冶煉法和擴(kuò)散法添加Dy對(duì)HDDR NdFeB各項(xiàng)異性磁粉性能影響的研究

卞 毅

（天津忠旺鋁業(yè)有限公司，天津 301700）

關(guān)鍵字：各項(xiàng)異性NdFeB磁粉；擴(kuò)散；冶煉；iHc；Br；（BH）max

隨著輕量化、小型化和超薄電機(jī)的發(fā)展，粘結(jié)NdFeB磁體以其可以加工更小、更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，以及優(yōu)異的防腐性能在小型電機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。但是為了滿足器件和系統(tǒng)的進(jìn)一步縮小體積、節(jié)能降耗以及降低成本等，就需要進(jìn)一步提高粘結(jié)磁體的磁性能和溫度穩(wěn)定性。提高NdFeB磁粉的溫度穩(wěn)定性最直接的方法就是有效提高磁體的矯頑力[1]。而采用少量的Dy元素取代NdFeB中的部分Nd元素可以有效的增加磁體的矯頑力。下面的實(shí)驗(yàn)就是采用冶煉和擴(kuò)散兩種不同的方法使用少量的Dy元素取代NdFeB中的部分Nd元素，比較兩種方式的添加效果，找出最佳的添加方式和添加工藝[2]。

1 冶煉法添加Dy的工藝研究

冶煉法添加Dy的工藝流程：將Dy在冶煉過(guò)程中加入，澆鑄成鋼錠、經(jīng)均勻化、破碎、在經(jīng)HDDR處理得到的磁粉經(jīng)過(guò)溫壓成型制成各項(xiàng)異性粘結(jié)磁體。

首先分析了H2壓在冶煉法添加Dy時(shí)對(duì)釹鐵硼磁粉性能的影響，從圖1 H2壓與添加Dy磁粉性能的關(guān)系可以看出：①隨Dy含量的增加，磁體磁性能達(dá)到最佳值時(shí)，所需的氫分壓也隨之升高；②iHc隨Dy加入量的增加略有升高，同時(shí)Br和（BH）max隨Dy的增加而明顯降低。這是因?yàn)椴牧系母飨虍愋允茆S鐵硼合金與H2發(fā)生反應(yīng)時(shí)的反應(yīng)速率影響，速率越慢各向異性越好。然而，將Dy加入到釹鐵硼合金鑄錠后，在高溫下很難控制其反應(yīng)速度[3]，使其緩慢進(jìn)行使得Br、（BH）max降低，但是由于Dy2Fe14B磁粉的各向異性場(chǎng)HA大于Nd2Fe14B，因此Dy部分取代Nd提高了材料的iHc。

圖1 H2壓與添加Dy磁粉性能的關(guān)系

從以上分析可以得出如下結(jié)論，利用冶煉的方法在各項(xiàng)異性NdFeB磁粉中添加Dy很難獲得既具有高iHc又具有高性能的各項(xiàng)異性磁粉。

2 擴(kuò)散法添加Dy的工藝研究

2.1 擴(kuò)散工藝流程

采用擴(kuò)散法在各項(xiàng)異性NdFeB磁粉中添加Dy的主要工藝流程：①首先要制備Dy氫化物細(xì)粉（5μm左右）；②再將Dy氫化物細(xì)粉按一定的比例加入到HDDR各項(xiàng)異性NdFeB磁粉中，攪拌均勻；③將混合粉裝入氫處理爐，將爐內(nèi)的真空抽至3＊10-3Pa；④再將爐溫升至預(yù)設(shè)溫度，然后保溫一段時(shí)間，讓Dy充分?jǐn)U散進(jìn)磁粉；⑤急冷至室溫。

2.2 擴(kuò)散工藝研究

（1）擴(kuò)散溫度。在研究Dy擴(kuò)散工藝對(duì)HDDR粘接釹鐵硼，磁性能影響的時(shí)候，首先對(duì)其擴(kuò)散溫度作了研究如圖2所示。從圖中可以看出，隨溫度的升高開(kāi)始矯頑力也隨之升高，但到780度之后矯頑力開(kāi)始降低。

此外，隨Dy含量的增加，矯頑力提高的幅度增大。在擴(kuò)散過(guò)程中，影響矯頑力的因素有兩個(gè)。①一定的溫度范圍內(nèi)，Dy的加入生成Dy2Fe14B增加各向異性場(chǎng)從而提高矯頑力。②過(guò)高的溫度，降低了磁粉的矯頑力。在開(kāi)始時(shí)，隨溫度的升高，擴(kuò)散變得容易進(jìn)行，DyFeB磁粉量增多①起的作用比②的作用明顯，所以矯頑力升高，但到780℃以后②作用開(kāi)始明顯，導(dǎo)致矯頑力降低，選擇780℃作為Dy擴(kuò)散的最佳溫度。

（2）擴(kuò)散時(shí)間。接下來(lái)對(duì)擴(kuò)散的時(shí)間進(jìn)行了研究。如圖3 Dy擴(kuò)散時(shí)間與矯頑力關(guān)系圖可以看出，隨Dy的添加量的增加，iHc也隨著增加；當(dāng)Dy添加量0.04at%時(shí)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，iHc處于持續(xù)降低趨勢(shì)；當(dāng)Dy添加量0.08at%時(shí)，在0.5-0.75h，矯頑力變化平穩(wěn)，從0.75h之后矯頑力開(kāi)始降低；當(dāng)Dy添加量0.12at%時(shí)隨擴(kuò)散時(shí)間的延長(zhǎng)iHc一直處于緩慢的增加趨勢(shì)。從節(jié)能及成本考慮不再延長(zhǎng)擴(kuò)散時(shí)間，所以得出最佳Dy擴(kuò)散時(shí)間為1小時(shí)。

綜上所述，本研究的范圍內(nèi)。最佳的擴(kuò)散工藝條件為780度，擴(kuò)散時(shí)間為1h。最佳擴(kuò)散量為0.12。

3 冶煉法和擴(kuò)散法的比較

以上的所有結(jié)果測(cè)試都是將磁粉相同的條件下壓制成7×7×7mm的立方體，后借助NIM-2000HF測(cè)試磁體的性能。

表1 冶煉法和擴(kuò)散法制得粘結(jié)磁體磁性能的比較

在研究了工藝條件之后。將用擴(kuò)散法和冶煉法制備的兩種各向異性NdFeB粘結(jié)磁體的性能進(jìn)行了比較，結(jié)果如表1所示。與擴(kuò)散前相比，經(jīng)擴(kuò)散添加Dy后磁體iHc提高了17%，而B(niǎo)r只降低了3%左右，（BH）max提高了13.8%。擴(kuò)散法和冶煉法相比，這兩種方法制得的材料具有基本相同iHc的條件下，擴(kuò)散法制備的材料具有更佳的磁性能。