采用速凝铸造工艺制备烧结永磁体周仲成1，刘国征2，刘树峰2，赵瑞金2，武斌2，吕卫东2，鲁富强（ 1.内蒙古工业大学材料科学与工程学院，内蒙古呼和浩特010062 2.包头稀土研究院，内蒙古包头014010）一些有利于提高磁体性能的先进方法。同时分析总结了速凝铸造对提高磁体性能的部分机理。

　　1简介近年来由于在计算机和通讯器材等的小型化、轻量化以及环保节能等方面的要求，市场对NdFeB磁体性能的要求越来越高。消除合金中的AFe是获得高性能烧结磁体的一个重要手段。而消除AFe的有效途径应从铸造工艺入手，即增加冷却速度，从根本上抑制AFe的析出。如果采用金属铸模来生产合金铸锭，那么铸模的导热性能将决定熔体合金初始阶段的凝固状态。然而，随着凝固过程的进行，熔体的冷却状态将由已凝固合金与铸模间的传热所决定。因此，即使金属模的冷却能力提高了，铸锭心部与表面的冷却条件也会有很大差别，铸锭越厚这种差别就越明显。于是就会造成铸锭心部存在粒径尺寸在10Lm～100Lm范围的AFe，并且包围主相的富稀土相尺寸变大。900℃到1200℃、几小时到几十小时的均匀化热处理很难消除AFe相，另一方面，这种热处理还会造成晶粒长大。

　　为解决上述问题， 1995年Yamamoto K等人开发了新的磁体合金铸造工艺，即所谓的速凝铸造（ Strip Casting，简称SC）。其基本原理是将熔融的金属液流向旋转的金属辊轮上浇注，以获得一定厚度的合金薄片。如图1所示，合金在坩埚中熔化后保持在一定温度，然后注入中间包并维持一定的过冷度（通常为200℃～500℃） ，将过冷的熔体浇注到具有一定转速的水冷铜辊上，在较快的冷速下（通常在范围内的合金铸片。

　　1?坩埚2?熔体3?中间包4?辊轮5?合金铸片利用速凝铸造工艺制备高性能烧结磁体，是日本等国家永磁体生产的主要方法。速凝铸造工艺制备的磁体具有低稀土总量（约占12，原子数分数）、高Nd主相（　95，体积分数）、晶粒细小均匀（ 1Lm～3Lm）、富Nd相分布均匀和微量或不含AFe等优点。目前国外工业化生产水平的稀土2速凝铸造工艺与常规铸造工艺的对比实验采用的是合金在真空或保护气氛下，通过感应加热熔成熔融合金，然后浇铸到水冷辊轮上，快冷成0. 3mm左右的速凝薄片。该工艺与传统的铸锭工艺相比具有组织均匀、晶粒细化、无AFe等优点。此外，还发现将薄片在大气中放置20天氧含量为120×10　6，表明薄片具有一定的抗氧化能力，适应NdFeB规模化生产。

　　的合金采用不同的铸造工艺制备的铸锭化学分析结果及相应磁体磁性。

　　从表1中可以看出，速凝铸造获得的铸片晶粒细小，而且尺寸分布范围窄，合金中未观察到AFe晶粒的存在，富Nd相均匀弥散且环绕于主相周围，这些特点都明显优于金属模铸造的合金。经速凝铸造工艺制得的磁体的磁性能显著优于常规铸锭合金制得的磁体。

　　合金铸锭的化学分析主相晶粒尺寸/ Lm标准偏差/ Lm AFe的晶粒尺寸富Nd相速凝铸造未见到环绕主相均匀弥散金属模铸几十微米晶粒主要是几十到几百微米的弥散的AFe和富Nd相注：括号内为平均值等研究了薄片的微结构，发现薄片在与辊面的接触处是成核中心，硬磁性相的柱状晶沿成核中心定向生长，并与辊面倾斜成60°～80°角，垂直方向晶粒的直径约为5Lm～25Lm，与辊面平行方向为25Lm～60Lm.根据T EM等观察，薄片中没相存在，富钕相以薄片层状弥散分布在主相的晶粒边界，其厚度约为60nm～所有的硬磁性相晶粒都有同样的结晶取向。

　　余的合金采用不同的铸造方法制备的烧结磁体的金相照片。可见，速凝工艺制造的磁体晶粒细小均匀，主相晶粒小于10Lm的占96，而大于13Lm的仅占1（ a）。相比之下，常规烧结磁体的晶3速凝薄片的热处理将速凝薄片在适当温度下进行热处理，可以提高相应烧结磁体的磁性。例如成分为（ Nd的合金，采用未经热处理的铸片制备的磁体1h热处理的铸片制备的磁体B = 39. 5M GOe.产生这种差别的原因是速凝薄片组织中主相和富相的成分不符合高性能烧结NdFeB的要求。对速凝薄片热处理前后主相和富钕相的成分分析表明，没有热处理的速凝薄片中主相含量远高于正分成分，当热处理温度在900℃左右时，主相成分接近正分成分没有热处理的速凝薄片中，富钕相中Nd含量为42～45 ，远远低于传统铸锭或经过热处理后富钕相的含量。

　　4速凝薄片的氢爆处理对速凝薄片微观结构的研究发现，薄片的纵截面存在两种区域：贴辊面的细小碎晶区和远离辊面的片状晶区。靠近辊面存在粒度在2Lm～3Lm以下的疏松的碎晶，这是由于合金熔体浇铸到铜辊表面时，贴辊面一侧温度迅速降到液相线以下，在短时间内获得很大的过冷度而大量形核，从而导致生成大量细晶微晶。采用900℃以下退火处理不能消除细晶区，退火温度高于900℃时，主相晶粒长大，微观组织变差[ 7].速凝薄片中这些碎晶对制粉等后续工序的影响是不容忽视的。传统的机械破碎难以将这些细小的晶粒一一分开，如果采用由铸锭直接破碎至3Lm～5Lm，这样很多颗粒会处于多晶状态，对取向造成不利影响。日本大多先采用氢爆工艺再制粉，在氢爆过程中，氢气和晶界富钕相反应导致晶粒从晶界处产生爆裂，在随后的制粉过程中就容易得到粒度均匀的粉末，提高磁粉的取向度。

　　5在粉体中添加润滑剂和防氧化剂防氧化剂一般在中碎后、气流磨之前加入原料中。可以作为防氧化剂的有聚环氧乙烷烷基醚、聚环氧乙烷单脂肪酸酯或聚环氧乙烷烯丙基醚等。液态润滑剂覆盖在粉体表面有助于防氧化，并有利于提高粉末的取向度。可以作为润滑剂中脂肪酸酯的有乙酸甲酯、辛酸甲酯、十二酸甲酯等，可作为溶解剂的除石油溶剂外还有异链烷烃溶剂或环烷烃溶剂等。润滑剂可以在气流磨微粉之前、之后或之中的任何时候加入。也可以采用固体润滑剂如硬脂酸锌等。

　　添加剂（防氧化剂及润滑剂）的总用量各文献的报道差异很大，大致在0. 05～1. 0（质量分数）范围，具体情况可以通过生产实践来确定。在是否有添加剂的对比实验中发现，单独添加防氧化剂或润滑剂的磁体性能高于无添加剂磁体，但低于同时添加防氧化剂和润滑剂的磁体6采用双相合金法制备NdFeB永磁体双合金法是主相合金与液相合金采用不同的方法分别冶炼。双合金法能够制备出性能优异的烧结NdFeB磁体。通过调整主相合金与液相合金的配比，既能降低富RE相在主相中的析出，又可减少富相在晶界交隅处的团聚，使磁体的成分更合理。

　　当主相合金为正分成分，采用速凝铸造工艺得到速凝薄片，由于没有多余的金属Nd存在于合金中，所以不易氧化。晶界相含RE量虽然很高，若采用快淬工艺得到的是非晶合金，不存在晶粒和晶粒边界，具有较强的抗氧化性。因此双相合金工艺可以保证在很低的Nd含量时仍有足够多的富N d相存在，保证有高的此外，研究还显示速凝工艺制备的磁体受添加元素的影响与常规方式制备的磁体受到的影响不完全相同，例如添加Nb对矫顽力的影响在两种磁体中的表现有明显的差别（如图3所示）。左图是Nb含量对采用速凝铸造的磁体和采用金属模铸造的磁体矫顽力（ H）的影响，右图是Nb含量对这两种磁体剩磁（ B）的影响。可见，添加Nb能显著提高速凝铸造的磁体矫顽力，但对常规制备的磁体矫顽力影响不明显 Nb含量较低（≤0. 08，原子数分数）对Nb的敏感程度在两种磁体中无明显差别。

作者：佚名　　来源：中国润滑油网