什么是釹鐵硼滲鏑滲鋱技術?

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釹鐵硼永磁材料自80年代問世以來,以優異的磁性能被廣泛應用于汽車、風電、航空航天、軍工等各個領域,近年來在風力發電、新能源汽車等方面的需求量不斷增加,這對釹鐵硼永磁材料的矯頑力和溫度穩定性提出了更高的要求。

由于Dy2Fe14B相的磁晶各向異性場遠比Nd2Fe14B相的要強,居里溫度也相對比較高,因此可以大大提高材料的矯頑力以及溫度穩定性,對于矯頑力和使用溫度要求較高的燒結釹鐵硼材料中,加入鏑元素的含量很高,有的可達10%以上。大家都知道重稀土元素鏑鋱價格較高,大量添加會使釹鐵硼生產成本激增,因此如何在保證高矯頑力和溫度穩定性的前提下減少鏑鋱的用量成為一個重要課題。
傳統的元素添加方法是在熔煉過程中加入,即把Dy、Tb與Nd、Fe、B等元素一同熔煉,在制成的磁體中晶界和晶內主相中均有Dy分布。但研究表明,處于晶界的Dy對提高矯頑力作用最為顯著,傳統的元素添加方法有點“浪費資源”。
日本研究者最早提出了“晶界擴散”的概念,他們采用特殊的工藝使Dy通過擴散只存在于晶界而不進入晶內,這樣不僅提高了釹鐵硼材料的性能,而且大大減少了Dy元素的總量,降低了材料的成本。他們在制粉過程中在顆粒表面沉積Dy蒸氣,后續燒結過程中發生Dy原子沿晶界擴散。位于晶界的Dy 與Fe是反鐵磁耦合的,在幾乎沒有剩磁降低的情況下,材料矯頑力從800kA/m增加到1800kA/m。

機加工后磁體表面的損傷會導致磁性能的弱化,特別是對小尺寸樣品而言,矯頑力降低很顯著,采用晶界擴散技術可以修復并增加磁體表面磁性能。目前,晶界擴散技術已受到廣泛關注,其制備工藝主要有蒸鍍擴散、磁控濺射、表面涂覆等。

蒸鍍擴散

在釹鐵硼磁體表面蒸鍍Dy/Tb工藝是將重稀土元素或其化合物和原始待處理樣品放在蒸渡爐內,利用高溫加熱使重稀土元素高溫蒸發,并在外來稀有氣體的誘導下沉積在原始磁體表面并沿著晶界向磁體內部擴散。

采用蒸鍍擴散方法是可以在高溫加熱的狀態下,Dy蒸鍍源的升華、在釹鐵硼表面沉積以及在磁體內的擴散過程同時進行,使用蒸鍍擴散法的優點是使重稀土元素擴散的更加充分,減少重稀土元素的使用量,降低成本,從而成功制備出高矯頑力低稀土含量的釹鐵硼磁體。

磁控濺射法

與上面所述的蒸鍍擴散法不同,磁控濺射是將Dy沉積過程與擴散過程分離,它是通過物理濺射將Dy沉積在原始磁體表面,之后再進行高溫擴散。磁控濺射具有制備的膜層均勻、矯頑力提升效果明顯等優點。

有研究試驗表明N35燒結態與回火態磁體經濺射滲Dy處理后,在剩磁僅降低0.009T0.03T的情況下,矯頑力大幅度提高,分別提高了708.44kA/m665.46kA/m,增幅分別高達73.5%64.8%,且滲Dy處理后磁體的Dy元素平均質量分數增加都不超過0.4%。Dy處理后的磁體,Dy呈連續帶狀富集在富Nd相處,使得富Nd相變得更加連續光滑,富Nd相組織形貌的改善是矯頑力提升的原因之一。形成的(Nd,Dy)2Fe14B外延層具有較大的磁晶各向異性場,晶粒外延層的硬化,可以較好地抑制反向疇形核,也是矯頑力提升的主要原因。

表面涂覆法

表面涂覆法是指將稀土化合物直接涂覆在原始磁體樣品表面,經干燥處理后在稀有氣體氛圍下進行高溫熱處理擴散。使用此方法可以顯著提高磁體的矯頑力,優點是工藝簡單方便,缺點是容易導致涂覆不均勻,擴散不充分。

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