高性能烧结钕铁硼磁体的成分设计

õ研究报告õ

高性能烧结钕铁硼磁体的成分设计X

何叶青　熊　科+　周寿增

(北京科技大学材料科学与工程学院新金属材料国家重点实验室　北京　100083)

(+北京京磁技术公司　北京　100016)

摘　要　通过对Nd-F e-B-O四相平衡的分析,定量计算了在一定工艺条件下N d-F e-B 烧结磁体中的主相、富N d相、富B相和氧化物相的体积分数以及磁体的室温剩磁和磁能积。B

r 和(B H)ma x分别为1.528T和451kJ/m3是有可能制作出的烧结N d-Fe-B磁体的磁性能极限。

关键词　烧结　N d-Fe-B　成分设计

Composition Design of High Quality Nd-Fe-B

Sintered Magnets

He Yeqing,Xiong Ke+,Zhou Shouzeng

State K ey L aboratory f or Ad vanced M etals and M aterials,S chool of Materials S cience and Engineer ing,University o f S cience and T echnology,Beij ing100083 +Beij ing J ingci M agnetism T echnology Co.,Beij ing100016

ABSTRACT　T he v olume fraction of N d2Fe14B,N d90Fe4B4,N d1.1Fe4B4and N d2O3pha s-es in sintered N d-Fe-B mag nets is calculated on base of t he four phases equilibr ium analysis o f N d-Fe-B,and the mag netic pr opert ies a re also ev aluat ed.T he r emanence and mag netic pr oduct of abo ut1.523T and451kJ/m3,respect ively,is t he utmo st mag net ic pro per ty of N d-Fe-B sin-tered mag net that can be pr act ically fabr icated.

KEY WORDS　N d-F e-B,sinter ed mag nets,com po sitio n desig n

1　引言

从理论上讲,永磁体的剩磁(B r)和磁

能积(BH)max由下式决定[1,2]:

　B r=A f(1-B)DJ s(1a)

(BH)max=

B2r

4L rec

(1b)

式中A为正向畴的体积分数,f为取向度,B

是非磁性相的体积分数,D是磁体的相对密

度,J s为饱和磁极化强度,L r ec为永磁体的回

复导磁率。显然,要得到高磁能积的永磁体,

首先必须围绕如何提高烧结磁体的取向度、

主相的体积分数以及磁体的致密度等环节

X收稿日期:1999-08-31

来设计合理的合金成分和制作工艺。但为了得到具有足够高矫顽力的烧结Nd -Fe -B 永磁,磁体必须含有一定比例的富Nd 相。因为在烧结磁体中,富Nd 相分布在主相晶粒边界周围,起着对主相晶粒的去磁耦合作用[3];另外,富Nd 相在烧结过程中呈液态,对于磁体的致密化和显微组织的均匀化起着重要作用[4]。烧结Nd-Fe-B 磁体中除主相(Nd 2Fe 14B)和富稀土相外,还有富B 相(Nd 1+E Fe 4B 4)、氧化物相、气孔以及其它杂质相[5]

。由于通常的烧结Nd -Fe -B 磁体中含有0.1%量级(质量分数)的氧,而氧又对磁体的磁性能有着重大影响,因此完全有必要将其当成Nd-Fe-B 中的一个重要的合金元素来考虑[6,7]。目前在关于Nd -Fe -B -O 四元合金的磁性能与成分关系的计算方面报导甚少,本文从Nd-Fe-B-O 合金四相平衡原理出发,计算并讨论了Nd -Fe -B -O 四元合金的B r 和(BH )max 与成分的关系,为指导高性能烧结Nd-Fe-B 磁体的制作提供理论依据。

2　N d-Fe-B-O 四元合金的磁性

能与成分的关系

设烧结磁体成分(摩尔分数)为

Nd x Fe 100-x -y -z B y O z ,则各组元的质量分数为

W Nd =M N d x $

W Fe =M Fe (100-x -y -z )

$W B =

M B y $W O =

M O z $

(2)

式中,$=x M Nd +(100-x -y -z )M Fe +y M B +z M O ,M Nd ,M Fe ,M B ,M O 分别为Nd,Fe,B,O 的原子量。设Nd-Fe-B 磁体中的氧全部以Nd 2O 3的形式存在,并假定在烧结状态下,N d-Fe-B-O 磁体以下述四相相互平衡:

T 1相(Nd 2Fe 14B ,主相),质量分数为W T1,分子量为M T1;

T2相(Nd 90Fe 10,富Nd 相),质量分数为W T2,分子量为M T2;

T3相(Nd 1.1Fe 4B 4,富B 相),质量分数为W T3,分子量为M T3;

T4相(Nd 2O 3,氧化物相),质量分数为W T4,分子量为M T4; 则有

M Nd x $=2M Nd M T1W T1+90M Nd M T2W T 2+ 1.1M Nd M T 3W T3+2M Nd

M T4W T 4

M B y $=M B M T1W T 1+4M B

M T 3W T3M O z $=3

M O

M T4W T 4

W T1+W T 2+W T3+W T 4=1

(3)

(4)