料、s m 2 c o l 7 粘结永磁材料和稀 土铁系粘结永磁材料等。其中稀土铁系粘结永磁材料又包括n d f e b 系粘结永磁 材料、稀土铁间隙化合物粘结永磁材料( 如n d ( f e ，m ) 1 2 n x ) 和稀土铁系纳米复 合粘结永磁材料1 5 0 - 鹞1 等。 粘结磁体可采用压制成型、注射成型和挤出成型三种方法来制造。粘结永 磁材料制造的关键技术是磁粉的制备、耦联剂与粘结剂的选择、粘结剂的添加 量、成型的压力和取向磁场强度等。粘结n d f e b 永磁材料用的磁粉制造方法有 快淬法5 蛳】、h d d r l 9 1 1 舳6 7 l 法、机械合金化法1 6 ”1 i 等。 1 3 烧结n