（材料学专业论文）添加元素ga对烧结ndfeb永磁体显微结构与磁性能的影响.pdf

摘要 烧结钕铁硼永磁体是迄今为止磁性最强的永磁榜辩，基戆实验窒 样品的( b h ) 。已达4 4 4 k j m 3 ，工业品( b h ) 。已达3 9 8k j 寸( 理 论值必5 2 5 4 k j m 3 ) 。但烧续钕铁硼的撬退磁麓力却较羞，荬内寨娆 顽力现只达到理论矫顽力( 理论矫顽力为5 5 7 2 k a m ) 的1 3 左右， 所以提高烧结钕铁硼豹矫颓力是提裹茭磁性熊褰扩展其适越范围麴 关键技术之。 本文采用粉末冶金方法，通过x 射线衍射、能谱分析、佥提分析 和电子扫描簿一系列的检测与分析方法，优化工艺，研究并讨论了添 加g a 元素对烧结n d ，f e ，。b ，系永磁体磁性能和微观结构的影响。 n d ，f e 7 8 b ，+ g a 系永磁体的适盥工艺及其工麓参数通过试验确定， 其工艺流程为传统的粉末冶金烧结工艺，而且袋用两级回火工艺，烧 结与第一级圆火之间的冷却方式为随炉冷却，第一级阐火与第二级圈 火间和第二级回火后的冷却方式风冷；其烧继工艺参数如下：烧结温 度尧l l l o ，烧结嚣寸间为6 。m i n ，第一缀回火温度为9 ，第一级 回火时间为6 0 m i n ，第二级回火温度为6 0 0 ，第二级回火时间为 王2 0 碓i n 。 通过实验，并对实验样品进行磁性能检测及微观结构分析，得出 浚下结论：( 1 对予硪l s 7 8 8 7 + 溆永磁体，添细1 o w t 诱的g a 就可 使内察矫顽力h 。；提高，而不引起剩磁b r 和最大磁能积( b h ) 。的降 低。巍添翻0 。2 瓣专躺a 时，魏达委爨大德，必l 。1 2 鼹墨添加l 。0 露t 黼a 时，心。到达最大值，为5 2 3 k a m ；当添加0 5 w t g a 时，( b h ) 。到达 最大德，为2 3 0 l 【j 蠢。综合考惑磁体的性能，最终褥蹬添麓0 5 谨t 篱 为最佳的g a 添加量；( 2 ) 对于nd l5 f e 7 8 8 7 + g a 系永磁体，当g a 的添加 量为i 。魏t 懿时，褥劐颗粒粒度分蠢范鼷窄，鬏粒分毒较均匀葭显微 结构；( 3 ) 元素g a 在磁体中不但以n d 。f e h - 。g 8 ，b 形溅存在，而且以 g 礤d 豹形式存在，在烧绻露过程中，璞趣了波摆的数量，起劲烧绻 的作用，有利于磁体密度的提高，形成第二相有利予矫顽力的提高。 添加少基元素g a 豹方法，彝芝在( 测) 。基本不变鳇条件下，有效 提高烧结n d f e b 系永磁体的矫颁力和居里温度，使烧结n d f e b 系 永磁体的温发特性褥到改潜，对促进烧线n d - f e 吨系永磁体综合性越 的提商有其重要意义。 关键谰烧结冀d f e 一8 系永磁体，磁性熊，矫蹶力，要微结搦 h a b s t r a c t s i n t e r e dn d - f o b b ，p ep e h n a n e m m a g n e t sa r e t h em o s t p o w e r 血l i n 越搿棼鼍i ep e 幽t 趣a e 印谂瀚w ，重nl 曲钟醣。翠氇蘸di n 莲聪s t t 沁m a x i 黼 ( b h ) m a x h a v er e a c h e d4 4 4 k j m 5a n d 3 9 8 k j m 。( t l e o r e t i c a l m a ) 【i u m 国固m 麟一5 2 5 。碡l 【溉洳斛c l v e 移8 t 龇举s 硪b u t 濂e 印珀i l 畸醴 r e s i s t i n gd e m a g n e t i 删i o ni 8p o o r ，i t si n t r i n s i cc o e r c i v i t y i sa b o u to n e 侥泌o f 氇e o 艇i c 越c o i v 晦熊e o 瞅i e 越e r c i v i t y = 5 5 7 2 蚣照) ，s o i m p r o v i n gc o e r c i v i 够o f s i n t e r e dn d - f e - b 一帅e p e r m a n e n tm a g n e t s i so n e o f 凌em o s ti 翔p o l t a 嫩t e c b 魏i 鼋珏ei 艇i 撙p f v i 逛i 专s 糙鑫g 魏e t c 辨r 汹a 魏c e a i l de x p a n d i n gi t sa p p l i c a b i l i 何 l 觳t 圭l e 也e s i s ，b yu s i l l gx - 臻y 文衢a 蕊雠、e n e e g ys p e c 搬聪黼a l y s 斌 m e t a l l o g r a p h i c a l 粕a l y s i s 锄d8 c 删n g e l e c 仃0 n m i c m s c o p y a n d o p 撼m z i n gt e c h n o l o g y 也ee 珏e c t s o ft b ee l e m e n tg aw a s s e a r c h 聪 锄dd i s c u s s e di nm em a g n e t i c p e 墒r n l a l l c e a i l dm i c r o s 咖c t u r eo f s i n 舡凇d n d l 5 f e 7 s b 7 十g ap e 糯a n e n tm a g n e t s m a d e b yp o w d e rm e t a l l u f g y l 张ef e a s i b l e t e c h n o l o g y a n di t s p r o c e s s i n gp a r a l 舰e t e r o f n d l 5 f e 7 s b 7 + g a w e r e d e t e r n l i n e d b ye x p e r i m e n t s 。 t h er e s u l tw e r e f o l l o w e d ：t e c h n o l o g i c a lp r o c e s sa d o p t e dt r a d i t i o n a lp o w d e rm e t a l l u 毽y s i n t e r e dt e c h n o l o g ya n dt w o s t a g et e m p e r i n gt e c h n o l o g y ；c o o l i n gw 巍s 南m a c ec o o l i n gb e t w e e ns i n 把f e da n dt 圭l ef i r s t s t a g et e m p e r i n g ；c o o l i n g w a sw i n d c o o l i n gb e t w e e n t 1 1 ef l r s ts t a g et e m p e r i n ga 1 1 d 懒es e c o n d s t a g e t e m p e r i n g 醐da f 跑r 氆es e c 衄ds l a g bt e m p e r 至n g ；s 主王1 协蛀n gt e m p e r a t u r e w a s l “o ，s i m e r i n g t i m ew a s6 0 m i n ；t h e f i r s t s t a g et e m p e r i n g t e m p 燃a 趣f e a 薹l dt e r 魏p e r i n g 蝣m ew e 摊9 0 0 a n d6 0 m i n r e s p e c t i v e i y ；t h e s e c o n ds t a g e t e l n p e r i n gt e m p e r a l 珊ea n dt e m p e r i n g t i m ew e r e6 0 0 a i l d 1 2 融灏f e s p e c t i v e l y b ya n a l y s i n gm a g n e t i cp e r f b r n l a n c ea n d m i c r o s t r u c t u r eo f s 锄p l e i n a 泽e 蠢m e n t ， w oc o n e k s i o 珏sw e r e o 疆a 主n e d 。 f o f 撼1 5 f e 7 8 8 7 g a p e 珊a n e n tm a g n e t s ，o n ew a st i l a t i n t r i n s i cc o e r c i v i t yh c iw a sn o to n i y 速凇a s e 莲g f e 躐l y ，b u ta l s o 瓣n 氆鑫n lm a 晷始i s m 魏a n d 撒a x i 蹦圆珏) m 拄x w e r en o td e c e a s e dw 量l e nm ea l l l o u n to fd o p e d g aw a 8n o tg r e a t e rt 1 1 a 1 1 l + o 溅。w h e 熬氇e 瓣。髓t 雒d 印e d g a w 簌s0 2 s 溅，逸鏊e 专t 辍毫) ( i 黼 l 珏 1 12 0 t w h e nm e 鼬o u n to f d o p e d g aw a s1 0 、矾， c ir e a c h e dm a x i u m 5 2 3 溉；w b e n 礅ea m o 强to f 蠢罐蠛| - g 鑫w 懿0 5 诳，国 差) m 8 xa 撑i v e 考o m a x i u m 2 3 0 蚪触c o n s i d e r a t i n go v e r - 赳lp e r f o 锄a n e eo f m a gn e t s ，i tw a s c o n c l u d e dt h a tt 1 1 eo p t i m a la m o u n to fd o p e d g aw a s0 5 w t t h eo t | 1 e r w a st l l a tm eg r a i n ss i z ed i s t r i b u t i o no fg r a i n s 、糨sn a r r o wa j l d g r a i n d i s 台i b u t e d 确m o g e n e o u s l ya s t om l c r o s t f l l 髓u r eo fm a g n e t sw h e n 氇e a m o u n to f d o 辨d g a w a sl ，o w c ；( 3 ) l n 镪e m a g n e 姆，攮e r ee x i s t e dn o t 0 1 1 l yn d 疼e 1 4 一x g a ，c b ，b u ta l s og a n dc o n c e m i n g 1 eg a _ e l m e n tf o 矾t h e g a n di n c r e a s e dt i l ea m o u n to f l i q u i da n dh a df a v o r a b l e 舢c t i o nd u r i n g s i n t e r 主n 舀s oi tm 嬲e f o rt h ei n c f e 8 s eo f m a g n e t 、sd e n s i 移a n d 谯ef 嘶no f h es e c 醴d 砖巍s ei sg o o df o fi 擞p f o v i n g c o e 忿i v i t y b yd o p e d g 屯t 1 1 ec o e r c i v i 够a 1 1 dt h ec o u r i e rt e m p e r a t u r eo ：fs i n t e r e d n d f e b 啊p ep e r m a i l e n tm a g n e t sw e r ei n c r e a s e dw i m o u tl o s i n g ( b h ) m w i tm a d et h e t e m p e r a t u r ep m p e r t yi m p r o v eo fs i n t e r e dn d f e b t y p e p 铋船堇l e n 专攥a g 珏e 鼍s 鞠di th 勰 m p o 内n t s i g 蕤i 蚕c 勰c e t o 鼬黝蹴 i m 黟o v e m e n t o fo v e r a l l p e d b 瑚1 a n c e o f8 i n t e r e d n d f e b 啦p e p e n 】a a n e n tm a 辫l e t s k e yw o r d ss i m 粼d n d - f e - b t y p ep e m _ l a n e n tm a g n e t s ，m a g n e t i c p e r f o r m a n c e ，c o e r c i v i 吼m i c r o s t r u c t u r e l v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在在论文中作了明确的说 明。 作者签名：镅扯往 日期：趔生年月卫日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：盘扯褪导师签名：受遮堕日期：趔年上月丝日 硕士学位论文 篇一章文献综述 ， 号l 畜 第一章文献综述 浇缭n d f e b 稀主永磁榜辩蠡胰1 9 8 3 年被s a g a w 8 譬久发翳戮来”，立菲 引起了全世界的磁学和磁性材料科研工作者的重视。并且人们对其成分、组织 绫稳、毒l 逡工艺、彩响磁健糍懿关键霞素等进行7 广泛深入的醑究，使簿经髓 n d f e b 磁体的研制和工业化生产取得了惊人的发展。由于生产工艺的不断改 逡秘瑟技术豹不凝采爰，鬟藏实验象样磊磁髓积邑迭4 4 4 k j 臻3 ( 弱，8 瀚0 e ) ，王选 品磁能积融达3 9 8 k j m ( 5 0 m g 0 e ) “j 。 辘爨钕铁硼楚迄今戈爱磁经最强蕊瘩磁孝葶粒( 耍羹表l 1 ) ，广泛矮子磁盘驱 动器的音豳电机、各种徽澄电机、核磁共振成像设备、电声器件、磁分离设备、 磁努撬缓等锈壤，是当蔻 楚要上发展最嵌，毒场裁蓉最好麴衷磁瓣耪。 据预测0 1 ，未来的烧络钕铁硼将占西方世界永磁材料产值的4 7 5 。中国的 钕铁骥永磁产业发展翦景刘更加霹麓，到2 0 0 4 我霆教铁硼产僮姆达7 。1 2 亿美 元，占我豳国内永磁材料产值的5 2 5 。与钐钻永磁相比，钕铁硼不需簧大量 战赡物资键，供应铁和硼的工业体系又十分完善，薅且黼在地壳巾豹质量分数 商达2 5 1 0 ，比我们通常认为不稀少的元素蜘p b ，h g 等还耍丰裕。这些因 素有剥地支持了钕铁硼产业的飞速发展。我国拥有世界已探明褫土储量豹 7 0 一8 0 ，锼铁硼稀永磁材辩在貔国的开发同世群上其他国家相比有着不容竞 争的资源优势。据资料“1 ，1 9 9 4 年我国烧结钕铁硼如口量为1 2 3 0 吨，居戢界第 二位，到1 9 9 7 年，出口量已达3 1 5 0 吨，与日本基本持平( 日本1 9 9 7 年的烧结 钕铁硼出阴量为3 2 0 0 吨) 。然而，间国外先进的烧结钕铁硼生产厂家相比，我 霞的产品在国际市场上售价远低予日、美、德等圜高品质磁体。除销售专利的 影响之外，一个熏要的原因是我圈的钕铁醐产品的磁性自档次较低，产品的技 术附加值潜力还没有充分发挥出求。例魏，占巯缩钕铁硼泳磁应掰市场5 潞醣 上的v c m ( 计算机啬圈电机) 磁体，我国一赢没有打入。在国际市场上，钕铁硼 滤结磁俸产品的平均售价魄蟊蓠我国常藏产品高赉l 一2 倍”。我潮爵蓠烧结钕 铁硼磁体工艺化生产质量水平仍滞留在n 3 5 一n 4 0 和3 5 h 一3 8 h 档次，如何提高烧 缀钕铁硼磁体工鼗亿生产菝量永平已成为筏餐稀行盈懿顼耋甏孺遥韬躯任 务。因此，深入细致的研究n d f e b 稀土永磁材料的宏观磁性能与微观结构间 熬荧系，瓣完善n d f e 一8 稀瘩磁豹磁学缝论，嚣发离整麓n d f e b 磁体游其 堡主堡堡鲨塞 蔓= 童奎墼楚望 有冀要的理论意义和实际意义。 袁l l 拳磁糟瓣蛀匏。” 磁性能 裳裂 型号 b 门h c ，l ( a m - l( b h 掣氐b t 门1h 。：，l ( a m 。1 ；v c a l n i c 0 5 系 o ，7 1 3 24 0 6 09 5 68 9 0 脚c o 系o 7 93 2 0 4 0 04 0 5 05 2 0 6 3 0 2 辩d f 扩8 系永磁材料的耘蘧基础 辩d f e 一8 稀土永磁材料的宏麓磁性能与擞观结构之间存在着密切联系。微 观结构观察袭明，烧结n d f e b 永磁材料的磁性能，尤其是矫顽力对其微观缝 梅十分敏感。鞲前，n d f e b 永磁材辩实际达猁的矫籁力只有瑷论值( 5 5 7 2 k a 向) 的1 3 左右”1 ，人们蒋遍认为造成这种差别的主要原因在其微观结构。这是因 为辩d f e 一8 稀永磁褥瓣是一耱多稻结构，燕要出n d 。f e ，。b 鞠、富黼、富b 稻 和其宦杂质相构成。其中除n d 。f e ，。b 相是硬磁相外，其余相几乎全魁非硬磁性 2 硕士学位论文 第一章文献综述 相。但由单一的n d 。f e 。b 相组成的磁体由于矫顽力极低而几乎不能作为永磁材 料使用。富n d 相是保证磁体具备足够高矫顽力所必不可少的非硬磁性相。正是 由于n d f e b 稀土永磁材料这种复杂多变的微观结构以及微观结构对宏观磁性 能的强烈影响，为科研生产人员通过优化相结构，尤其是晶界相的结构从而制 造出具有各种各样磁性能，满足多种需要的n d f e b 系列永磁体奠定了基础。 1 2 1n d f e b 系稀土永磁材料中主要相的特征及作用 1 2 1 1n d 。f e ，b 的结构特点及作用 n d 。f e 。b 是钕铁硼磁体中唯一的硬磁相。n d ：f e 。b 四方相是八十年代发现的 新化合物，h e r b s t 等人”1 、g i v o r d 等人”3 和s h o e m a k e r 等人“”分别独立地用中 子衍射和x 射线的方法确定了n d 。f e 。b 的晶体结构，证明n d 。f e ，。b 化合物晶体 为四方结构，空间群为p 4 2 m n m ，其点阵常数a = o 8 8 2 n m ，c ：1 2 1 9 n m ，每个单胞 内包含四个分子，共有6 8 个原子，其中8 个n d 原子，5 6 个f e 原子和4 个b 原子。稀土r 位于4 f 和4 9 两个晶位；f e 占据六种不等价晶位，即 1 6 k 。，1 6 k 。8 j ，8 j 。，4 e 和4 c 晶位；b 占据4 9 一个晶位。沿c 轴有6 层不同的原 子面，第一、四层是含有n d 、f e 、b 原子的面，其余各层只有f e 原子，是f e 原子的亚晶格。f e 原子层面不平行于c 面，稍稍有些倾斜，而且被含n d 、f e 和b 原子层和富f e 原子层交替地组成( 见图卜1 ) 。b 原子则占据6 个f e 原子 构成的三角柱体的中心位置( 见图卜2 ) 。通过棱柱的三个侧面与最近邻的3 个n d 原子相连。这个三棱柱使n d ，f e ，b 三种原子能够组成晶格的骨架，具有 调节钕铁硼原子相互作用的功能。n d 。f e 。b 相的居里温度t 。由不同晶位上的 f e f e 原子对的交换作用确定。不同晶位上的f e 原子对的间距不同，由 o 2 3 9 n i n ( 8 j 广1 6 u 至0 2 8 2 n m ( 4 e 一4 e ) ，其中距离大于o 2 5 0 n m 的有2 7 对，交 换作用为正：距离小于o 2 5 0 n m 的有1 5 对，交换作用为负“”。正负相互作 用可以抵消，致使n d ：f e ，；b 硬磁性相的居里温度远低于纯f e 的居里温度。 n d ：f e 。b 相在室温下具有单轴磁晶各向异性，c 轴为易磁化轴。其各向异 性主要源于4 9 晶位的n d 原子和f e 原子在垂直于c 轴平面的上下不对称分布。 在k 。晶位所在平面上方有六个最近邻的f e 原予，下方只有个最近邻的f e 原子，平面上有两个f e 原子。这样的结构致使n d ：f e 。b 具有很强单轴磁晶各 向异性“。 n d 。f e ，。b 晶粒的饱和磁化强度主要由f e 原子磁矩决定，n d 原子( 轻稀土 原子) 磁矩与f e 原子磁矩方向相同，属铁磁性耦合，对饱和磁化强度也有贡 献。f e 原子磁矩最大为2 8 0 p 。，最小为1 9 5 u 。，平均为2 1 0 u 。，n d 原子磁 矩在平行于c 轴方向的投影为2 3 0 u 。“。 硕士学位论文 第一章文献综述 n d ：f e 。b 硬磁性相的内禀磁性是。“：居里温度t 。= 5 8 5 k ，室温各向异性常数 k 。= 4 2 m j m 3 ，k 。= 0 7 m j m 3 ，各向异性场u 。h 。= 7 3 t ，室温饱和磁极强度j 。= 1 6 1 t 。 n d 。f e 。b 的基本磁畴结构参数为：畴壁能密度y = 3 0m j m 2 ，畴壁厚度 6 ：5 2 n m ，单畴粒子临界尺寸d 。= o 2 6 n m 。 棚叫c ) 。f e ( e ) o f 。i t ，o p 。【i 廿e f e ( k 1 ) o f 州啦ob ( 8 ， 图卜ln d t f e t b 的晶体结构 晰e n 蛐e o 删 固刚 图l 一2b 原子位于f e 原子 圃成的三角棱柱结构中 1 2 1 2 富刚相结构特点及作用 富n d 相的成分、结构和形貌对工艺条件十分敏感，它的变化相当复杂。显 微组织观察表明，就其形貌与分布来说，富n d 相有三种分布。一种是镶嵌在 n d ：f e - n b 在晶粒边界上的块状富n d 相：第二种是连续分布在晶粒边界和晶界交隅 处具有各种不同厚度的薄层状富n d 相，如图卜3 所示。图中a 、b 、c 是n d 。f e 。b 晶粒，晶界上的亮带是富n d 相，在制作透射电镜薄膜样品过程中它已脱落，所以 呈光亮带，它包围n d 2 f e 。4 b 晶粒，d 是晶界交隅处的富n d 相，它与晶粒边界上的 薄片富n d 相是连接在一起的；第三种是分布在n d ：f e ，；b 晶粒内部的弥散的富n d 相，只在个别晶粒中观察到，其数量很少。 文献“”对烧结钕铁硼磁体中的富n d 相进行了比较详细的研究。在钕铁硼烧 结磁体中存在两种结构与成分完全不同的富n d 相。一种是孤立的颗粒状的富 n d 相，它具有双六方( d h c p ) 结构，大致成分是：约9 7 ( 原子数分数) ，其余为f e 点阵常数为a = o 3 6 5 n m ，c = 1 1 8 0 咖。另一种是沿晶界分布的薄层状富n d 相，它 具有f c c 结构，大致成分是：7 5 n d ，2 5 f e ( 原予数分数) ，晶格常数a - 0 7 1 1 n m 。 4 硕士学位论文 第一章文献综述 y t s u b o k a w a 等人n 5 1 对n d 。f e ，b 。磁体的高分辨率透射电镜分析认为，磁体晶界 的富n d 相大量以非晶态形式存在。j f i d l e r 的研究结果则认为：至少存在具有 不同化学成分的四类富n d 相，其f e ：n d 比例分别为1 ：1 2 一1 4 ，l ：2 o 一2 3 ， 1 ：3 5 4 4 ，和 1 ：7 。大量研究表明“。“1 ，钕铁硼磁体中的氧主要富集在富n d 相内，氧对富n d 相在烧结后冷却时的共晶行为以及富n d 相与主相之间的边界 特征产生重要影响。 在烧结钕铁硼磁体中，富n d 相分布在主相的 晶粒边界周围，起着对主相晶粒的去磁耦合作用， 也就是说非磁性的晶间相消除了主相晶粒之间的 直接交换作用。并削弱了主相晶粒间的长程静磁 耦合，这两种效应是使钕铁硼磁体具有高矫顽力 的关键“”1 。另外，富n d 相在烧结过程中呈液态， 对于磁体的致密化和显微组织的均匀化起着重要 作用。因此富n d 相，是烧结钕铁硼磁体中必不可 少的一个重要相。理想的富n d 相分布是“8 川：在 富n d 相总量尽可能低的情况下，能均匀地分布图卜3 三元n d f e b 永磁 n d ：f e 。b 到所有晶粒周围，这样就能在不降低矫顽力 合金的透射电镜 的情况下，尽可能提高主相比而获得高的剩磁。 1 2 1 3o f e 相的作用 根据已有的钕铁硼三元相图，钕铁硼熔体从高温冷却时，将通过( l + y f e ) 两相区，即l l + y f e ，然后发生包晶反应生成主相：l + y f e n d 。f e 。b ，钕铁硼 合金的这一特点决定了在合金铸锭中必然存在一定数量的n f e 相。尽管f e 的 原子分数低于7 6 的合金铸锭中可能没有任何q f e ( 根据相图) ，但低于7 6 a t 的钕铁硼合金磁性很低，不能按高主相比例的思路获得高性能磁体。虽然将含有 q f e 的钕铁硼粉末压坯在( l + t 。) 两相去进行长时间烧结可以消除a f e ，但 。一f e 相的存在已在烧结工序以前对钕铁硼合金粉末造成了难以弥补的损害。 根据已有的文献，可以总结出a f e 对烧结钕铁硼磁性的影响如下： ( 1 ) 造成铸锭破碎困难啪1 ，这一点带来的影响是： a 使制粉粒度分布差，影响最终磁体的退磁益线的方形度，造成磁能积下 降； b 在磁粉的平均粒度相同的情况下，o f e 的存在使细粉相对比例增加， 而细粉的高比表面积促使其更易被氧化，恶化磁性能o “； c 铸锭破碎困难造成钕铁硼合金粉末在制粉设备中滞留时间加长，加剧了 合金粉末的氧化； 5 硕士学位论文 第一章文献综述 ( 2 ) 加剧了合金成分的不均匀性，而均匀的成分和组织是烧结磁体获得高磁 性能的必要条件之一“。 当采用较高f e 含量，即靠近分子式n d z f e 。b 的成分时，o f e 晶粒太大，而 且在烧结过程中通常不能消失，最终导致磁体磁性能恶化。因此，为了获得高性 能烧结钕铁硼磁体，必须着重考虑如何消除a f e 1 。 1 2 2n d f e 二元系及m f e b 三元系相图 相图是阐明合金系中相关系和相转变的工具，它表示金属或合金中各种相 的平衡存在条件以及各项之间平衡共存关系的一种简明图解，可以帮助人们系 统地了解金属和合金在不同的条件下可能出现的各种组态，以及条件改变时各 种组态可能发生的转变方向和限度。再把相图及相变机理和动力学结合起来， 相图便可成为分析组织形成和变化的有利工具。因此相图是研制、生产和加工 金属材料的重要参考资料。下面是n d f e b 系材料的相关相图。 1 2 2 1 岫吓e 二元系相 n d f e 二元系相图卜4 j 新示m 3 。 其中：i ：a n d + n d 2 f e l 7 i i ：一f e + n d 2 f e 。7 ： i ：l + n d 2 f e 7 ： ：y f e + n d 2 f e l 7 ： v ：l + y f e ： ：l + a f e ： ：l + d n d ： ：l + b n d 。 曩- 一予摊， 图卜4n d f e 二元系相图 相图显示n d 和f e 之间只能形成n d ：f e ，一种稳定的化合物。 1 2 2 2n d f e b 系三元相图 n d f e b 系三元相图等温截面图示于图卜5 。”。 它由贫n d 的9 0 0 等温截面和富砌的6 0 0 等温截面两部分组成。图中左 上角是富f e 区的1 0 0 0 相图。该等温截面图表明，在富f e 区有三个三元金属 间化合物，它们分别是n d 。f e 。b ( t 。) ：n d 。f e 。民( t ：) 和n d 。f e ：b 。( t 。) ，其中只有 n d = f e 。a b 是硬磁相，而n d 。f e 。瓯在室温附近是顺磁相，高性能n d f e b 磁体中 6 硕士学位论文 第一章文献综述 应避免出现该相。由于制备n d f e b 磁体时合金的成分一般都在t - 附近，从图 1 6 所示的n d f e b 三元系立体相图可以看出“。当液态合金冷却时，首先析 出的是软磁性相一f e ，而n d 。f e 。b 硬磁性相是通过l + f e t 。的包晶反应形成的。 分析t 成分附近的相图对改进n d f e b 磁体的磁性能和制备工艺是很有帮助 的。 其中： t l ：n d 2 f e l 4 b ： t 2 ：n d l + 。f e b 4 t 3 ：n d 5 f e 2 b 图1 5n d f e b 三元系等温截面图 图卜6n d f e - b 三元系立体相图 1 3 烧结n d f e b 系永磁体的显微结构 烧结n d z f e 一b 系永磁材料的成分一般位于靠近n d ：f e ，。b 化合物附近的三相区 硕士学位论文 第一章文献综述 ( n d 。f e ，。b 十富n d 相+ 富b 相) 内，位于该三相区的n d f e b 合金室温下由 n d ：f e 。b 相、富n d 相、富b 相等三个相组成。其实合金实际一般只存在n d z f e 。t b 相和富n d 相二个相，它不存在单独的富b 相，富b 相仅存在于共晶组织中。其 数量很少。大量的组织观察表明，烧结n d f e b 系合金的显微组织有如下特征： ( 1 ) 基体相n d ：fe l 。b 的晶粒呈多边形； ( 2 ) 富b 相以孤立块状或颗粒状存在： ( 3 ) 富n d 相沿晶界或晶界交隅处分布。沿晶界分布的富n d 相呈薄层状，把 基体相晶粒包围住，此外富n d 相也有的以颗粒状存在，如图卜7 、图卜8 ”所示： ( 4 ) 在某些烧结n d f e b 合金的显微组织中还可观察到钕的氧化物n d 。o 。、 n f e 招和外来掺杂物( 如氯化物) 以及孔洞等“。 图1 7 烧结n d f e b 系永磁 体的显微组织特征，t t n d z f e ，i b t 】富b 相( n d 。f e b ) ，n 一富n d 相 1 4n d f e b 的矫顽力理论 图1 8 两相( l + 富n d 相) 烧 结n d f e b 高倍显微组织示意图 n d ：f e 。b 化合物的饱和磁感应强度很高，约1 6 1 t ，理论磁能积达 5 2 5 4 k j m 3 。现在烧结n d f e b 的磁能积( b h ) 。，为4 4 4 k j m 3 ，已达到实际n d f e b 材料理论磁能积的9 0 左右。矫顽力的理论极限值为5 5 7 2 l ( a m ，然而n d f e b 永磁合金实际矫顽力仅是其理论值的1 3 1 3 0 。因此，提高n d f e b 系合金 的矫顽力还有潜力”1 。提高矫顽力也就成为改善n d f e b 系永磁合金性能的关 键之一。提高矫顽力不仅可提高其抗退磁能力，还可提高其温度稳定性，降低 磁通不可逆损失和矫顽力温度系数。 磁性材料的矫顽力是磁畴结构不可逆变化的贡献，这可以是磁矩转向的不 可逆，也可以是磁畴位移的不可逆，还可以是反磁化畴长大的不可逆。磁矩转 动的不可逆相应于单畴颗粒的反磁化过程，烧结n d f e b 磁体的晶粒尺寸为5 硕士学位论文 篇一章文献综述 2 0 。m 远远大于冀单畴粒子的耩莽尺寸( o 3 # m ) ，熟邋磁后，鼯粒内为多畴 结构，因此反磁化过程不可能是磁矩转动机制。关于钕铁硼磁体的矫顽力机制 烹簧是反磁住翡的成核场控制矫颇力的理论、晶粒边界对踌壁的钌托理论。 。毒。 彩核场蓬谂 在菜燃萃摆戆多薅豹永磁奉| 糕孛，籀塞薅壁豫移遏裂熬阻力卡势枣，缀容 易磁化到饱和，网时如果材料的磁晶各向异性场数k 1 很大，那么在反磁化过程 审形成一个糖爨大奎静反磁纯畴拨藏十分爨难，蕊一旦形成一个羧器大小豹反 磁化畴核，它就会迅速她长大实现反磁化。因此形成个临界大小的反磁化 嘛核所嚣鬃静反磁化场( 髂为形核场) 就是毒砉料矮颟力“”。 形校机制涉及到反磁化畴的形核和长大，分别用形核场h 。和发动场风来表 示。臻表承在正向饱和磁化的晶体内部或淡西形成个反磁化核所需要的磁场； 表示使殷磁化辕开始迅速长大的临界磁场。反磁化核长大的阻力主要怒表面 能的增加，只有当反磁化核丈于一定尺寸后，静磁能的降低太于表瑶能增加时， 反磁化核邈速长大，使榉晶反磁化，直至整个样黼的磁化强度为零，这时就 相当于样晶的矫顽力。 在由形核场凌定其矫磁力的浓磁材料中，其磁亿与反磁化过耩有两个特点： ( 1 ) 起始磁化曲线十分隧。( 2 ) 髓磁化场的增加，反磁化场也增加，矫顽力随 之键离。警磁傀黼蹭嫩鄹等于瓣颟力酌最犬值( 疆。) 。辩，磁纯场继续灞加丽 矫顽力不褥增加。如图卜9 。 0 图卜9 形梭场决定的退磁曲栈 磁渗田线( a ) 双蕊矫颟力与磁纯 场玩的关系 拿 封，粤 ， 扔 ， w l _ - _ _ 蒯 。 o 辩 t ， 一 ， t 图1 1 0 复相含盘中钉扎场决定 其婚矮力蟪磁化鸯线、碰渗霹线 以及矫顽力与磁化场的关系 硕士学位论文 第一章文献综述 1 4 2 钉扎场理论 在某些复相多嘴的永磁材料中，其成分、结构都是十分不均匀的，畴毯能 密发瞧是起铰不鸯鹣。热遐皴获态下骧壁一般都链予薅壁熬豹爱低缝。在藏翔 外磁场使之磁化时，使磁畴离开畴壁能低的位置是十分困难的，也就是说畴艟 也被骧壁裁羝熬位鲞袋( 中心) 钶魏佳了。这耪铁磁俸翳磁纯与反磁纯过纛戆 特点是：热邋磁状态样品随遐磁场的增加，起初磁化强度增加十分缓慢，当磁 场增烟到一个蝰爨弱( 毪) 时，磁豫强度急测增热，壹裂镶魏，只粪磁诧场大 于凡，矫顽力就达到最大值( h 。) ， k 称为钉执场，钉扎场就怒矫顽力。如l 一1 0 。 复摆永磁体的嗨壁钌扎孛心可以是第二耀或相遮秀或爨体缺陷始最晏、窆 位、位错、雄跺层错、反相畴边界等。不同的钉扎中心对畴照的钉扎机理和钉 携场是不同的“”。 实际磁体中，磁性的局部改变，是畴壁能发生局部的变化，因而产生畴壁 运动的阻力，如在非磁性的哭杂上( 或沉淀粒予) 、缺陷( 位镬、堆垛、层镂) 、 应力晶界及成分不均匀区等，由于畴壁能和邋磁能同时减小，便会出现一个吸 引力，从而对畴壁产生钉扎。 4 3 矫顽力纳经验公式 一种材料的矫顽力是由形核场决定，述怒由钉扎场决定取决于乩。与磁化炀 戆袄赣关系。一般来说，若拳磁耪瓣鹃瘫寨矫颓力溅磁强场静增鸯籍瑟线往增翔， 并且当磁化场达到某一个值h “后，矫顽力就达到最大值( h e 。) 。( h 蛐1 称为获 褥最大矮矮力溪嚣要戆磁健场) ，嚣羹( ) 。 妒，凳这耱会金静绣颓力是交反 磁化畴的形核场控制的，或称为形核型的。如果合愈内禀矫颁力随磁化场的增 嬷嚣始霹增搬熬缀少，当磁纯场达到莱羲器蓬臻瑟，矮顽力跳雾式达到最大 值( 心t ) 。；( 咏称为钉扎场) ，而且( ) 。 黻下，有的仅为o 0 2 ( 质量分数) ，甚至更低。这些添加元素使烧结 n d f e b 系永磁体矫颁力麴提高主要是虫予添如少量元素改进了其显微组织结 构，芄英楚逸界显微组织结构引越毪，的提高。蜀外其添加元索均使 降低，且 降低与添加蛩成线性的关系。豳为这些元索在磁体中起着磁稀释 乍用，恩此在 进行成分设计对，应遵循少量多种元素复合添茄的原刚”。 硕士学位论文 辫一章文献综述 1 5 2 影晌离矫顽力烧缩n d f e b 系永礞材料的结构因素 显徽组织结构对烧结n d f e b 系永磁材料的矫顽力怒着重要昭作用。往往 是成分相同的材料，由于碰微组织结构不问，矫j 城力可能有几倍麓别。为了使 n d f e b 系永磁率雩精具膏离矫顽力，在优纯成分的基磕上，需要优住显激组织 结构。具有高矫顽力烧结n d f e b 系永磁树料的照微组织结构的模型应为3 ： ( i ) n d 葶e 。器貉粒被层浮度约为2 n m 的蜜黼程薄瓣所包酮，使晶簸与晶 粒之间彼此孤立越来，他们之间不存在磁交换耦合作用； ( 2 ) 瓣d 。f e ；。b 黠粒之阉懿囊二擎成分与结擒均匀一致。挺d ：f e ；。b 貉髂豹酶鼙潭 魔约5 2 n m 。如在3 5 个原子的范围内存在成分与结构的不均匀性，使不均匀 懿毪降低