烧结钕铁硼磁体的开发与应用

1、烧结钕铁硼磁体的开发与应用第 21 卷第 3 期 2000年 6 月 稀土 ChineRareEalxhs Vo1.21,No.3JuU 巳 2000烧结钕铁硼磁体的开发与应用 （北京有色金属研究总院 ,北京 100088） 丁7摘要:本文舟绍了烧结钕铁硼d-Ft B）磁俸的开发现状，并概述了国内外生产与市 墒应用TM271磁体3:A矿龙瓤1004:02（硼2oo）o3纬ot中田分粪号：.重越蝌R码:文章编号:77 - D059 一/钕铁硼（Nd Fe B）永磁材料在稀士永磁材料中 占=1 三导地位 ,近年来 Nd_FeB 烧结磁体的开发与应 用的发展十分迅速 ,特别是正广泛应用于以电子计 算

2、机,通讯为代表的信息产业和汽车工业 ,这些产业 为 NdFeB 烧结磁体的发展提供了广阔的前景 .NdFeB 烧结磁体因其优异的磁性能被广泛应 用于各领域 ,其产量和销量在不断地增长 .在 Nd 一B 磁体中 ,烧结磁体占 Nd-FeB 磁体总产量的 80左右.随着合金成分和工艺的不断优化 ,磁性能更加优异的 Nd_Fe.B 烧结磁体将不断涌现1 高性能 Nd Fe B 烧结磁体的开发 提高 NdFeB 烧结磁体特性的手段有 :(1)提 高主相的饱和磁化强度 ;(2)增加磁体中主相体积分 量;(3)提高取向度 ;(4)提高磁体密度 (5) 控制晶 粒.下面概述目前生产高性能 NdFeB 烧结磁

3、体 的几种新工艺技术 :1.1 湿压成型技术 (HILOP)HILOP(HitachiLowOxyge nProcess)法是将NdFe B 粗粉原料装入喷射式超细粉碎机的粉碎室 内 ,在无氧气引入的条件下进行超细粉碎 ,在粉碎机 的超细粉回收口处设置特殊油 (作为溶剂 )槽,粉碎 后的超细粉不与大气接触 ,即直接进入油槽中形成 粉浆 .微粉表面被油所包覆 ,由于隔绝了空气 ,故可 防止被氧化 .所得粉浆状原料装入金属模具内 ,施加 取向磁场后进行加压成形 .因为是在湿式磁场中成 群形,故可得到取向度高的成形体成形体于373 673K 温度范围真空加热脱除溶剂 (脱油) ,然后进行 烧结由于湿

4、压工艺不易氧化 ,故烧结磁体的平均品 粒尺寸也可更细 ,更均匀.基本成分为 N 一 PrnDFeCo2oNb(BI0(x 通过调整 Dy 含量可制得矫顽力不同的烧结磁体 .当 Hci 1040kA/m 肘可得到(BH)n1ax 406kJ, ITt.; 当 Hci=680kA/m 时可得到 (BH)rnax=429k3/ m3.1.2NdFeB 台金锭的均匀化等温退火技术 为提高磁性能 ,就必须使磁体中主相 (NdFe.B)的体积分数增加，合金中Nd的含量降低到接近 于当量成分 .但当 Nd 含量较低肘冶炼后的铸锭中 析出大量的a-Fe而烧结过程中a-Fe与富Nd相结 合生成NdFe4B是很困

5、难的，所以应消除铸锭中Fe的出现.测定结果表明0 ,NdFe B合金锭经过 等温退火均匀化处理，将少量U Fe析出，并减少了 与a-Fe有关的第二相数量，因为退火期闯一Fe与 富Nd边界相以及Nd+.Fe相反应生成了更多的 NdB相当合金锭中a-Fe析出量少于2(质 量)时，破碎和制粉就不困难了 同时Nd的降低使 磁体的耐蚀性有明显提高.1.3橡皮模压(RIP)技术橡皮模压(RubberlsostaticPressing是将合金 粉的橡胶模置于金属模中 ,加上脉冲磁场进行磁定 向,置于压机上 ,加上静磁场 ,使上下压头将橡胶模 和合金粉一起压缩 ,其橡胶模内的合金粉受到的是 譬晶:挈i卷)女北

6、京有色金属研究总靛科技信息所工程师60 稀土第 z1 卷 等静压压缩此方法可获得较高的取向度和剩磁,这是由于取向作用的磁粉与模具之间摩擦力被大大减 小的缘故与一般金属模压相比,RIP具有以下特 点:(1)RIP设备结构简单，磁性能比金属模压好 (见表1);(2)RIP是等静压压缩，磁粉的c轴定向在 压缩过程中不易被打乱 (3)RIP 自动化装置比金属 模压简单紧凑 ,日本金属间化合物公司已研制了一 套成型周期仅为5s的RIP自动化装置川金属模压 与橡皮模压对 NdFe-B 烧结磁体磁性能的影响如 表 1 所示 .襄 1 两种压翻方法对 Nd-Fe-B 烧结磁体磁性能舶影响nble1EfftOf

7、dilTprmetltm x唧硪 pa.tor- m0f$Jl0ff.(fflNd-Ye-Btmqnet1.4 铸带工艺技术 铸带工艺与熔淬工艺相似 ,将铸块厚度进一步 降低为250350/un宽度为数厘米.冷却轮旋转线 速度为lm/s,比熔淬时的轮速慢得多.因此,所得的 铸片是晶态的 .这一新技术能大量生产晶粒结构微 细而且均匀，没有Fe析出的薄带目前，已经用于 大规模生产高磁能积 NdFeB 磁体.它能生产 (BH)max高于4O0kJ/m3的磁体，也能得到高Hci 的磁体.铸带工艺特点是 :(1)在稀士含量较低时可 避免大量的a-Fe生成,这为生产高(BH)max磁体 创造了条件 ;(2

8、)均匀微结构 ,富稀土相片层之间有 充分大的匪离(约3Van),使柱状NdzFeB晶粒在制 粉后能够在其间形成单晶粉末颗粒 ;(3)富 Nd 相的 弥散分布导致烧结过程中液相的最佳分布 ,这对增 加密度非常有利 .1.5 双相合金法技术 采用成分非常接近当量成分的主相合金粉与液 相合金粉按一定比例混合 ,然后再进行磁场成型和 烧结制成磁体主相采用真空冶炼和破碎制粉 ,液相 合金则采用快淬或玎)EIR工艺制取粉末.此双相法 优点是:(1)快淬或 HDDR 的磁粉晶粒很细 ,烧结时 能够均匀弥散分布在 Nd:FetB 晶粒周围形成均匀 的液相隔离层 ,这样可减少过量的液相 ,既增加了主 相的体积分

9、数 ,又使磁体的烧结密度和矫顽力得以 提高 ;(2)由于晶粒很细 ,抗氧化能力强 ,制粉时不易 氧化,因此磁体的抗氧化性好 ,可制造出 (BH)max 为 416kj/m 的磁体 .2Nd:Fe4B 烧结磁体生产 ,应用2.1 生产状况目前 ,垒世界对 Nd Fe B 烧结磁体的需求量迅 速增长.中国,日本,美国和欧溯 NdFeB 烧结磁体 的总产量从 1994年的 3565t 增长至 1998年的 96001:,自 1995年起年增长率一直保持在 3O 以上 (见表 2),1998年产值超过 1O 亿美元. 1984年我国的 Nd FeB 烧结磁体总产量不足 2t,而1992年其产量为490

10、1:,超过美国居世界第二 位.1996年为2600t超过日本位于世界第一位.同 时,我国 Nd-Fe-B 烧结磁体的生产技术及设备不断 完善,商品化和工业化发展十分迅速 ,有望今后成为 世界 Nd-Fe-B 生产和应用发展中心 .裹2中一，美一,日本，畦硎Nd Fe-B烧结誓体产 /吨 删 e2Pradt.,O,ionofsinteredNd-Fe-Bmagnetin catuatries2 .2应用市场 电子计算机 ,电子通讯等设备的普及和汽车用 电机的高速发展为 Nd-FeB 烧结磁体的应用市场 提供了广阔空间.Fe B烧结磁体主要用于计算 机硬盘驱动器中的音响磁带电动机(VCM),电子和

11、 数据贮存领域使用的马达 ,汽车用电机 ,棱磁共振成 象仪(MR1),扬声器等屆外Nd Fe-B烧结磁体的 应用分布见表 3.近年来我国市场上 NdFeB 烧结磁体的应用 分布见表 4,Nd-FeB 烧结磁体主要用于音响 ,磁化 器,马达 ,联轴和磁选机等领域 ,1998年总用量占 94.随着计算机产业的发展 ,对 NdFeB 烧结磁体 的性能提出更高的要求 ,如普及最为迅速的笔记本 电脑，由于采用2.5英寸盘，需用(BH)max大于 第 3 期李飞 : 烧结钕铁霸磁体的开发与应用 61 318kJ/m的磁体制作,M.在汽车上NdFe-B烧 结磁体多用于车速传摩器，在电动汽车(EV)和混合 动

12、力汽车(HEV)上使用的驱动马达和发电机用马 达，为了高效率要采用Nd Fe-B烧结磁体的无剧同 步电动机.在这类电动机上须使用内禀矫顽力达 2000kA/m以上的磁体，每辆汽车需使用2kg磁体. 在自动化高速公路的建设上将需要数量更多的 Nd- Fe-B 烧结磁体 .寰3国外Nd-Fe-B檄螬磁体的应用情况TMe3A瑚吐阻廿 mofsheredNd-Mmaetabroad 寰 41998 年妻胃 Nd-Fe-B 烧路磁体的应用情况 Table4AI,pl l岫 d 山 NdFe-B 珥叫 borne 3 结语近年来，随着科学技术的飞速发展，Nd Fe-B烧 结磁体在生产工艺 ,产品性能和应用

13、等方面已获得 惊人的进展日本已研制出Br 一 1.5142,Hci=694.41kA/m,(BH)max=446kJ/In3 的磁体.目前 Nd Fe-B 烧结磁体的生产工艺仍需进一步提高 ,如在烧 结后无需机械加工的近终形制造 ;在大型马达上使 用Ncl.Fe B烧结磁体,如何降低生产成本等. 我国 NdFeB 烧结磁体的生产能力及实际产 量为全球之最 ,同时被广泛应用于新领域 ,如 :地震 捡波器,阿尔 j 缶磁谱仪 ,小型马达 ,磁渗药品和新型 磁选机等新用途发展较快 .但要批量生产高磁能积 的 Nd_FB 烧结磁体 , 还需进一步改进生产工艺和 装备.随着经济建设的不断发展和综合国力的

14、日益 增强,我们坚信国内 NdFe-B 烧结磁体的应用前罱 将更为广阔 .参考文一13 内田鸯葛等 .湿式成形汇上 5 高性能 Nd-FeB 幕烧结 磁石开发 0.南 rIJ 南,199938(2):148.高擗涉菩.Nd-Fe-B系磁石扮来ORIP成形举动旺】.(日粉体和粉末冶金 .1998.45(2):176181. Sa&,aveaMeta1.Novdproeessirtechnologyforper眦 nentmagnets叮.IEEETramMagn,1993,29(6):2747.5BernardJeta1.MicrostructuredanalysisofstripcastNd书 alloysforhight(BH)rqlets 叮.JAppl Phy.1998,83(11):6396.C6金子;治l加.超高3r丰寺积磁石开发叮.粉 体卞上粉末冶盘 .1994,41(6):695.DevelopmentandApplicationofSint