Nd-Fe-B/a-Fe雙相納米復(fù)合永磁材料的發(fā)展及研究進(jìn)展

王 飛

四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610065

1 稀土永磁材料的發(fā)展概況

稀土永磁材料是以稀土金屬元素R（Sm.Nd.Pr等）與過渡族金屬TM（Co.Fe等）所形成的一類高性能永磁材料，通常以技術(shù)參量：最大磁能積、剩磁、磁感矯頑力、內(nèi)稟矯頑力等來衡量該類物質(zhì)的性能。這些值越大，材料的性能越好，質(zhì)量越高，而使用這類材料的磁性器件便可小型化、輕量化、高性能化。它是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的新型金屬永磁材料，其發(fā)展至今已經(jīng)歷了第一代SmCo5系（1:5型），第二代Sm2Co17系（2:17型）以及第三代Nd-Fe-B系稀土永磁材料。由于前兩代稀土永磁材料都含有地殼中的微量元素Sm和戰(zhàn)略儲備物資Co，因而這兩種永磁體成本太高，應(yīng)用推廣受到很大的局限。為了擺脫Sm、Co的束縛，降低磁體的成本，人們將研究的焦點轉(zhuǎn)向成本低廉的稀土一鐵基磁體的上，至此邁向了開發(fā)稀土一鐵基磁體的新時代。

2 Nd-Fe-B/a-Fe雙相納米復(fù)合永磁材料的研究進(jìn)展

為充分發(fā)揮納米晶復(fù)合永磁材料高磁能積、高剩磁的優(yōu)點，克服內(nèi)稟矯頑力低的缺點，人們對如何改善Nd2Fel4B/α-Fe相的組成、分布狀態(tài)和晶粒大小等關(guān)鍵因素進(jìn)行了大量的實驗研究。目前，制備納米晶復(fù)合稀土永磁材料方法很多，其中熔體快淬法（MQ法）是制備R2Fel4B/α-Fe系列納米晶雙相復(fù)合永磁材料使用的比較多，也是研究比較深入的一種工藝方法。該工藝?yán)脝屋佌婵杖垠w快淬設(shè)備冶煉母合金，然后真空快淬得到鱗片狀薄帶，其晶粒大小一般在30nm左右，經(jīng)粉碎和適當(dāng)熱處理得到細(xì)小的粉末。但是采用熔體快淬法制備的納米復(fù)合永磁材料，由于快淬薄帶冷卻速度不均導(dǎo)致材料晶粒大小差異較大，進(jìn)而影響了晶粒間的耦合作用使磁性能仍不太理想。

納米復(fù)合粉體的另一種常見的制備方法為機(jī)械合金化法。機(jī)械合金化法是制備納米晶稀土永磁材料的一種有效的方法，它對原始粉末進(jìn)行高時間的球磨，然后再講產(chǎn)物在適當(dāng)條件下進(jìn)行退火，這樣也可以得到與快淬法相同的微觀組織。但是由于機(jī)械合金化法制備的超微細(xì)粉不能與空氣接觸，否則極易氧化自燃，工藝條件苛刻，現(xiàn)階段仍無法進(jìn)行批量生產(chǎn)且磁性能也沒有得到較大的提高，因此還處在實驗室研究階段。

為了進(jìn)一步改善納米復(fù)合磁體中軟硬磁相分布的均勻性，提高納米復(fù)合磁體的磁性能。研究人員們采用聲化學(xué)、磁控濺射、脈沖激光噴鍍、電鍍以及化學(xué)鍍膜等方法在富稀土成分的磁粉表面包覆一層軟磁相。有人采用超聲化學(xué)方法將Nd-Fe-B磁粉浸在正癸烷有機(jī)溶劑中，采用雙頻超聲化學(xué)反應(yīng)裝置使五羰基鐵（Fe（CO）5）分解并包覆在Nd-Fe-B磁粉表面，然后通過離心分離、無水乙醇洗滌（去除有機(jī)溶劑）獲得納米復(fù)合磁粉。此種方法雖然可獲得軟硬磁相分布均勻的納米復(fù)合磁粉，但是，實驗過程中需將Nd-Fe-B磁粉浸在有機(jī)溶劑中進(jìn)行包覆，因而Nd-Fe-B磁粉表面與包覆層單質(zhì)鐵之間必定有機(jī)溶劑殘留影響磁體性能，且實驗成本較高。又有人想出采用磁控濺射、脈沖激光噴鍍、電鍍、化學(xué)鍍法制備納米復(fù)合磁粉。然而磁控濺射、脈沖激光噴鍍和電鍍法對設(shè)備要求嚴(yán)格且工藝復(fù)雜，成本太高，而且電鍍中的鍍液很難處理，不利于環(huán)保；而化學(xué)鍍前，基體材料需進(jìn)行活化、敏化等鍍前處理，較活潑的富Nd相容易腐蝕，只有約1/4～1/3的粉末顆粒能夠被鍍上軟磁材料，效率很低，而且化學(xué)鍍后的復(fù)合磁粉也需要分離和洗滌，化學(xué)液體需要處理，非磁性的化學(xué)試劑也不可避免殘留在復(fù)合磁粉中，導(dǎo)致磁體的磁性能下降。

基于上述方法的缺點與局限性，為了進(jìn)一步提高納米復(fù)合磁體的磁性能，必須考慮一種工藝簡單，成本合理的制備方法。以便充分發(fā)揮納米晶復(fù)合永磁材料的優(yōu)點，改善軟、硬磁性相的組成、分布的均勻性和晶粒大小，保證軟、硬磁性相間很好的交換耦合作用。

3 展望

Nd2Fe14B/α-Fe納米晶雙相復(fù)合稀土永磁材料是結(jié)合了硬磁性相高磁晶各向異性和軟磁性相高飽和磁化強(qiáng)度的優(yōu)點，又通過納米尺度下兩相間的鐵磁交換耦合作用，使材料具有優(yōu)異的綜合磁性能。因此，有人針對納米復(fù)合稀土永磁材料發(fā)展中存在的問題，為改善Nd2Fe14B /α-Fe納米復(fù)合稀土永磁體的微觀結(jié)構(gòu)以提高磁性能，從該思路出發(fā)，提出一種可調(diào)控優(yōu)化復(fù)合磁體的相結(jié)構(gòu)，進(jìn)而制備高性能各向異性納米復(fù)合稀土永磁的新方法，即以富稀土成分的釹鐵硼條帶和五羰基鐵為原料，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)實現(xiàn)單質(zhì)Fe對Nd-Fe-B快淬磁粉表面的均勻包覆，得到Nd-Fe-B/α-Fe復(fù)合磁粉；然后將復(fù)合磁粉進(jìn)行放電等離子燒結(jié)來制備各向同性納米復(fù)合稀土永磁，促使復(fù)合磁體在較低溫度下迅速致密化，有效抑制晶粒長大；最后通過熱塑性變形獲得各向異性納米復(fù)合稀土永磁，該工藝?yán)脡毫蜏囟鹊墓餐饔脕泶偈管浻泊啪ЯＱ靥囟ǚ较蚺帕?，使磁體獲取各向異性；該工藝可實現(xiàn)快速升溫，縮短磁體在高溫下的停留時間，抑制晶粒過分生長，以期充分改善其磁性能，從而為納米晶雙相復(fù)合稀土永磁材料提供新的制備方法和研究思路。

NdFeB雙相納米復(fù)合永磁材料由于具有優(yōu)異的磁性能和商業(yè)價值，已成為當(dāng)今材料領(lǐng)域研究的熱點。因此，在這種背景下開展基礎(chǔ)研究，具有明顯的理論意義和實用價值。為了發(fā)展我國的Nd-Fe-B稀土永磁產(chǎn)業(yè)，充分發(fā)揮我國的稀土資源優(yōu)勢，提高我國釹鐵硼磁體產(chǎn)品在國際市場上的競爭力，發(fā)展高性能Nd-Fe-B磁體提供技術(shù)支持。

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