采用速凝鑄造工藝制備燒結(jié)永磁體周仲成1，劉國(guó)征2，劉樹(shù)峰2，趙瑞金2，武斌2，呂衛(wèi)東2，魯富強(qiáng)（ 1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010062 2.包頭稀土研究院，內(nèi)蒙古包頭014010）一些有利于提高磁體性能的先進(jìn)方法。同時(shí)分析總結(jié)了速凝鑄造對(duì)提高磁體性能的部分機(jī)理。

　　1簡(jiǎn)介近年來(lái)由于在計(jì)算機(jī)和通訊器材等的小型化、輕量化以及環(huán)保節(jié)能等方面的要求，市場(chǎng)對(duì)NdFeB磁體性能的要求越來(lái)越高。消除合金中的AFe是獲得高性能燒結(jié)磁體的一個(gè)重要手段。而消除AFe的有效途徑應(yīng)從鑄造工藝入手，即增加冷卻速度，從根本上抑制AFe的析出。如果采用金屬鑄模來(lái)生產(chǎn)合金鑄錠，那么鑄模的導(dǎo)熱性能將決定熔體合金初始階段的凝固狀態(tài)。然而，隨著凝固過(guò)程的進(jìn)行，熔體的冷卻狀態(tài)將由已凝固合金與鑄模間的傳熱所決定。因此，即使金屬模的冷卻能力提高了，鑄錠心部與表面的冷卻條件也會(huì)有很大差別，鑄錠越厚這種差別就越明顯。于是就會(huì)造成鑄錠心部存在粒徑尺寸在10Lm～100Lm范圍的AFe，并且包圍主相的富稀土相尺寸變大。900℃到1200℃、幾小時(shí)到幾十小時(shí)的均勻化熱處理很難消除AFe相，另一方面，這種熱處理還會(huì)造成晶粒長(zhǎng)大。

　　為解決上述問(wèn)題， 1995年Yamamoto K等人開(kāi)發(fā)了新的磁體合金鑄造工藝，即所謂的速凝鑄造（ Strip Casting，簡(jiǎn)稱SC）。其基本原理是將熔融的金屬液流向旋轉(zhuǎn)的金屬輥輪上澆注，以獲得一定厚度的合金薄片。如圖1所示，合金在坩堝中熔化后保持在一定溫度，然后注入中間包并維持一定的過(guò)冷度（通常為200℃～500℃） ，將過(guò)冷的熔體澆注到具有一定轉(zhuǎn)速的水冷銅輥上，在較快的冷速下（通常在范圍內(nèi)的合金鑄片。

　　1?坩堝2?熔體3?中間包4?輥輪5?合金鑄片利用速凝鑄造工藝制備高性能燒結(jié)磁體，是日本等國(guó)家永磁體生產(chǎn)的主要方法。速凝鑄造工藝制備的磁體具有低稀土總量（約占12，原子數(shù)分?jǐn)?shù)）、高Nd主相（　95，體積分?jǐn)?shù)）、晶粒細(xì)小均勻（ 1Lm～3Lm）、富Nd相分布均勻和微量或不含AFe等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)外工業(yè)化生產(chǎn)水平的稀土2速凝鑄造工藝與常規(guī)鑄造工藝的對(duì)比實(shí)驗(yàn)采用的是合金在真空或保護(hù)氣氛下，通過(guò)感應(yīng)加熱熔成熔融合金，然后澆鑄到水冷輥輪上，快冷成0. 3mm左右的速凝薄片。該工藝與傳統(tǒng)的鑄錠工藝相比具有組織均勻、晶粒細(xì)化、無(wú)AFe等優(yōu)點(diǎn)。此外，還發(fā)現(xiàn)將薄片在大氣中放置20天氧含量為120×10　6，表明薄片具有一定的抗氧化能力，適應(yīng)NdFeB規(guī)?；a(chǎn)。

　　的合金采用不同的鑄造工藝制備的鑄錠化學(xué)分析結(jié)果及相應(yīng)磁體磁性。

　　從表1中可以看出，速凝鑄造獲得的鑄片晶粒細(xì)小，而且尺寸分布范圍窄，合金中未觀察到AFe晶粒的存在，富Nd相均勻彌散且環(huán)繞于主相周圍，這些特點(diǎn)都明顯優(yōu)于金屬模鑄造的合金。經(jīng)速凝鑄造工藝制得的磁體的磁性能顯著優(yōu)于常規(guī)鑄錠合金制得的磁體。

　　合金鑄錠的化學(xué)分析主相晶粒尺寸/ Lm標(biāo)準(zhǔn)偏差/ Lm AFe的晶粒尺寸富Nd相速凝鑄造未見(jiàn)到環(huán)繞主相均勻彌散金屬模鑄幾十微米晶粒主要是幾十到幾百微米的彌散的AFe和富Nd相注：括號(hào)內(nèi)為平均值等研究了薄片的微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)薄片在與輥面的接觸處是成核中心，硬磁性相的柱狀晶沿成核中心定向生長(zhǎng)，并與輥面傾斜成60°～80°角，垂直方向晶粒的直徑約為5Lm～25Lm，與輥面平行方向?yàn)?5Lm～60Lm.根據(jù)T EM等觀察，薄片中沒(méi)相存在，富釹相以薄片層狀彌散分布在主相的晶粒邊界，其厚度約為60nm～所有的硬磁性相晶粒都有同樣的結(jié)晶取向。

　　余的合金采用不同的鑄造方法制備的燒結(jié)磁體的金相照片?？梢?jiàn)，速凝工藝制造的磁體晶粒細(xì)小均勻，主相晶粒小于10Lm的占96，而大于13Lm的僅占1（ a）。相比之下，常規(guī)燒結(jié)磁體的晶3速凝薄片的熱處理將速凝薄片在適當(dāng)溫度下進(jìn)行熱處理，可以提高相應(yīng)燒結(jié)磁體的磁性。例如成分為（ Nd的合金，采用未經(jīng)熱處理的鑄片制備的磁體1h熱處理的鑄片制備的磁體B = 39. 5M GOe.產(chǎn)生這種差別的原因是速凝薄片組織中主相和富相的成分不符合高性能燒結(jié)NdFeB的要求。對(duì)速凝薄片熱處理前后主相和富釹相的成分分析表明，沒(méi)有熱處理的速凝薄片中主相含量遠(yuǎn)高于正分成分，當(dāng)熱處理溫度在900℃左右時(shí)，主相成分接近正分成分沒(méi)有熱處理的速凝薄片中，富釹相中Nd含量為42～45 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)鑄錠或經(jīng)過(guò)熱處理后富釹相的含量。

　　4速凝薄片的氫爆處理對(duì)速凝薄片微觀結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，薄片的縱截面存在兩種區(qū)域：貼輥面的細(xì)小碎晶區(qū)和遠(yuǎn)離輥面的片狀晶區(qū)?？拷伱娲嬖诹６仍?Lm～3Lm以下的疏松的碎晶，這是由于合金熔體澆鑄到銅輥表面時(shí)，貼輥面一側(cè)溫度迅速降到液相線以下，在短時(shí)間內(nèi)獲得很大的過(guò)冷度而大量形核，從而導(dǎo)致生成大量細(xì)晶微晶。采用900℃以下退火處理不能消除細(xì)晶區(qū)，退火溫度高于900℃時(shí)，主相晶粒長(zhǎng)大，微觀組織變差[ 7].速凝薄片中這些碎晶對(duì)制粉等后續(xù)工序的影響是不容忽視的。傳統(tǒng)的機(jī)械破碎難以將這些細(xì)小的晶粒一一分開(kāi)，如果采用由鑄錠直接破碎至3Lm～5Lm，這樣很多顆粒會(huì)處于多晶狀態(tài)，對(duì)取向造成不利影響。日本大多先采用氫爆工藝再制粉，在氫爆過(guò)程中，氫氣和晶界富釹相反應(yīng)導(dǎo)致晶粒從晶界處產(chǎn)生爆裂，在隨后的制粉過(guò)程中就容易得到粒度均勻的粉末，提高磁粉的取向度。

　　5在粉體中添加潤(rùn)滑劑和防氧化劑防氧化劑一般在中碎后、氣流磨之前加入原料中。可以作為防氧化劑的有聚環(huán)氧乙烷烷基醚、聚環(huán)氧乙烷單脂肪酸酯或聚環(huán)氧乙烷烯丙基醚等。液態(tài)潤(rùn)滑劑覆蓋在粉體表面有助于防氧化，并有利于提高粉末的取向度?？梢宰鳛闈?rùn)滑劑中脂肪酸酯的有乙酸甲酯、辛酸甲酯、十二酸甲酯等，可作為溶解劑的除石油溶劑外還有異鏈烷烴溶劑或環(huán)烷烴溶劑等。潤(rùn)滑劑可以在氣流磨微粉之前、之后或之中的任何時(shí)候加入。也可以采用固體潤(rùn)滑劑如硬脂酸鋅等。

　　添加劑（防氧化劑及潤(rùn)滑劑）的總用量各文獻(xiàn)的報(bào)道差異很大，大致在0. 05～1. 0（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）范圍，具體情況可以通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)確定。在是否有添加劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)添加防氧化劑或潤(rùn)滑劑的磁體性能高于無(wú)添加劑磁體，但低于同時(shí)添加防氧化劑和潤(rùn)滑劑的磁體6采用雙相合金法制備NdFeB永磁體雙合金法是主相合金與液相合金采用不同的方法分別冶煉。雙合金法能夠制備出性能優(yōu)異的燒結(jié)NdFeB磁體。通過(guò)調(diào)整主相合金與液相合金的配比，既能降低富RE相在主相中的析出，又可減少富相在晶界交隅處的團(tuán)聚，使磁體的成分更合理。

　　當(dāng)主相合金為正分成分，采用速凝鑄造工藝得到速凝薄片，由于沒(méi)有多余的金屬Nd存在于合金中，所以不易氧化。晶界相含RE量雖然很高，若采用快淬工藝得到的是非晶合金，不存在晶粒和晶粒邊界，具有較強(qiáng)的抗氧化性。因此雙相合金工藝可以保證在很低的Nd含量時(shí)仍有足夠多的富N d相存在，保證有高的此外，研究還顯示速凝工藝制備的磁體受添加元素的影響與常規(guī)方式制備的磁體受到的影響不完全相同，例如添加Nb對(duì)矯頑力的影響在兩種磁體中的表現(xiàn)有明顯的差別（如圖3所示）。左圖是Nb含量對(duì)采用速凝鑄造的磁體和采用金屬模鑄造的磁體矯頑力（ H）的影響，右圖是Nb含量對(duì)這兩種磁體剩磁（ B）的影響。可見(jiàn)，添加Nb能顯著提高速凝鑄造的磁體矯頑力，但對(duì)常規(guī)制備的磁體矯頑力影響不明顯 Nb含量較低（≤0. 08，原子數(shù)分?jǐn)?shù)）對(duì)Nb的敏感程度在兩種磁體中無(wú)明顯差別。

作者：佚名　　來(lái)源：中國(guó)潤(rùn)滑油網(wǎng)