磁性粉末HDDR烧结工艺的研究

邓高见（机械科学研究总院，北京　100044）

磁性粉末HDDR烧结工艺的研究

邓高见
（机械科学研究总院，北京100044）

永磁耦合器使用钕铁硼永磁材料，为了获得更好的磁性性能，通常采用较为先进的HDDR烧结工艺。加强对工艺的研究，有利于更好地发挥稀土永磁材料的高磁能积和高矫顽力等优异的特性，做出优质的节能传动设备。

Nd-Fe-B；HDDR工艺；性能

0　引言

稀土永磁材料作为一种重要的功能材料，已被广泛应用于能源、交通、机械、医疗、计算机、家电等领域，深入国民经济的方方面面，其产量与用量已成为衡量一个国家综合国力与国民经济发展水平的重要标志［1］。永磁耦合传动装置作为一种电机节能传动设备，在国家节能减排的政策需求下，市场需求非常旺盛。永磁耦合器在传动过程中，通过永磁体磁场和电感应磁场相互作用传递扭矩，永磁耦合器中使用高性能的Nd-Fe-B永磁材料，加强对工艺的研究，有利于更好的发挥稀土永磁材料的高磁能积和高矫顽力等优异的特性，做出优质的节能传动设备。

1　稀土永磁材料制备工艺分类

图1为永磁耦合传动中使用的永磁材料结构图。目前稀土永磁材料烧结工艺［2］有：①粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体；②还原扩散制粉或氢碎处理粉末及粉末冶金烧结工艺制备的烧结磁体；③快速凝固制粉或氢碎制粉（HDDR），粉末模压粘结工艺制备的粘结磁体；④快速凝固制粉或氢碎（HDDR）粉末的注射工艺制备的注射磁体；⑤快速凝固制粉或氢碎（HDDR）粉末的热压法制备的热压磁体。

图1　永磁耦合传动中使用的永磁材料结构图Fig.1 Structure of the permanent magnetic materials used in the coupling drive

本文只研究现在比较先进的 HDDR（Hydrogenation disproportionation desorption recombination）工艺，即吸氢-歧化-脱氢-再复合工艺特点。而①、②两种工艺加工出的永磁体性能和稳定性，都比较欠缺，现在已经使用不多。

2　烧结钕铁硼磁体材料工艺研究

粘结钕铁硼磁体材料和制备方法的关系一般情况下，粘结磁体的制备工艺可分为三步：第一步是制粉工艺，第二步是粘结工艺，第三步是成型工艺。

2.1制粉工艺的研究

粘结钕铁硼磁体的制备首先是制粉工艺，在磁体的制备过程中，磁粉的工艺因素是至关重要的，磁粉可分为各向同性和各向异性两种。一般情况下粘结钕铁硼永磁材料用的磁粉制造方法主要有快淬法（MS）、气体雾化法（GA）、HDDR法、机械合金化法（MA）等［3］。

HDDR法：即氢化—歧化—脱氢—重组工艺。歧化是将氢爆后合金置于氢气中加热到750～850℃，保温2小时，使晶粒粗大的永磁合金变为微晶粉末，真空脱氢后，粉末即可用于制造粘结永磁材料。

2.2粘结工艺的研究

粘结钕铁硼磁体的粘结工艺是磁体制备的重要环节，需要的原材料主要是磁粉、粘结剂、助剂等，助剂主要包括偶联剂、润滑剂、增塑剂和热稳定剂等。

粘结方法制得的磁体因为加入了添加剂，故密度会低于烧结磁体，其磁性能势必会低于烧结体，因此粘结剂的加入量是影响粘结磁体磁性能的主要因素之一，既不易过多也不易太少，一般加入质量分数在 2%～4%，以提高粘结磁体的密度和性能。

2.3成型工艺的研究

在粘结钕铁硼磁体的制备工艺中，成型工艺对磁体的性能影响很大，是研究学者对粘结磁体制备的重点研究对象。成型工艺的选择还和实际生产有着非常密切的联系，直接影响生产效率，是将实验与实际相结合的重要环节。

2.4HDDR法烧结钕铁硼系永磁工艺特点和要求

烧结钕铁硼系永磁材料是用粉末冶金方法制造的，其工艺流程如下：原材料准备→冶炼→铸片→氢碎→磁场取向与压型→烧结→时效。

熔炼技术要求：将纯金属料（Fe、Nd、B-Fe、Dy等）熔化，并确保合金液 “清、准、均、净”，与水冷铜模相接触部分的少量急冷表层细晶区，低冷速的最后凝固部分的中心等轴晶，以及存在于这两者之间的片状晶。冷却速度越快，片状晶的比例越大，中心等轴晶的比列越小。对高性能烧结永磁体良好的组织应是：柱状晶生长良好，尺寸细小；富Nd相沿晶界均匀分布；不存在α-Fe，下图便是高性能组织放大图。

氢碎技术要求：合金片放入氢碎装置中，抽真空，加热到700-800℃，保持一段时间，便发生吸氢歧化反应：

Nd2Fe14B+H2→2NdH2+12dFe+Fe2B

若此时将氢气抽出，发生以下反应：

2NdH2+12dFe+Fe2B→Nd2Fe14B+H2↑

又合成为具有较小晶粒的Nd2Fe14B粉末，这样就达到将铸片粉碎的目的。

国内外凡用气流磨粉机的一般控制粒度在3～5μm，尺寸分布要窄，3～5μm的颗粒占 80%～90%，粉末颗粒表面吸附的杂质和气体尽可能的少，因此制粉过程应在高纯惰性气体保护下进行。

图2　高性能烧结永磁体组织放大图Fig.2 Tissue view of highperformance sintered permanent magnets

图3　制粉过程颗粒分布图［4］Fig.3 The particle distribution figure of milling process

成型技术要求：沿粉末颗粒C轴取向的方向有最大的剩磁，每颗 NdFeB微粉都是一个小磁铁，在外磁场中受到一个力矩的作用而转动。

图4　微粉颗粒磁化图Fig.4 Micronized particles magnetized figure

3　结论

永磁体最基本的作用是在某一特定的空间产生一恒定的磁场，维持此磁场并不需要任何外部电源。标志永磁材料好坏的参数有许多，最重要的是最大磁能积（BH）max，磁能积越大，材料每单位体积所产生外磁场的能量就越大。目前商品NdFeB永磁材料的最大磁能积已达到50MGOe，本文通过工艺研究，最大化烧结出高磁能积的永磁材料。

［1］董清飞，周寿增，等.超强永磁体［M］.冶金工业出版社，1999.

［2］李安华，董生智，李卫.稀土永磁材料的力学性能［J］.金属功能材料2002，4.

［3］刘薇.Nd-Fe-B磁体的制备及其力学行为［D］.上海交通大学，2004.

［4］敖琪.Nd-Fe-B/FeCo纳米复合永磁薄膜的结构和磁性［D］.上海交通大学，2005.

Magnetic HDDR Powder Process Study

DENG Gao-Jian
（China Academy of Machinery Science&Technology，Beijing 100044，China）

PM couplers using ND-Fe-b permanent magnetic materials.In order to obtain better magnetic properties，generally advanced HDDR process using sintering technology.On strengthening study of technology，it can play the perfomace of high magnetic energy of rare earth permanent magnet materials，and make high quality energy-saving drive.

Nd-Fe-B；HDDR process；perfomace

TB383

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.003

1002-6673（2015）05-007-02

2015-06-02

邓高见（1982-），男，工程师，机械科学研究总院博士生。长期从事节能、先进传动及系统控制与集成等方面研究与项目。