什么是钕铁硼渗镝渗铽技术?

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钕铁硼永磁材料自80年代问世以来,以优异的磁性能被广泛应用于汽车、风电、航空航天、军工等各个领域,近年来在风力发电、新能源汽车等方面的需求量不断增加,这对钕铁硼永磁材料的矫顽力和温度稳定性提出了更高的要求。

由于Dy2Fe14B相的磁晶各向异性场远比Nd2Fe14B相的要强,居里温度也相对比较高,因此可以大大提高材料的矫顽力以及温度稳定性,对于矫顽力和使用温度要求较高的烧结钕铁硼材料中,加入镝元素的含量很高,有的可达10%以上。大家都知道重稀土元素镝铽价格较高,大量添加会使钕铁硼生产成本激增,因此如何在保证高矫顽力和温度稳定性的前提下减少镝铽的用量成为一个重要课题。
传统的元素添加方法是在熔炼过程中加入,即把Dy、Tb与Nd、Fe、B等元素一同熔炼,在制成的磁体中晶界和晶内主相中均有Dy分布。但研究表明,处于晶界的Dy对提高矫顽力作用最为显著,传统的元素添加方法有点“浪费资源”。
日本研究者最早提出了“晶界扩散”的概念,他们采用特殊的工艺使Dy通过扩散只存在于晶界而不进入晶内,这样不仅提高了钕铁硼材料的性能,而且大大减少了Dy元素的总量,降低了材料的成本。他们在制粉过程中在颗粒表面沉积Dy蒸气,后续烧结过程中发生Dy原子沿晶界扩散。位于晶界的Dy 与Fe是反铁磁耦合的,在几乎没有剩磁降低的情况下,材料矫顽力从800kA/m增加到1800kA/m。

机加工后磁体表面的损伤会导致磁性能的弱化,特别是对小尺寸样品而言,矫顽力降低很显著,采用晶界扩散技术可以修复并增加磁体表面磁性能。目前,晶界扩散技术已受到广泛关注,其制备工艺主要有蒸镀扩散、磁控溅射、表面涂覆等。

蒸镀扩散

在钕铁硼磁体表面蒸镀Dy/Tb工艺是将重稀土元素或其化合物和原始待处理样品放在蒸渡炉内,利用高温加热使重稀土元素高温蒸发,并在外来稀有气体的诱导下沉积在原始磁体表面并沿着晶界向磁体内部扩散。

采用蒸镀扩散方法是可以在高温加热的状态下,Dy蒸镀源的升华、在钕铁硼表面沉积以及在磁体内的扩散过程同时进行,使用蒸镀扩散法的优点是使重稀土元素扩散的更加充分,减少重稀土元素的使用量,降低成本,从而成功制备出高矫顽力低稀土含量的钕铁硼磁体。

磁控溅射法

与上面所述的蒸镀扩散法不同,磁控溅射是将Dy沉积过程与扩散过程分离,它是通过物理溅射将Dy沉积在原始磁体表面,之后再进行高温扩散。磁控溅射具有制备的膜层均匀、矫顽力提升效果明显等优点

有研究试验表明N35烧结态与回火态磁体经溅射渗Dy处理后,在剩磁仅降低0.009T0.03T的情况下,矫顽力大幅度提高,分别提高了708.44kA/m665.46kA/m,增幅分别高达73.5%64.8%,且渗Dy处理后磁体的Dy元素平均质量分数增加都不超过0.4%Dy处理后的磁体,Dy呈连续带状富集在富Nd相处,使得富Nd相变得更加连续光滑,富Nd相组织形貌的改善是矫顽力提升的原因之一。形成的(Nd,Dy)2Fe14B外延层具有较大的磁晶各向异性场,晶粒外延层的硬化,可以较好地抑制反向畴形核,也是矫顽力提升的主要原因。

表面涂覆法

表面涂覆法是指将稀土化合物直接涂覆在原始磁体样品表面,经干燥处理后在稀有气体氛围下进行高温热处理扩散。使用此方法可以显著提高磁体的矫顽力,优点是工艺简单方便,缺点是容易导致涂覆不均匀,扩散不充分。

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