王 飛

四川大學材料科學與工程學院，四川 成都 610065

1 稀土永磁材料的發(fā)展概況

稀土永磁材料是以稀土金屬元素R（Sm.Nd.Pr等）與過渡族金屬TM（Co.Fe等）所形成的一類高性能永磁材料，通常以技術(shù)參量：最大磁能積、剩磁、磁感矯頑力、內(nèi)稟矯頑力等來衡量該類物質(zhì)的性能。這些值越大，材料的性能越好，質(zhì)量越高，而使用這類材料的磁性器件便可小型化、輕量化、高性能化。它是20世紀60年代出現(xiàn)的新型金屬永磁材料，其發(fā)展至今已經(jīng)歷了第一代SmCo5系（1:5型），第二代Sm2Co17系（2:17型）以及第三代Nd-Fe-B系稀土永磁材料。由于前兩代稀土永磁材料都含有地殼中的微量元素Sm和戰(zhàn)略儲備物資Co，因而這兩種永磁體成本太高，應(yīng)用推廣受到很大的局限。為了擺脫Sm、Co的束縛，降低磁體的成本，人們將研究的焦點轉(zhuǎn)向成本低廉的稀土一鐵基磁體的上，至此邁向了開發(fā)稀土一鐵基磁體的新時代。

2 Nd-Fe-B/a-Fe雙相納米復合永磁材料的研究進展

為充分發(fā)揮納米晶復合永磁材料高磁能積、高剩磁的優(yōu)點，克服內(nèi)稟矯頑力低的缺點，人們對如何改善Nd2Fel4B/α-Fe相的組成、分布狀態(tài)和晶粒大小等關(guān)鍵因素進行了大量的實驗研究。目前，制備納米晶復合稀土永磁材料方法很多，其中熔體快淬法（MQ法）是制備R2Fel4B/α-Fe系列納米晶雙相復合永磁材料使用的比較多，也是研究比較深入的一種工藝方法。該工藝利用單輥真空熔體快淬設(shè)備冶煉母合金，然后真空快淬得到鱗片狀薄帶，其晶粒大小一般在30nm左右，經(jīng)粉碎和適當熱處理得到細小的粉末。但是采用熔體快淬法制備的納米復合永磁材料，由于快淬薄帶冷卻速度不均導致材料晶粒大小差異較大，進而影響了晶粒間的耦合作用使磁性能仍不太理想。

納米復合粉體的另一種常見的制備方法為機械合金化法。機械合金化法是制備納米晶稀土永磁材料的一種有效的方法，它對原始粉末進行高時間的球磨，然后再講產(chǎn)物在適當條件下進行退火，這樣也可以得到與快淬法相同的微觀組織。但是由于機械合金化法制備的超微細粉不能與空氣接觸，否則極易氧化自燃，工藝條件苛刻，現(xiàn)階段仍無法進行批量生產(chǎn)且磁性能也沒有得到較大的提高，因此還處在實驗室研究階段。

為了進一步改善納米復合磁體中軟硬磁相分布的均勻性，提高納米復合磁體的磁性能。研究人員們采用聲化學、磁控濺射、脈沖激光噴鍍、電鍍以及化學鍍膜等方法在富稀土成分的磁粉表面包覆一層軟磁相。有人采用超聲化學方法將Nd-Fe-B磁粉浸在正癸烷有機溶劑中，采用雙頻超聲化學反應(yīng)裝置使五羰基鐵（Fe（CO）5）分解并包覆在Nd-Fe-B磁粉表面，然后通過離心分離、無水乙醇洗滌（去除有機溶劑）獲得納米復合磁粉。此種方法雖然可獲得軟硬磁相分布均勻的納米復合磁粉，但是，實驗過程中需將Nd-Fe-B磁粉浸在有機溶劑中進行包覆，因而Nd-Fe-B磁粉表面與包覆層單質(zhì)鐵之間必定有機溶劑殘留影響磁體性能，且實驗成本較高。又有人想出采用磁控濺射、脈沖激光噴鍍、電鍍、化學鍍法制備納米復合磁粉。然而磁控濺射、脈沖激光噴鍍和電鍍法對設(shè)備要求嚴格且工藝復雜，成本太高，而且電鍍中的鍍液很難處理，不利于環(huán)保；而化學鍍前，基體材料需進行活化、敏化等鍍前處理，較活潑的富Nd相容易腐蝕，只有約1/4～1/3的粉末顆粒能夠被鍍上軟磁材料，效率很低，而且化學鍍后的復合磁粉也需要分離和洗滌，化學液體需要處理，非磁性的化學試劑也不可避免殘留在復合磁粉中，導致磁體的磁性能下降。

基于上述方法的缺點與局限性，為了進一步提高納米復合磁體的磁性能，必須考慮一種工藝簡單，成本合理的制備方法。以便充分發(fā)揮納米晶復合永磁材料的優(yōu)點，改善軟、硬磁性相的組成、分布的均勻性和晶粒大小，保證軟、硬磁性相間很好的交換耦合作用。

3 展望

Nd2Fe14B/α-Fe納米晶雙相復合稀土永磁材料是結(jié)合了硬磁性相高磁晶各向異性和軟磁性相高飽和磁化強度的優(yōu)點，又通過納米尺度下兩相間的鐵磁交換耦合作用，使材料具有優(yōu)異的綜合磁性能。因此，有人針對納米復合稀土永磁材料發(fā)展中存在的問題，為改善Nd2Fe14B /α-Fe納米復合稀土永磁體的微觀結(jié)構(gòu)以提高磁性能，從該思路出發(fā)，提出一種可調(diào)控優(yōu)化復合磁體的相結(jié)構(gòu)，進而制備高性能各向異性納米復合稀土永磁的新方法，即以富稀土成分的釹鐵硼條帶和五羰基鐵為原料，采用化學氣相沉積技術(shù)實現(xiàn)單質(zhì)Fe對Nd-Fe-B快淬磁粉表面的均勻包覆，得到Nd-Fe-B/α-Fe復合磁粉；然后將復合磁粉進行放電等離子燒結(jié)來制備各向同性納米復合稀土永磁，促使復合磁體在較低溫度下迅速致密化，有效抑制晶粒長大；最后通過熱塑性變形獲得各向異性納米復合稀土永磁，該工藝利用壓力和溫度的共同作用來促使軟硬磁晶粒沿特定方向排列，使磁體獲取各向異性；該工藝可實現(xiàn)快速升溫，縮短磁體在高溫下的停留時間，抑制晶粒過分生長，以期充分改善其磁性能，從而為納米晶雙相復合稀土永磁材料提供新的制備方法和研究思路。

NdFeB雙相納米復合永磁材料由于具有優(yōu)異的磁性能和商業(yè)價值，已成為當今材料領(lǐng)域研究的熱點。因此，在這種背景下開展基礎(chǔ)研究，具有明顯的理論意義和實用價值。為了發(fā)展我國的Nd-Fe-B稀土永磁產(chǎn)業(yè)，充分發(fā)揮我國的稀土資源優(yōu)勢，提高我國釹鐵硼磁體產(chǎn)品在國際市場上的競爭力，發(fā)展高性能Nd-Fe-B磁體提供技術(shù)支持。

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