双合金法制备高性能烧结钕铁硼工艺研究

河北工业大学硕士学位论文双合金法制备高性能烧结钕铁硼工艺研究姓名：张志清申请学位级别：硕士专业：材料工程指导教师：崔春翔;田藏韬20070501河北工业大学工程硕士学位论文i双合金法制备高性能烧结钕铁硼工艺研究摘要烧结NdFeB作为第三代稀土永磁材料，自1983年被发现以来，以其高性能（理论磁能积为64MGOe）、高性价比得到迅猛发展。我国是稀土大国，稀土资源占世界储量的80%，这是我们发展稀土永磁材料的最大优势。然而，我国大多数企业的生产技术水平远远落后于日本和欧美，产品档次也不高，在市场竞争中处于不利的地位，因此，提高烧结NdFeB磁体的性能档次，是许多烧结NdFeB生产企业必须面对的问题。在公司现有设备条件下，如何使烧结NdFeB磁体性能达到最高，这是本课题研究的出发点。本课题从NdFeB合金铸锭的组织分析入手，采用双合金工艺，制粉采用氢爆工艺，有效控制工艺参数，以获得磁性能最佳的烧结磁体。对NdFeB合金铸锭的组织分析表明，现有的冶炼设备生产的铸锭，在稀土含量降低时，析出大量α-Fe。铸锭中α-Fe相的存在，不仅减少了铸锭中Nd2Fe14B相生成数量，还对后续的制粉、成型工序产生不良影响，特别是严重危害烧结钕铁硼磁体的性能，具体表现在磁体的剩磁、磁能积没有因合金中稀土含量的减少而提高，磁体内禀矫顽力亦受到影响。为此，采用真空高温退火的方式消除铸锭中α-Fe。用退火后的铸锭直接制备烧结磁体，磁体的剩磁、磁能积显著提高，但内禀矫顽力比较低。为此，采用双合金工艺提高磁体的矫顽力。主合金成分接近Nd2Fe14B相，辅合金是富钕相。主合金经高温退火消除α-Fe。主、辅合金经氢爆破碎后，按一定的比例进行混合后，气流磨制粉，磁场取向成型，烧结、回火，制成烧结磁体。通过对氢爆工艺粉末及磁体组织的分析，采用氢爆破碎，有效改善粉末的性质，提高磁体性能。对双合金磁体的烧结、回火工艺的研究，双合金磁体的烧结温度高于传统磁体的烧结温度，确定最佳的烧结温度为1105℃，最佳回火温度为520℃。对主、辅合金混合比例对磁性能的影响进行分析，当比例为93：7时，双合金的名义成分为Nd30.23Pr1.05Dy0.7B1.07Nb0.279Al0.186Cu0.07Fe66.415（wt%）时，双合金磁体达到了磁能积45MGOe，内禀矫顽力13.8kOe的最佳磁性能。关键词：双合金，烧结钕铁硼，氢爆，磁性能河北工业大学工程硕士学位论文iiABSTRACTSincesinteredNd-Fe-Balloyshavebeenfoundin1983,asthethirdgenerationofrare-earthpermanent-magnetmaterial,becauseofitshighperformance(thetheoreticalmagneticenergyproductis64MOe)andthehighcostperformanceratioithasbeendevelopedrapidly.wearerare-earthrichcountry,whichoccupates80percentsoftheworldstoragecapacity,andwhichisourbiggestdominanceinthedevelopmentofrare-earthpermanent-magnetmaterial.However,themanufacturingtechniqueinmostofourindustryfallbehindofJapanandAmerica,andtheproductsqualityisnotsogood,whichleadstothedisadvantageinthemarketcompetition.Asaresult,increasingtheperformanceofsinteredNd-Fe-Bmagnetsisaproblemthatmanyindustrymustface.Onthebaseoftheexistingequipments,howtoimprovetheperformanceofsinteredNd-Fe-Bmagnetsisthedeparturepointofthisarticle.Inordertoobtainthebestmagneticperformancesinteredmagnets,AtbeginningofthisarticlethestructureofNd-Fe-Balloycastingotswereanalysied.Binaryalloytechnology,controllingthetechnologyparametereffectivelyandHDprocesswerealsoempolyed.TheanalyseonthestructureofNd-Fe-Balloycastingotsindicatesthatthecastingotsproducedbyexistingmeltingequipmentswillprecipitatemuchα-Fewhenthepercentagecompositionofrare-earthdepresses.Theexistenceofα-Feincastingots,notonlydecreasesthenumericalmeasureofNd2Fe14Bphaseincastingots,butalsohasbadinfluenceonthelatterpowder-makingandshapingprocess,especiallydisservestheperformanceofsinteredNd-Fe-Bmagnetsseveritilywhichexpressedspecificlyinthedepartmentsthattheremnantmagnetismandmagneticenergyproductdon’tincreaseastheresultofthedecreaseoftherare-earthcontent,andtheintrinsiccoerciveforceisalsoinfluenced.Therefore,adoptingthemannerofvacuumhightemperatureannealingcancancelα-Feincastingots.Byusingthecastingotsafterannealingtomakesinteredmagnetsdirectly,theremnantmagnetismandmagneticenergyproductincreasesignificantly,butintrinsiccoerciveforceisrelativelylow.Therefore,twocompositionmetaltechnologyisadaptedtoincreasethecoerciveforceofthemagnets.themainalloycomopsitionisclosetoNd2Fe14Bphase,theassistantphaseisNd-richphase.Themainphaseeliminatesα-Febyhightemperatureannealling.AfterHDprocessthemainandassistantalloysarestaved,andthentheyaremixedaccordingtodeterminateratio,madetopowderbyjetmill,magneticorientationshaping,sintered,backfired,andmadetosinteredmagnets.ThroughtheanalysisofthepowderafterHDprocessandmagnetstructure,adaptingHDstavingcanimprovethecharacterofthepowderandincreasethemagneticperformance.Aftertheinvetigationofthesinterandbackfireprocessesonbinaryalloytechnology,thesinteredtemperatureofbinaryalloytechnologyishigherthantraditionmagnets.Itsbestsinteredtemperatureis1105℃,anditsbestbackfiredtemperatureis520℃.Byanalysingtheinfluenceofthemixedproportionofthemainandassistantalloysonthemagnetperformance,whentheproportionis93:7andthetheoreticcompositiontwophasealloysareNd30.23Pr1.05Dy0.7B1.07Nb0.279Al0.186Cu0.07Fe66.415（wt%）,twophasealloysachievesthebestmagneticperformancethatthemagneticenergyproductis45MGOeandtheintrinsiccoerciveforceis13.8kOe.Keywords:Binaryalloytechnology,sinteredNd-Fe-B,HD,magneticperformance.河北工业大学工程硕士学位论文1第一章绪论§1-1前言磁学既是一门古老的科学，也是一门未来的科学。其起源追根溯源到远古中国、希腊、埃及和美洲印地安的古老磁学文献。最早的磁性器件是中国的司南，为世界文明的发展作出了伟大贡献。磁学作为一门科学，则是十六世纪以后的事。磁学的大发展始于十九世纪，奥斯特1820年的著名实验导致了对磁学的革命性理解。二十世纪对磁学的理解基于相对论和量子力学两大支柱。但磁学理论对磁体的开发影响极微，直到1960年仍是冶金学的领地。量子力学用于发展和改进稀土永磁的实践，使磁体的发展翻开了崭新的一页。磁学发展的历程的主要成就是：磁学和磁性材料的发展历程公元前5000年以前人类发现天然磁石（Fe3O4）。2300年前中国人将天然磁石磨成勺形放在平滑的平面上，在地磁作用下，勺柄指南，曰“司南”，此就是世界上第一个指南仪。公元后1000年前中国人用磁铁与铁针摩擦磁化，制成世界最早的指南针。1100年左右中国将磁铁针和方位盘联成一体，成为磁针式指南仪，用于航海。1405-1432郑和凭借指南仪开始人类历史上航海的伟大创举。哥伦布、伽马、麦哲伦凭借由中国传来的指南仪进行了闻名全球的航海发现。十七世纪1600英国人威廉.吉伯发表了关于磁的专著“磁体”。重复和发展了前人有关的认识和实验。十八世纪1785法国物理学家C.库仑用扭秤建立了描述电荷与磁极间作用力的“库仑定律”十九世纪1820丹麦物理学家H.C奥斯特发现电流感生磁力。1831英国物理学家M.法拉第发现电磁感应现象。1873英国物理学家J.C.麦克斯威在其专著“论电和磁”中完成了统一的电磁理论。1898-1899法国物理学家P.居里发现铁磁性物质在特定温度下（居里温度）变为顺磁性的现象。二十世纪1905法国物理学家P.l.郎之万基于统计力学理论解释了顺磁性随温度的变化。双合金法制备高性能钕铁硼工艺研究21907法国物理学家P.E.外斯提出分子场理论，扩展了郎之万的理论。1921奥地利物理学家W.泡利提出玻尔磁子作为原子磁矩的基本单位。1928英国物理学家P.A.M.狄拉克用相对论量子力学完美地解释了电子的内禀自旋和磁矩。并与德国物理学家W.海森伯一起证明了静电起源的交换力的存在。奠定了现代磁学的基础。1