微观组织调整和稀土含量对烧结NdFeB永磁腐蚀的影响_衣晓飞

1、第16卷第5期2010年10月功能材料与器件学报JOURNAL OF FUNCTIONAL MATER ALS AND DEVICESVo116 Nd 5Oct; 2010第16卷第5期2010年10月功能材料与器件学报JOURNAL OF FUNCTIONAL MATER ALS AND DEVICES第16卷第5期2010年10月功能材料与器件学报JOURNAL OF FUNCTIONAL MATER ALS AND DEVICES文章编号：1007- 4252(2010) 05- 0502- 05微观组织调整和稀土含量对烧结NdFeB永磁腐蚀的影响衣晓飞1,刘卫强2,岳明2,张东涛2（1

2、.安徽大地熊新材料股份有限公司，安徽23150Q 2北京工业大学材料学院，北京100124）摘要:采用放电等离子烧结技术（SPS）制备了不同稀土含量的新型烧结NdFeB磁体,为了对比，采用传统烧结工艺制备了相同成分的磁体。测量了磁体在高压湿热环境的腐蚀行为。结果表明SPS磁体的耐腐蚀性明显优于传统烧结磁体，而且随着稀土含量的降低,烧结NdFeB磁体的耐腐蚀性能显著提高。关键词：放电等离子烧结；烧结NdFeB永磁;高压加速腐蚀；微观组织调整 中图分类号：TG178 文献标识码：ACorrosion behavior of sintered NdFeB perm anentm agnet w it

3、hm odified m icrostruct ure and different rare earth content1 2 2YIXiaofe i, LIU We-qiang2, YUE M ing, ZHANG Dongtao(1. Anhu i Earth- pandaAdvanee M agneticM aterial co Ltd, Anhu i 231500 China2 College ofM aterials Scienee and EngneeringBeijing University ofTechnobgy Beijing 100124 China)Abst ract:

4、 Sintered NdFeB mag netswith differe nt rare earth conten tw ere prepared by Spark Plasma Sinte ring technique M agnetswith same composition were produced using conventional sintering method for com par iso n. The corroso n behavior of the mag nets i n the autoclave were in vestigated. Com pared w i

5、th conven tio nal si ntered NdFeB m ag nets the SPSm ag nets process better corosio n resista nee The sintered NdFeB m agn ets exhb it excelle nt corrosi on resista ncew ith he reducti on of rare earth con tentK ey words: Spark plasna sin teri ng ( SPS); Sin tered NdFeB perm a nen tm ag net; Autoc l

6、ave test; M odified m icrostructure第16卷第5期2010年10月功能材料与器件学报JOURNAL OF FUNCTIONAL MATER ALS AND DEVICES第16卷第5期2010年10月功能材料与器件学报JOURNAL OF FUNCTIONAL MATER ALS AND DEVICES收稿日期：2010- 04- 09修订日期：2010- 06- 18基金项目：国家自然科学基金（50371002）,高等学校博士点科研基 金（20091103120024）,科研基 地-科技创新平台-青年科 学研究创新平台项目 （X 1009001201003）

7、.作者简介：衣晓飞（1968-）,男,吉林人，高级工程师，硕士，主要从事稀土永磁材料研究.通讯作者：刘卫强（1977-）,男，河北人，讲师，博士，主要从事稀土永磁材料研究（liuw（ bjut edu cn）.© 1994-2013 China Academic Journal Ekctronic Puhlishing House. All rights reserved, http:k 1 .nd!0引言烧结NdFeB是迄今为止磁性最强的永磁材料,但是烧结NdFeB 个最明显的缺点是耐腐蚀性1 2差1 ,从而大大地限制了这类 磁体在高温和潮湿 等环境中的应用，所以NdFeB的腐蚀研

8、究具有很重要的意义。大量的研究表明34,这与其复 杂的显微组织结构，特别是其中富钕相的大小及分布状态 有着密切的关系。前期工作中，我们采用快速放电等离子烧结技术制备了新型烧 结NdFeB磁体5,6。与传统烧 结第16卷第5期2010年10月功能材料与器件学报JOURNAL OF FUNCTIONAL MATER ALS AND DEVICES5期衣晓飞,等：微观组织调整和稀土含量对烧结NdFeB永磁腐蚀的影响505Nd- Fe- B相比,这类新型磁体具有独特的显微组 织结构7。微观组织结构的调整有可能使得新型磁体的耐腐蚀性优于传统磁体。为了深入了解这一 现象的本质，本文通过高压加速实验研究了放

9、电等 离子烧结和传统烧结 NdFeB磁体的腐蚀行为。1实验方法实验试样采用名义成分为A、B、C的传统烧结NdFeB磁体和SPSNdFeB磁体,从A到C稀土总量 逐渐减少，分别为33 70 32 30 31 53wt %,如表1 所示。采用 SPS制备NdFeB磁体的烧结温度要较 传统烧结工艺低，根据不同稀土含量将烧结温度控 制在700e到1000e之间。试样用线切割成规则的# #长方体，计算样 品的表面积。表面用200、400、# # #600、800、1000水砂纸打磨后，丙酮中超声波清洗 去油，烘干待用，用精度为0 1mg的电子天平称重。 加速实验在高压加速寿命实验箱中进行。实验条件 为1

10、21e , 0 2MPa实验介质为蒸馏水。采用失重法 计算腐蚀速度。每隔一段时间取出试样，用毛刷去除腐蚀产物，用蒸馏水清洗，烘干后在电子天平上称 量,直到270h为止。用数码相机观察腐蚀磁体的宏 观形貌，X射线衍射分析腐蚀产物。表1不同稀土含量的 SPS烧结NdFeB合金的名义成分Table 1 Nominal compositon of SPSNdFeB alloywitn different rare earth contentComposition (wt % )FeA lCuNbCoBREA63590370 090 280 971. 003370B65060320 060 330 93

11、1. 003230C66110320 070 210 761. 0031.532结果与讨论图1 a）为传统烧结NdFeB磁体的高压加速腐蚀 动力学曲线。从图中可以看出A成分磁体的腐蚀失重速度最大，B成分磁体其次，C成分磁体的腐蚀失 重速度最小，即随着稀土含量的减少（富Nd相含量的减少）,烧结NdFeB磁体在潮湿环境中的腐蚀速度 逐渐减小。在腐蚀的初始阶段，烧结NdFeB磁体的腐蚀失重速度较慢；当腐蚀反应到120h后 , A成分磁 体和B成分磁体的腐蚀失重速度明显提高，C成分磁 体的腐蚀失重速度没有明显的变化;当腐蚀反应到© 1994-2013 Ch inn Academic Janm

12、al Ekctronic Puhi 210小时后,A成分磁体的腐蚀失重曲线呈直线规律 ； 当腐蚀反应到 240h后，B成分磁体的腐蚀失重曲线 也呈直线规律;C成分磁体的腐蚀失重一直变化较 小。图1 b）为SPSNdFeB磁体的高压加速腐蚀动力 学曲线。从图中可以看出，在反应的初始阶段，各成 分磁体的腐蚀速度都较慢；当腐蚀反应到120h后,A 成分磁体的腐蚀失重速度开始缓慢上升；当腐蚀反应 到210h后, A成分磁体的腐蚀失重曲线呈直线规律。 B成分磁体和C成分磁体的腐蚀失重曲线相对变化 较慢。SPSNdFeB磁体的高压加速腐蚀动力学曲线 与传统烧结NdFeB磁体的高压加速腐蚀动力学曲线 的规律

13、基本一致，即随稀土含量的减少 （富Nd相含 量的减少）,烧结磁体的高压加速腐蚀速度逐渐降低 ， 也就是说，低稀土含量的烧结 NdFeB磁体在潮湿环 境中的耐腐蚀性要更好一些，富Nd相的含量是决定 烧结NdFeB腐蚀速度的主要因素之一。F ig 1 Corrosion k netics of SPS and conventional sintered N dFeB magnets in autoclave test at 121e under 2atn图1烧结NdFeB磁体的高压加速腐蚀动力学曲线(121e,2am)lisbing Htxise. AIL rights reserved. hlt

14、p：/?AVw.c:表2列出了不同稀土 含量的传 统烧结NdFeB 和 SPSNdFeB磁体在 121e、0 2MPa环境下的腐蚀 速度。从表中可以看出烧结NdFeB磁体的腐蚀失重速度是随稀土含量增加而增大的。对应 A、B C三种成分，SPSNdFeB磁体的腐蚀失重速度相应仅 为传统烧结 NdFeB磁体腐蚀失重速度的4 02%、120%、23. 21%。表2传统烧结NdFeB和SPSNdFeB磁体的高压加速腐蚀 速度Table2 Corrosion rateofSPSand conventional sinteredNdFeB magnets n auOclavetestsat 121e un

15、der2amWe ght Loss 10 3 (mg# cm-2# h-1)ABCConventional Sntered377 90331. 704. 22NdFeBSPSNdFeB15 213 980. 98图2为烧结NdFeB磁体的高压加速腐蚀产物 的X射线衍射分析图谱。从X射线衍射图谱中可以看出，经过121e , 0 2MPa 270h的高压加速腐蚀 实验后，腐蚀产物主要为Nd2Fe14B主相晶粒、Nd (OH )3、F&O3、Nd 2O3。说明在高压加速腐蚀过程 中,富Nd相晶界首先与水蒸气发生腐蚀反应生成Nd( OH) 3,还有一些少量的富 Nd相会和氧发生反 N4.FeN

16、B AND(OH)., *NilO, Fc.X).应生成Nd2O3、F&O3。反应生成的Nd (OH)3为粉末状的腐蚀产物，它对基体缺乏保护作用，而且由于 富Nd相网络状分布在主相晶粒边界，因此当富 Nd相腐蚀后，主相晶粒随之脱落,因此烧结 NdFeB磁体在潮湿环境中的腐蚀速度要远远大于在高温干燥 环境的腐蚀速度。16012040G20304050&702-Thcla.'DcgrMF ig 2 XRD spectra of sinteredN dFeBmagnet after aut)clave tests at 121e , 2a m图2烧结NcFeB磁体的高压加速腐

17、蚀产 物的X射线衍射 分析图谱a) 12Ohb)240hFig 3 Them acrographs of conventonal sintered N dFeB m agnets in autoclave tests at 121e under 2am 图3不同成分的传统烧结 NdFeB磁体的高压加速腐蚀形貌图；(121e、2atm)图3为不同成分的传统烧结N dFeB磁体在 121e、0 2MPa环境下不同时间的高压加速腐蚀形 貌图。当腐蚀反应 120h后,A成分磁体表面出现较深的蚀坑，腐蚀产物附着在蚀坑表面，并有少量腐蚀 生成的粉末散落在磁体周围，此阶段除了大量富 Nd 相腐蚀生成 Nd（

18、OH）3外，还有由于网络状富 Nd相 腐蚀造成少量的主相晶粒脱落 ，对应图1 a）中A成 分磁体的腐蚀失重速度开始加快。B成分磁体仅在边缘部位出现了较深的蚀坑，并伴有腐蚀产物的散 落，相对A成分磁 体来说，生成的腐 蚀产物 较少。 而C成分磁体仅出现更多点状附着的腐蚀产物，并没有出现蚀坑和散落的腐蚀产物。当腐蚀反应到240h后，A成分磁体的表面几乎完全被腐蚀，生成了更多的腐蚀产物。B成分磁体的表面也出现更多 的深的蚀坑，与此相对应，图1 a）中B成分磁体的 腐蚀失重曲线开始呈直线规律。C成分磁体的形貌和腐蚀失重速度没有明显的变化。从以上分析可以 看出，各成分磁体的腐蚀形貌变化是与磁体的腐蚀 失

19、重曲线相对应的，即稀土含量越多，磁体的腐蚀速 度越大。传统烧结 NdFeB磁体在潮湿环境中属于 典型的晶间腐蚀。由于网络状分布在主相晶粒边界 的富Nd相活性大，易发生腐蚀氧化，造成主相晶粒 脱落，因此富Nd相的含量及其分布状态是影响烧 结NdFeB磁体耐蚀性的一个重要因素。图4为不同成分的 SPSNdFeB磁体在 121e、 0. 2MPa环境下不同时间的高压加速腐蚀形貌图。当腐蚀反应到120h A成分磁体表面点状腐蚀面积 扩大，在磁体周围伴有少量散落的腐蚀产物。与A成分磁体一样，B成分磁体表面出现更多点状腐蚀 区域，磁体四周散 落的腐蚀 产物较A成分磁 体较 少。C成分磁体形貌则没有出现明显

20、的变化。与图 1 b）相对应，在此阶段，A成分磁体和 B成分磁体的 腐蚀失重缓慢增加，C成分磁体的腐蚀失重变化较 慢。当腐蚀反应到240h A成分磁体的周围出现了更多的腐蚀产物，更多的主 相晶粒由于晶界富Nd相的腐蚀而脱落。相比A成分磁体，B成分磁体和C成分磁体的腐蚀形貌变化较小。与此相对应，图1 b）中，A成分磁体的腐蚀失重速度很快 ，B成分磁 体和C成分磁体的腐蚀失重速度变化较慢。与传 统烧结磁体一样，在潮湿环境中 SPSNdFeB磁体的 腐蚀失重与磁体的稀土含量（富Nd相含量）及分布 状态相关，即稀土含量越多，磁体的富Nd相含量越 多,富Nd相含量的增加相应的腐蚀通道变宽，磁体a) 12

21、0hb) 240hFig 4 Them aerographs of SPSNdFeB magnets n auOclavetestsat 121e under 2atm 图4不同成分的 SPSNdFeB磁体的高压加速腐蚀形貌图(121e、2atm)© 1994-2(113 China Academic Jaumal Ekutronic PuhllshtHL；AI r：iglts reserved. h(tp：wxnki.ndt的腐蚀速度越快。但是 SPS NdFeB磁体的腐蚀形 貌与传统烧结磁体的腐蚀形貌差别很大，经过240h 高压加速腐蚀，SPSNdFeB磁体表面形貌变化较小 ，

22、在表面生成的腐蚀产物较少 ,SPSNdFeB磁体表现 出更好的耐蚀性，特别C成分磁体，腐蚀前后形貌-2差异较小，腐蚀失重小于 0. 3mg# cm。与传统烧 结NdFeB相比，SPSNdFeB磁体的富 Nd边界相宽 度较小，晶界连续性分布不明显。SPSNdFeB的上述特征使得磁体的腐蚀扩散通道变窄，因此有效的抑制了磁体的腐蚀过程，提高了磁体 的耐蚀性 此外，Scott8报道，腐蚀失重速度随晶粒度的减小而 降低。SPSNdFeB磁体的主 相晶粒 度比传 统烧结 NdFeB磁体更加细小，因而表现出更好的耐蚀性。3结论采用放电等离子烧结技术和传统烧结技术制备 了不同稀土含量的烧结 NdFeB磁体，进

23、行了磁体的 高压加速寿命实验分析。高压加速腐蚀实验后，腐蚀产 物主要为Nd2 Fa B主相晶粒、Nd (OH) 3、 F&O3、Nd2O3。与传统烧结磁体相比,SPS磁体的腐 蚀失重远远小于传统烧结磁体,而且随着稀土含量 的减少，磁体的耐腐蚀性明显提高。参考文献：1 CyganD F, M (NallanM J Corrosion ofNdFeBpermanent magnets n hum id environments at temperaturesup o 150b C J Magn M agn M ater, 1995 139( 1- 2): 131 1382 Warren G

24、W, GaoG, and L iQ. Corrosion of NdFeB pe- manentmagnetmateriafe J AppPhys, 1991, 70 (10): 6609 66113 Saliba- Silva A, FariaR N, Baker M A, Costa I. mpro v ng tie corrosionresistanceofN dFeBmagnets an electro chemical and surface analytical study Surface& Coatings Technology 2004 185(2- 3): 32132

25、84 Gurrappa I PandianS Corrosion characteristics ofNd- Fe- B permanentmagnetsin different environments Co- rosion Engineering ScienceandT echnology, 2006 41( 1): 57 61.5 YueM, Zhang J X, WangG P, L uW Q, ZhouM L M - crostructure and propertiesofN d- Fe- B m agnets prepared by spark plasma sintering.

26、 M ater Sd. Tech, 2004 20 (5): 666 6686 YueM, Zhang JX, X iaoY F, WangG P, L iT. New kind ofNdFeB magnet prepared by spark plasma sintering EEE Trans onMagn, 2003 39 (6): 355135537 LiuWQ, YueM, Zhang D T, Zhang JX. Corrosion Behavior of Conventional and Spark Plasma Sn teredN d- Fe -B PemanentM agnets in D ifferent Solutions Corrosion 2009 65(7): 501504ScottD W, M aB M, L iangY L, BoundsC O. The effects of averagegran size on