磁性粉末HDDR燒結(jié)工藝的研究

鄧高見（機械科學(xué)研究總院，北京　100044）

磁性粉末HDDR燒結(jié)工藝的研究

鄧高見
（機械科學(xué)研究總院，北京100044）

永磁耦合器使用釹鐵硼永磁材料，為了獲得更好的磁性性能，通常采用較為先進的HDDR燒結(jié)工藝。加強對工藝的研究，有利于更好地發(fā)揮稀土永磁材料的高磁能積和高矯頑力等優(yōu)異的特性，做出優(yōu)質(zhì)的節(jié)能傳動設(shè)備。

Nd-Fe-B；HDDR工藝；性能

0　引言

稀土永磁材料作為一種重要的功能材料，已被廣泛應(yīng)用于能源、交通、機械、醫(yī)療、計算機、家電等領(lǐng)域，深入國民經(jīng)濟的方方面面，其產(chǎn)量與用量已成為衡量一個國家綜合國力與國民經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志［1］。永磁耦合傳動裝置作為一種電機節(jié)能傳動設(shè)備，在國家節(jié)能減排的政策需求下，市場需求非常旺盛。永磁耦合器在傳動過程中，通過永磁體磁場和電感應(yīng)磁場相互作用傳遞扭矩，永磁耦合器中使用高性能的Nd-Fe-B永磁材料，加強對工藝的研究，有利于更好的發(fā)揮稀土永磁材料的高磁能積和高矯頑力等優(yōu)異的特性，做出優(yōu)質(zhì)的節(jié)能傳動設(shè)備。

1　稀土永磁材料制備工藝分類

圖1為永磁耦合傳動中使用的永磁材料結(jié)構(gòu)圖。目前稀土永磁材料燒結(jié)工藝［2］有：①粉末冶金燒結(jié)工藝制備的燒結(jié)磁體；②還原擴散制粉或氫碎處理粉末及粉末冶金燒結(jié)工藝制備的燒結(jié)磁體；③快速凝固制粉或氫碎制粉（HDDR），粉末模壓粘結(jié)工藝制備的粘結(jié)磁體；④快速凝固制粉或氫碎（HDDR）粉末的注射工藝制備的注射磁體；⑤快速凝固制粉或氫碎（HDDR）粉末的熱壓法制備的熱壓磁體。

圖1　永磁耦合傳動中使用的永磁材料結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of the permanent magnetic materials used in the coupling drive

本文只研究現(xiàn)在比較先進的 HDDR（Hydrogenation disproportionation desorption recombination）工藝，即吸氫-歧化-脫氫-再復(fù)合工藝特點。而①、②兩種工藝加工出的永磁體性能和穩(wěn)定性，都比較欠缺，現(xiàn)在已經(jīng)使用不多。

2　燒結(jié)釹鐵硼磁體材料工藝研究

粘結(jié)釹鐵硼磁體材料和制備方法的關(guān)系一般情況下，粘結(jié)磁體的制備工藝可分為三步：第一步是制粉工藝，第二步是粘結(jié)工藝，第三步是成型工藝。

2.1制粉工藝的研究

粘結(jié)釹鐵硼磁體的制備首先是制粉工藝，在磁體的制備過程中，磁粉的工藝因素是至關(guān)重要的，磁粉可分為各向同性和各向異性兩種。一般情況下粘結(jié)釹鐵硼永磁材料用的磁粉制造方法主要有快淬法（MS）、氣體霧化法（GA）、HDDR法、機械合金化法（MA）等［3］。

HDDR法：即氫化—歧化—脫氫—重組工藝。歧化是將氫爆后合金置于氫氣中加熱到750～850℃，保溫2小時，使晶粒粗大的永磁合金變?yōu)槲⒕Х勰?，真空脫氫后，粉末即可用于制造粘結(jié)永磁材料。

2.2粘結(jié)工藝的研究

粘結(jié)釹鐵硼磁體的粘結(jié)工藝是磁體制備的重要環(huán)節(jié)，需要的原材料主要是磁粉、粘結(jié)劑、助劑等，助劑主要包括偶聯(lián)劑、潤滑劑、增塑劑和熱穩(wěn)定劑等。

粘結(jié)方法制得的磁體因為加入了添加劑，故密度會低于燒結(jié)磁體，其磁性能勢必會低于燒結(jié)體，因此粘結(jié)劑的加入量是影響粘結(jié)磁體磁性能的主要因素之一，既不易過多也不易太少，一般加入質(zhì)量分數(shù)在 2%～4%，以提高粘結(jié)磁體的密度和性能。

2.3成型工藝的研究

在粘結(jié)釹鐵硼磁體的制備工藝中，成型工藝對磁體的性能影響很大，是研究學(xué)者對粘結(jié)磁體制備的重點研究對象。成型工藝的選擇還和實際生產(chǎn)有著非常密切的聯(lián)系，直接影響生產(chǎn)效率，是將實驗與實際相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。

2.4HDDR法燒結(jié)釹鐵硼系永磁工藝特點和要求

燒結(jié)釹鐵硼系永磁材料是用粉末冶金方法制造的，其工藝流程如下：原材料準備→冶煉→鑄片→氫碎→磁場取向與壓型→燒結(jié)→時效。

熔煉技術(shù)要求：將純金屬料（Fe、Nd、B-Fe、Dy等）熔化，并確保合金液 “清、準、均、凈”，與水冷銅模相接觸部分的少量急冷表層細晶區(qū)，低冷速的最后凝固部分的中心等軸晶，以及存在于這兩者之間的片狀晶。冷卻速度越快，片狀晶的比例越大，中心等軸晶的比列越小。對高性能燒結(jié)永磁體良好的組織應(yīng)是：柱狀晶生長良好，尺寸細??；富Nd相沿晶界均勻分布；不存在α-Fe，下圖便是高性能組織放大圖。

氫碎技術(shù)要求：合金片放入氫碎裝置中，抽真空，加熱到700-800℃，保持一段時間，便發(fā)生吸氫歧化反應(yīng)：

Nd2Fe14B+H2→2NdH2+12dFe+Fe2B

若此時將氫氣抽出，發(fā)生以下反應(yīng)：

2NdH2+12dFe+Fe2B→Nd2Fe14B+H2↑

又合成為具有較小晶粒的Nd2Fe14B粉末，這樣就達到將鑄片粉碎的目的。

國內(nèi)外凡用氣流磨粉機的一般控制粒度在3～5μm，尺寸分布要窄，3～5μm的顆粒占 80%～90%，粉末顆粒表面吸附的雜質(zhì)和氣體盡可能的少，因此制粉過程應(yīng)在高純惰性氣體保護下進行。

圖2　高性能燒結(jié)永磁體組織放大圖Fig.2 Tissue view of highperformance sintered permanent magnets

圖3　制粉過程顆粒分布圖［4］Fig.3 The particle distribution figure of milling process

成型技術(shù)要求：沿粉末顆粒C軸取向的方向有最大的剩磁，每顆 NdFeB微粉都是一個小磁鐵，在外磁場中受到一個力矩的作用而轉(zhuǎn)動。

圖4　微粉顆粒磁化圖Fig.4 Micronized particles magnetized figure

3　結(jié)論

永磁體最基本的作用是在某一特定的空間產(chǎn)生一恒定的磁場，維持此磁場并不需要任何外部電源。標志永磁材料好壞的參數(shù)有許多，最重要的是最大磁能積（BH）max，磁能積越大，材料每單位體積所產(chǎn)生外磁場的能量就越大。目前商品NdFeB永磁材料的最大磁能積已達到50MGOe，本文通過工藝研究，最大化燒結(jié)出高磁能積的永磁材料。

［1］董清飛，周壽增，等.超強永磁體［M］.冶金工業(yè)出版社，1999.

［2］李安華，董生智，李衛(wèi).稀土永磁材料的力學(xué)性能［J］.金屬功能材料2002，4.

［3］劉薇.Nd-Fe-B磁體的制備及其力學(xué)行為［D］.上海交通大學(xué)，2004.

［4］敖琪.Nd-Fe-B/FeCo納米復(fù)合永磁薄膜的結(jié)構(gòu)和磁性［D］.上海交通大學(xué)，2005.

Magnetic HDDR Powder Process Study

DENG Gao-Jian
（China Academy of Machinery Science&Technology，Beijing 100044，China）

PM couplers using ND-Fe-b permanent magnetic materials.In order to obtain better magnetic properties，generally advanced HDDR process using sintering technology.On strengthening study of technology，it can play the perfomace of high magnetic energy of rare earth permanent magnet materials，and make high quality energy-saving drive.

Nd-Fe-B；HDDR process；perfomace

TB383

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.003

1002-6673（2015）05-007-02

2015-06-02

鄧高見（1982-），男，工程師，機械科學(xué)研究總院博士生。長期從事節(jié)能、先進傳動及系統(tǒng)控制與集成等方面研究與項目。