HDD法制备各向异性NdFeB磁粉的研究

1、HDD法制备各向异性NdFeB磁粉的研究HDD法制备各向异性NdFeBli的研究StudyofAnisotropicNdFeBMagnetPowderProducedbyHDDProcessL一一,王学军肖耀福张正义7.Mz72?3_一一一(北京科技大学,北京,i0083)WangXuejunXiaoYaofuZhangZhengyi(BeijinpUniversityofScle3ceandTechnology,Beij'ng,100083,China)摘要本文探讨了用吸氢一歧化一脱氢(HDD)工艺制取各向异NdFeB永磁粉束的可能性.研究了成份,氢处理工艺及后处理等对各向异性现象的

2、影响.研究结果表明,在NF-x-yco6B,zrJ的台盒中经遁当的氢气处理,初步获得了各向异性磁粉,rMll5型振动样品磁强计所测磁粉的磁性髑为O.920mulgm,i=720kA/m(SkOe),(BH)一"一i1r,J/m3(14MGOe).由该精与3眄(重量百分比)的环氧树脂混合触成的各向异性粘结磁体的磁性能为Br一0.65T,i耳一744kA./m(9.啦Oe),<BH).一64kJ/m3(8MGOe).本文还观察了各向异性粉的微观结构.ABSTRACTAnanisotropicbondedmagnetswithgoodmagneticpropeftieshas

3、beesobtainedbepoxybodingHDDpewdes.TherelatiobetweeamagneticpropeftioBandBoineprocessparameters(Blhashomogentizationtreatment,drog矾treatmentt哪purO.dehydrogeaaticmtlmeandposttreatmemt)WaSstudiedandthemicr0structurewasobsefvedaswel1.ThsresultsBhowthatthepropeftiofanisotropicpowderbyappropriateHDDroltto

4、isof:82=nu/gm,H;72okA/m(9kOe).(B珏)i=11啦J,m(=I&MGOe).Themagneticppeftl=ofthispowderarec,m'npal'ablewith也oseofMQ.Theb0ndedmagnetspreparedfron1mispowdert功能材科'I一924(3)evealfollowingpropefties:一0.85T.i=744kA./m(0?3kOe),(BH)=elrJlm(8MGOe).anditisbelievedthatthanisotropyisrelatedto"

5、;8partiaularmicrostrecture.KEYWORDSanisroplc,NdFeB,胁D,hydnogeatreatmeatl刖舌近年来,作为稀土永磁的一个重要分支一粘结稀土永磁异军突起,获得了越来越广泛的应用.在NdFeB稀土永磁出现以前,SmCoI和SmCol等稀土永磁允许将其磁硬化钢锭或烧结体破碎到单晶体尺寸,因此可以较方便地通过磁场取向制成各向异性粘结磁体,遗憾的是同样的方法对NdFeB是不可行的,因为烧结NdFeB体或磁硬化钢锭在破碎过程中矫顽力急剧下降到没宥使用意义的数值I".庆幸的是美国通用汽车公司(aM)用快淬的方法获得了晶粒度为lO眦的微晶NdFe

6、B薄带,这种材料具有较为l优鼻的综?初稿收到日期:1gg2-0210.终稿收到日期1992-J8-81.台磁性能和温度特性,从而引起了粘结永磁生产者和用户的关注和广泛的应用,以至于到目前为止,它一直统治着粘结NdFcB市场.然而这种磁粉最致命的弱点是由于晶粒大,细而难以形成各向异性.1989年日本三菱公司T.Takcshita等报导了用HDD法制造各向同性NdFcB磁粉的新途径【,其磁性能大体与美国GM公司的MQ一1粉相当.继而,他们又用合金化方法扩大粉末的各向异性,并获得了(BH)大于120kJ/m.(15MGOe)的各向异性粘结Nd-FeB永磁.由于HDD法制造NdleB磁粉设备投资较小,

7、又能较方便地制造各向异性NdFeB磁粉,因此是一条较适于我国粘结稀土永磁发展的途径.为了尽快推动我国粘结稀土永磁的发展,北京科技大学与吉林8272-合作共同研制开发了HDD各向同性NdFeB磁粉,并巳投八了批量生产.与此同时,对各向异性N西镪皴粉的制备进行了探索,本文将报导我们在这项探索中的一些初步成果.2实验方法使用纯度为98晒的Nd和99.9晒的Fe,co,B在氩气气氛下于真空感应炉中熔炼,并铸成锭.将钢锭经适当破碎放八石英管中抽真空至1o10一*Pa,然后进行如图1所示的氢化和脱氢处理.图lH,DD-r艺路线Fig!RouteofHDDtoclmologyNdFeB臌耪的性能用两种方法检

8、验.其一是将磁粉与3和(wt)的环氧树脂混合,在686Ma(7T/m)压力下模压成型,制成8x8的圆柱形幸占结磁体.如制备各向异性粘结磁体,则将藕合后的粉末首先放八椽皮模嚣'6中于40k0e(3200kA/m)的脉冲磁场中取向后于686MPa(7T/cm)的压力下准等静压成型,成型后的压坯在120C固化2h制成粘结磁体.然后用CL一6型磁滞回线仪测量退磁曲线,由此导出磁体的剩磁B,内禀矫顽力iH膝点矫顽力(通常以B,下降lO晒时所对应的H值来表示)和(BH).另一种方法是用M115型振动样品磁强计直接测量磁粉的磁性.由于磁粉的遇磁因子很难估计,因此本文中振动样品磁强计的测量结果为开路状

9、态下所测的数据而未加修正.为了定性地测量晶体的织构,用XRD型x射线衍射仪分别测定了粘结样品取向方向与垂直于取向方向的x射线衍射图谱.粉末的微观结构观察是在H-800透射电子显微镜(TD)上进行.并借助能谱仪来保证观察结果的可靠性.3实验结果与讨论根据HDD法制取NdFcB粉末的原理和对前期实验结果进行分析,我后推测可能影响粉末各向异性的因素有如下几个:成份,吸氢制度,脱氢制度及磁粉的后处理.根据日本三菱公司的报导41,添加Zr,眦,Ga等合金元素可以扩NdFeB磁粉的各向异性.从生产的角度考虑,3个元素中的成本最低,因此我们选择了加zr的NdFeB系合金作为研究对象,研究了上述诸因素如何影响

10、HDD粉的各向异性.由于本工作集中在Nd.Fe?8一yCosB?zr.的成份上进行研究,因此下面所示的各图标中,除与此成份有差异的对比成份加以注明外,其余则均省略对其成份的说明.众所周知,磁体或磁粉由各向同性转变为各向异性,其性能参数中最敏感的是剩余磁感应强度B及与B平方成正比的(BH).各向异性的磁体或磁粉由于内部晶体织构和磁织构的产生将使B和(BH)明显提高.从某种意义上讲,这两个值提高的程度是织嘞能材料'l993.24(a)构完整程度的体现.此外,织构程度的提高通常也伴随着退磁曲线方形度的提高,因此作为描述遢磁曲线方形度的一个参数,HK也应有所增加.a.1氯处理沮虞构彤图2所示为

11、760920范围内磁场取向和非取向的粘结磁体的m,B,和(BH)随氢处理温度的变化.为了便于比较,每一吸氢温度下吸氢时间为3h,脱氢时间定为1h.图2氧处理温度对粘结磁体磁性能B,(BH)m和iHcHk的影响(a)B,(BH).与T的关系(b),Hk与T的关系(t取向磁傩,非取向磁傩)Fig2lnflumceofhydrogtreatmentternpe'atuteonn'gnotlcprope一tiesofbondedmagnets(:moldwithappliedmagneticfield)(;moldwittoutappliedmagneticflold)由图2可见,在图

12、示范围内改变氢处理温度并未引起取向与非取向样品之间B,(BH)和HI(值的较大变化.这一结果说明只改变氢处理温度并未诱发出明显的各向异性,即不能使粉末颗粒内晶粒发生择优取向.但从实验结果中我们发现,随着氢处理温度的变化,虽然B,和Hk变化不明显,而Hc(BH)却在850X时达到最大值,因此我们选择850C作为进一步探索各向异性的工艺温度.2脱氯时间构彤一在上述实验的基础上,将氢气处理温度固定在850C,吸氢时间固定在3h,单纯考查脱氢时间对各向异性的影响.实验结果表明,非取向样品的BjH和(BH)随脱氢时间的变化都不大.而且取向样品的.H.随'功瞻材料'押03,24(8)表各向

13、同性和各向异性粘结磁体磁性对比各向同性各向异性B(T)0.450.65iH(kA/m)764744(BH)(kJ/m3)27.5264Hk(kA/m)124l65量囡高/./''图3脱氢对间对粘结磁体Br的影响/"iso垂岛盖藿),各向同性,Fig3InfluenceofdehydrogenaticntimeBofbondedmagnetsieasy/,hardq'图4脱氢时间对磁粉的影响(easya星鬟搓穿离)Fig4InfluenceofdehydrogenatlontimeOnBr0fmagneticpowders:盯脱氢时间的变化也仅有微小的波动.但取

14、向样品的B值却随脱氢时间的不同发生了明显的变化(如图3所示).由图3可见,脱氢时祠为40rain时.基本上没有各向异性出现,但随着脱氢时间的延长,在11.5h范围内取向磁体的B,显着增大,到1.5h时达到最大值,而在1.52h范围内则开始逐渐下降.此外,取向磁体的(腽)和Hk值也具有相同的变化趋势.由此可见,磁体的各向异性在脱氢时间为1.5h时最大.在该工艺下各向同性及各向异性粘结磁体磁性差别列于表1.为了进一步观察磁粉的各向异性,我们还测量了磁粉本身在取向和非取向方向的退磁曲线,井将其B,随脱氢时间的变化绘于图4.由图4可见,磁粉易磁化方向的B随脱氮时间的变化趋势大致与取向的粘结磁体相同,而

15、磁粉难磁化方向B随脱氢温度的变化刚与易磁化方向略有相反,即在85O时脱氢1.5h难易两磁化方向的B,差别最大,即各向异性最大.为了更确切地证实粘结磁体的各向异性,我们对各向异性粘结磁体样品进行了x射线衍射实验,实验结果如图5所示.图5b为垂直于取向方向的平面进行x射线衍射所得到的衍射图谱,图中Nd:FelB相各晶面所对应的峰值的相对强度多数增大,只有少数峰值减少或消失,其中强度增加最为明显的是006晶面,其相对强度从标准卡中的17增图5B平行于取向方向的x射线衍射图(21峰为008面衍射峰)b垂直于取向方向的x射线衍射图(24峰为ooe面衍射峰)FigSaX-ragdiffrationpatt

16、ens0ftheplanpszallaladthedirectionofmagnetlcfieldbX-ragdiffratlonpattGnsth0planpBrpeDdicuIartothedirectionofmagneticfield248嘞能材料?l903,24(3)至100,由此说明沿取向方向的晶面指数多为006,即C轴沿取向方向择优排列.图5a为对F行于取向方向的晶面进行x射线衍射所得的衍射图谱,其006晶面衍射峰的相对强度只有36.由此说明粘结磁体内晶粒确实存在择优取向,且取向的方向是沿易磁化的C轴方向.实验结果表明,氢处理后的粉柬经600C退火后,磁性明显下降,其原因还有待进

17、一步分析研究.3.4丑徽蛆嘏分析我们用透射电镜对氢处理后的磁粉进行了观察(如图6所示).从照片中可以比较清晰一图g加Zr的NdF0B台金经氧处理后磁粉的透射电镜照片左右两张狰射为不同视场)Fig6BrightfieldimageofpowdersofNdFe87-x-yCo6BTZrtalloyproducedbythehydrogntzarina'It地观察到粉末内部的晶粒大小是不均匀的,尺寸范围约在0.11.3¨m,但从宏观视场的统计来看,1m左右的较大尺寸晶粒所占的比例较大,且其晶粒的平均尺寸要明显大于未加zr的NdFeB系台金的晶粒平均尺寸(0.3¨m)【,

18、同样是磁性能大到最高点的状态,其晶粒尺寸却发生了如此大的变化,是否由于加z螬9缘故,还是由于氢处理温度变化造成的,这种尺寸上的变化是否会对磁粉的各向异性产生影响,这些问题都有待进一步探索.总之,通过对各种实验现象的分析,我们推测各向异性的来源可能有2种机?功髑材料)1993,24(3)制,其一是粉末内部晶粒形核时择优取向(即择优形核)而形成各向异性.其二是粉术内晶粒形核后的择优长夫而形成的各向异性.但究意是哪一种机制控制着磁粉的各向异性,或二者兼而有之,还有待进一步的探讨.4结论4.1用Zr合金化的NdFeB可以扩大HDD粉的各向异性.4.2用NdFe87一xco6B7zr,台金经850C/ah吸氢和8s0c/1.5h脱氢可获得较好的各向异性磁粉,其性能为:B,一0.92emu/gm,H=720kA/m,(BH)一ll2kJ/m.(14MGOe).4.3粉末的各向异性对脱氢时间十分敏感.4.4后处理工艺并未增大粉末幻各向异性.4.5成份为NdFe87一xc06B7z,经本文中最佳氢处理工艺处理后,粉末颗粒内晶粒尺寸范围在0.11.3pro.参考文献1StnatKJ,KL一365,ElectricalEngineeringMagnetics.Materialletters,Vol4:No.8N72CroatJJ.HerbstJF'LeeRWandPinkerFE