稀有金属Ga对磁体性能的影响

曹斌

摘要：企业规模化生产高性能烧结钕铁硼永磁材料对磁体性能稳定性提出了很高的要求，研究了Ga的添加对磁体性能和稳定性的影响。结果表明：Ga的添加量增加到0.15%时，矫顽力达到29.5KOe左右，且200℃时磁通不可逆损失hirr≦2%。这主要是因为Ga进入四方相，且极大地降低了磁体对温度的敏感性。

关键词：钕铁硼；矫顽力；稳定性；磁通不可逆损失

1 前言

烧结钕铁硼磁体自1985年进入产业化阶段以来，已成为发展最快的一类稀土永磁材料之一，人们对其研究深入的水平不断提高[1， 2]。进入21世纪随着稀土原料价格的降低，磁体的成本构成已由原来的主要是原料成本转为制造成本，具有世界第一大制造国的中国发展高性能钕铁硼磁体具有极大的潜在优势。中国烧结钕铁硼永磁材料的迅猛发展，强有力地推动了我们经济社会的发展，推动了计算机硬盘驱动器、电动汽车、风力发电与节能电机、办公自动化、人体医疗技术的发展，促进了产业结构升级、稀土战略资源的综合利用以及社会就业[3]。但是目前中国钕铁硼磁体综合性能普遍较低，使中国钕铁硼磁体一直不能大批量的进入其主流应用领域，其原因主要是产品性能低、均匀性差等问题。

本文研究了Ga的添加对磁体性能和稳定性的影响。

2 实验方法

2.1配料

PrNd24Dy5.5Tb2B0.99Al0.3Cu0.1Nb0.35Co1.6Ga0～xFebal. x按质量百分比0；0.05；0.1；0.15；0.2；0.25；0.3共7种不同添加比例分别配料300公斤。所用原材料其化学成分和纯度符合国家标准要求。使用的PrNd金属C≦0.03%、F e≦0.1%；镝铁合金C≦0.05%、F e±20%；金属铽C≦0.05%、F e≦0.1%；纯铁使用DT1沸腾纯铁；硼铁使用低碳中硼（B含量19%左右）；Al、Cu、Co纯度99.9%；Ga纯度99.99%，铌铁纯度99.9%其中铌含量65%。所有原材料要求表面处理，无氧化皮、锈迹和沾污。

2.2熔炼（SC）

在300公斤速凝甩带炉中熔炼。原材料装炉抽真空，当真空度达到5.0E0 Pa，预热，待真空度下降又回升至5.0E0 Pa充氩气至 2.7E4Pa。加大功率至300KW，待原材料全部熔化后功率调至 260-280KW精炼15-20分钟，电磁搅拌3-5分钟，待钢水表面变得发白发亮时，静置2～3分钟后浇注，浇注结束后充氩气至7.2E4Pa启动冷却风机下叉搅拌转动水冷转盘，冷却100分钟左右，抽真空后导入空气打开炉门出炉，最终获得7种不同0.2-0.4mm 的铸片，0.2～0.4mm范围内的厚度铸片占比95%以上，铸片表面无发蓝、发黄、发黑现象，收率98%以上，称重装桶按1～7标好序号。

2.3氢破碎（HD）

将不同序号的铸片装入氢碎炉反应釜，负压检漏合格后打开滑阀泵和罗茨泵抽真空至1.0Pa，关闭真空机组充氢气吸氢，10分钟压降小于0.02Mpa，认为吸氢饱和，反应完毕。然后打开真空机组抽真空，关闭half炉给反应釜加热至560～600℃脱氢2～3Hr，当真空度达到1E102 Pa时，关罗茨泵，真空度1*10E2Pa不降低，证明脱氢达到设计要求，充氩气冷却至常温后出炉得到1～2mm颗粒，装罐充氮气保护并标好序号。

2.4气流磨制粉

将不同序号的氢碎粉末填加一定比例的抗氧化剂搅拌，装入300T气流磨制粉，气流磨系统使用N2保护，系统管道设冷冻机，以降低系统内气体温度。系统氧含量80～100PPm，研磨压力0.56～0.6MPa，在线平均粒度控制在3.0～3.2？m。制粉结束后出料装入不锈钢罐中，添加一定比例的抗氧化剂和120#汽油搅拌得到7种不同成分的成粉。

2.5取向成型

将7种不同序号的粉末在1.6T固定一台自动磁场密封压机中取向后垂直钢模压制，密封压机中氧含量≦500PPm，压制采用双向压制，压制压力3.0～5.0MPa，得到一定形状密度为3.8～4.2g/cm3的压坯，抽真空包装后再在200MPa压力下等静压15S，密度进一步增大为5.0～5.4g/cm3，等静压介质为抗磨液压油。等静压后的压坯在氮气保护下剥油装入石墨料盒中装袋充氮气保护。

2.6真空烧结与热处理

使用高真空烧结炉，烧结段1060～1070℃*4Hr；一段回火930～980*2Hr；二段回火温度 480～510℃*4Hr。将石墨料盒中的压坯装炉后抽真空至1.0E0Pa后，以3.5℃/Min速度升温至900℃保持待真空度进入1.0E0Pa后以4℃/min升温到1050℃，保持5～10min后，以2～2.5℃/min升温到1060～1070℃，进行保温4Hr，结束后充氩风冷至 200～250℃后以6℃/mim的升温速度升温到890～950℃，保温2Hr后风冷至120～140℃，然后以5℃/mim的升温到 480～510℃，保温4Hr启动风机冷却到90℃出炉，得到毛坯磁体，排水法测量毛坯磁体密度7.6g/cm3左右。

3 实验结果与对比分析

将七种不同序号的磁体，经立式磨床6面磨光后，用 AMT-4 永磁测量仪在25℃室温下测量产品性能结果。不同序号磁体用线切割切片16mm*8mm*3mm放入烤箱在220℃稳定温度环境下做闭路热损失实验。

表1 金属Ga添加量对磁体性能的影响

由表1可以看出，添加适量的金属Ga可明显提高磁体的矫顽力和改善磁体的稳定性，但添加量继续加大，磁体的矫顽力会降低，且磁体的稳定性会减弱。这与金属Ga进入合金四方相，择优占据8j2晶位，细化晶粒，改善精粒边界显微结构，改善磁体的居里温度有关。

4 結论

4.1PrNd24Dy5.5Tb2B0.99Al0.3Cu0.1Nb0.35Co1.6Ga0～0.4Febal（x：0，0.05，0.1，0.15，0.2，0.25，0.3）在相同工艺条件下，随着取代量的增加磁体的矫顽力增大，磁体的稳定性增强；但是超过0.15%时，磁体的矫顽力会降低，磁体的稳定性减弱，因为Ga是非磁性原子。

4.2本配分磁体金属Ga的最佳取代量为0.15%。

（作者单位：江苏金石稀土有限公司）