添加元素對燒結ＮｄＦｅＢ永磁材料矯頑力的影響

摘要：簡要闡述了高矯頑力燒結NdFeB永磁材料的理想微結構，并著重介紹了添加元素對燒結NdFeB永磁材料的微結構和矯頑力的影響。

關鍵詞：燒結NdFeB永磁材料；添加元素；矯頑力

中圖分類號：TM273文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2007）10-0251-01

1引言

燒結釹鐵硼磁體的理論磁能積為512KJ/m³（64MGOe），是目前硬磁性能最高的稀土永磁材料。該材料一經問世就以優異的磁性能引起磁性材料界的關注，近二十年來磁性能指標不斷刷新，研究水平從238KJ/m³（30MGOe）發展到目前的磁能積大于440KJ/m³（55MGOe），是磁性材料中發展最快的一類磁體。燒結釹鐵硼磁體的各向異性場，即矯頑力的極限值為5572KA/m（70.02kOe），目前Nd-Fe-B磁體的矯頑力僅是其理論值的1/3~1/5左右，提高Nd-Fe-B系合金的矯頑力還有很大潛力。提高矯頑力不僅可提高其抗退磁能力，還可提高其溫度穩定性，降低磁通不可逆損失和矯頑力溫度系數。

2高矯頑力磁體的理想晶粒微結構

具有高矯頑力燒結NdFeB系永磁材料的顯微組織結構模型應是:

（1）主相晶粒結構均勻，無雜質，無缺陷。

（2）尺寸集中在3～5mm。

（3）晶粒之間被富Nd相薄層間隔，隔斷交換耦合相互作用。

（4）晶粒形狀為球狀或橢球狀，邊界完整、光滑，不存在尖銳的角、棱和突起，以降低有效退磁因子Neff。

3添加元素與矯頑力

為了使磁體的晶粒結構趨于理想晶粒微結構，從而提高磁體的矯頑力，在實驗中通常在Nd-Fe-B三元系中添加元素，從而形成一系列三元以上的(NdR)-(FeM1M2)-B系永磁材料。添加元素可分為兩種:取代元素和摻雜元素。

3.1取代元素

Nd元素的替代元素通常為Pr、Tb、Dy等。Pr、Tb、Dy等元素替代Nd可提高硬磁性相的各向異性和磁體的矯頑力，但使居里溫度降低。重稀土元素Tb、Dy的原子磁矩與Fe原子磁矩方向相反，使分子磁矩減小，飽和磁矩及剩磁降低。通常用3at%的Dy替代Nd。

Fe的替代原子，替代Fe原子的元素有Co，Al，Ga，Si，Ni，Cr，Mn，Cu等。Co替代Fe增強交換相互作用，提高居里溫度，改善溫度性能。Nd2Co14B的居里溫度可高達985K。用1.5個Co原子替代Fe可使四方相的分子磁矩達到最大值。但添加Co使各向異性和矯頑力降低。Al、Ga原子替代Fe使平面各向異性減小，相當于增強了單軸各向異性，從而提高了磁體的矯頑力。Al減小了交換作用，使居里溫度降低。Ga替代Fe使居里溫度上升，提高溫度穩定性。Si替代Fe使居里溫度提高，同時增強各向異性場，提高矯頑力。Al、Ga、Si替代Fe使分子磁矩減小，磁體的飽和磁化強度降低。

3.2摻雜元素

摻雜元素的加入能夠提高磁體的矯頑力，改善耐蝕性。摻雜元素以其對磁體微結構的影響可分為兩類:M1(Cu、Al、Ga、Sn、Ge、Zn等)形成二元M1-Nd或三元M1-Fe-Nd相;M2(Nb、Mo、V、W、Zr、Ti等)形成二元M2-B或三元M2-Fe-B相。

摻雜元素以下述方式影響NdFeB燒結磁體的微結構:(1)如果摻雜元素在高溫(1100℃)時在主相中有一定的溶解度，可部分溶于Nd2Fe14B相中取代Fe原子，因而改變居里溫度和各向異性場，大部分的M1屬于這種情況;(2)如果摻雜元素在燒結溫度下溶解度低，而在Nd2Fe14B相中析出，造成新的晶間相生成，M2就屬于該種情況。M1在燒結或熱處理過程中影響液相的潤濕行為，因而影響晶粒的磁去耦，冷卻后形成含Nd的晶界相如Nd6Fe13M1(M1=Al、Ga、Cu)、Nd3(Ga，Fe)+Nd5(Ga，Fe)3以及NdCu或NdCu2。硬磁晶粒良好的分離和去耦導致磁體矯頑力的提高，新的含M1的晶間相取代富釹相也改善了磁體的耐蝕性。M2如V、Mo以及W和Nb在硬磁相中有較低的溶解度，在Nd2Fe14B相中析出，并生成晶間硼化物相如(V，Fe)3B2、(Mo，Fe)3B2、NbFeB和WFeB，摻雜Ti和Zr則分別生成TiB2和ZrB2。

4結論

影響燒結NdFeB系永磁體矯頑力的因素比較復雜，為了獲得性能優良的高矯頑力燒結NdFeB永磁體，需要在成分中通過取代和摻雜的方式添加微量元素，使得燒結NdFeB系永磁體的晶粒結構趨于理想晶粒微結構，從而提高磁體的矯頑力。

參考文獻

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