基于Taguchi方法的晶界扩散Al改性HDDR Nd- Fe- B磁粉研究

朱明原 孔 拓 吕 蒙 李文献 金红明 李 瑛

(1.上海大学材料科学与工程学院,上海 200444; 2.上海大学可持续能源研究院，上海 200072)

Nd- Fe- B永磁材料具有优异的磁性能和较高的性价比，在电机、风力发电、医疗器械、交通等领域应用广泛[1]。采用氢化- 歧化- 脱氢- 再结合(hydrogenation- disproportionation-desorption- recombination, HDDR)工艺生产的高性能各向异性Nd- Fe- B磁粉的晶粒细小(0.3 μm)，接近单个磁畴尺寸[2]，是制造各向异性粘结Nd- Fe- B磁体的理想材料。

Nd- Fe- B永磁材料的主要性能指标包括矫顽力(Hci)、剩磁(Br)和最大磁能积(BHmax)。由于Nd- Fe- B的矫顽力温度系数为负值，热稳定性不高，阻碍了HDDR Nd- Fe- B磁粉在高温及变温环境中的应用。因而，提高Nd- Fe- B的矫顽力一直是研究的热点。起初是在Nd- Fe- B合金熔炼过程中添加价格昂贵的重稀土元素镝，形成高磁晶各向异性场(HA)的重稀土化合物(Dy,Nd)2Fe14B，以提高Nd- Fe- B的矫顽力及热稳定性。随后研究发现，矫顽力是结构敏感的磁参数，可通过优化晶界相来提高矫顽力，即通过重稀土元素(heavy rare earth, HRE)的晶界扩散，置换Nd2Fe14B晶粒表面部分Nd形成高HA的壳层结构[3]，在显著降低镝使用量的情况下，实现Nd- Fe- B矫顽力的提高。为了进一步减少高矫顽力Nd- Fe- B对重稀土的依赖，研究者们开始探索非重稀土晶界扩散改性Nd- Fe- B永磁材料。目前，改善Nd- Fe- B矫顽力的非重稀土晶界扩散源大致可分为3种。第1种是轻稀土- 过渡元素合金，例如Nd- Cu[4]和Pr- Cu合金[5]。富含Nd的晶界在扩散后变得连续且平滑，降低了Nd2Fe14B晶粒之间的耦合[6]。第2种是高熔点或高硬度化合物，它们充当钉扎位点以抑制磁畴壁的移动，例如WC[7]和MgO[8]。第3种是低熔点金属，例如Ga[9]和Zn[10]，可以改善晶界相的润湿性从而提高矫顽力。……