低成本与高抗蚀性烧结Nd-Fe-B磁体工业生产关键技术研究

摘要

简要综述了烧结Nd-Fe-B磁体的制造技术及其显微组织与性能特点，添加合金元素对烧结Nd-Fe-B磁体磁性能与抗腐蚀性能的影响，烧结Nd-Fe-B磁体的腐蚀行为以及各类防护涂（镀）层的特点与应用。烧结Nd-Fe-B磁体的基本组成相为Nd2Fe14B、富Nd相、富B相。烧结Nd-Fe-B磁体具有优异的常温磁性能，但其温度稳定性与抗蚀性较差。添加合金元素可显著地改善烧结Nd-Fe-B磁体磁性能、温度稳定性、抗蚀性。应用合适的防护涂（镀）层是提高烧结Nd-Fe-B磁体使用性能的有效措施。
　　 研究了KH-550硅烷偶联剂的水解工艺和固化工艺，并将KH-550硅烷偶联剂应用于烧结Nd-Fe-B磁体的环氧树脂涂层中，利用打底法和掺混法在烧结Nd-Fe-B磁体上制备出含有不同KH-550硅烷偶联剂浓度的环氧树脂涂层。 分析了水解工艺参数和固化工艺参数对硅烷膜附着强度的影响；分析了硅烷浓度对环氧树脂涂层附着强度和阻挡性能的影响；并揭示了相关影响机理。实验结果表明，硅烷膜的附着强度在硅烷与水的比例1:1.75、溶液浓度10％、水解时间1.5h、固化温度120℃、固化时间1h的制备条件下达到最佳；合适浓度的KH-550硅烷偶联剂能显著提高环氧树脂涂层的附着强度和阻挡性能；打底法比掺混法更有利于环氧树脂涂层性能的提高；在硅烷浓度约为7.5％时涂层具有较好综合性能。
　　 添加一定数量La、Ce，或者不同数量Gd，于工业生产线上制备了烧结Nd-Fe-B磁体样品。实验结果表明，Gd元素的添加可以明显改善Nd-Fe-B合金铸锭显微组织，使Nd2Fe14B柱状晶生长良好，抑制α-Fe相的析出；显著优化烧结Nd-Fe-B磁体的显微组织，使Nd2Fe14B主相晶粒细化，尺寸均匀，形状规整，亦使富Nd相呈薄层状沿Nd2Fe14B主相晶粒边界均匀分布；提高烧结Nd-Fe-B磁体J-H退磁曲线方形度；La、Ce的添加恶化烧结Nd-Fe-B磁体组织与性能。通过合理设计合金成分，实现了市场需求量极大的N30烧结Nd-Fe-B磁体的工业生产，其产品组织较为精细、均匀，性能稳定，制造成本显著降低。相对于行业同等性能档次产品来说，该N30烧结Nd-Fe-B磁体的制造成本降低幅度约为32.8元/千克。
　　 通过优化合金成分设计和改进关键制造技术，在使制造成本较大幅度降低的情况下，于工业生产线上成功研制了具有优良抗蚀性的、大尺寸规格（122′62′55）的40SH性能档次烧结Nd-Fe-B磁体，应用于大功率永磁电机，用户反映良好。实验结果表明，适量Gd元素的加入可以显著提高烧结Nd-Fe-B磁体的抗腐蚀性能。研制的40SH烧结Nd-Fe-B磁体具有比较精细、均匀的显微组织；其剩磁Br、矫顽力Hcb、内禀矫顽力Hcj、磁能积(BH)max分别达到1.275T（12.75kGs）、1010kA×m-1（12.64kOe）、1820kA×m-1（22.83kOe）、320kJ×m-3（40.14MGOe）；在125℃温度、100％相对湿度、1.6atm压强的条件下保持72h，其失重约为2.92mg/cm2；相对于行业同等性能档次的产品来说，其制造成本降低约为18.1元/千克。