烧结NdFeB磁体断裂强度研究.pdf

材料科学 烧结Nd．Fe．B磁体断裂强度研究 王会杰李安华李岫梅李卫 钢铁研究总院，北京，100081 摘要本文研究了烧结Nd—Fe．B磁体沿平行和垂直取向方向的抗弯强度及断裂韧性以及微观 结构，表明其力学性能沿不同取向方向存在较大差异。探讨了烧结Nd．Fe—B磁体力学各向异 性的起因，在此基础上研究了稀土氢化物添加对烧结Nd．Fe．B磁体力学性能的影响，分析表 明烧结Nd．Fe．B磁体力学各向异性来源于结晶过程中晶粒生长的各向异性，添加液相有助于 改善烧结Nd．Fe．B磁体富稀土相分布和微观结构，从而提高材料的力学性能。 关键词 金属材料；烧结Nd．Fe．B；抗弯强度；力学各向异性 前 言 接近64MOe的理论极限【31。烧结Nd—Fe．B永磁材料由于其具有较高的性能价格比和优异的磁性能，被广泛 应用于航天航海、信息电子、能源、交通、通讯、医疗卫生等众多领域。随着烧结Nd．Fe．B永磁材料的应 用范围不断扩大，对磁体的可加工性能及使用过程中的力学性能提出越来越高的要求。提高烧结钕铁硼磁 体的强韧性性，已成为该材料的重要研究方向之一。微量添加元素对磁体的磁性能和微观结构具有显著影 响，蒋建华等研究了合金元素添加对烧结Nd—Fe．B永磁材料断裂强度的影响，认为适量添加Co、Cu、Nb 研究，并通过改变磁体成分、提高稀土元素含量，及适量添加元素Nb、Ti等显著提高磁体冲击韧性，改 了磁体的可加工性和抗震性，同时使磁体保持较高的磁性能，但是很少从机理上对烧结Nd-Fe．B磁体的力 学性能进行研究。 作用。烧结Nd．Fe．B磁体断裂主要为沿晶断裂【8】，这是由于磁体中富钕相和主相的结合较弱导致的，因此 富钕相在烧结Nd—Fe．B磁体中的分布特征对烧结Nd．Fe．B磁体的力学性能具有重要影响。本文研究了烧结 Nd．Fe．B磁体力学强度的各向异性，分析了产生力学各向异性的原因。在此基础上，进一步研究和探讨金 属镨氢化物添加对烧结Nd—Fe．B磁体抗弯强度和微观结构的影响。 1 试验方法 合金采用电弧熔炼法在氩气气氛保护下熔炼，测量力学性能各向异性采用的合金成分为 3at．％。采用传统的粉末冶金工艺制备磁体，镨氢化物在制粉阶段与主相进行混合。合金在汽油保护下先振 中国科缛第四届优秀博士生学术年畚论文集 烧结及同火工艺为1070～1090c烧结I 韧性进行测最。 2试验结果及讨论 2．1力学性能各向异性 表1磁体沿不同方向的抗弩强度和断裂韧性 抗弯强度(MPa) 断裂切性fMPa·m”) 由袭l可以看出磁体的力学性能在平行下取向办向和垂直于取向方向存在较大的羞异。当雎力方向与取向 方向平行时，抗弯强度和断裂韧性的值较高分别为328MPa和6MPa·m”l当Jt力方向与取向办向垂直 时力学测试结粜则相对较低尽为230MPa和5Mh·mm。生产及试验过程中均观察到磁体在烧结过程中 沿不同方向存在不同的收缩比例，在平行于取向方向硪体的收缩比高1+垂直于取向的方向。由于磋体的烧 结过程为液相烧结．在烧结过程中候熔点的高蚀相构成液相，诫相烧结使融体选到或接近达到垒密度．所 以寓蚀相的分布对磁体的收缩过程至关重要．磁体收缩的各向异性是由于富钕相分布并向异性造成的。 图1磁体断面的微现形裴 (a)表示压力垂直于取向方向的断口形筑：删表示压力平行于取向方向的断口形貌 从圈2可知沿不同方向烧结Nd．Fe-B碰体断裂机制均为沿品断裂．断DSEM照片清晰地显示每个晶 牲的多面体形貌．平均品粒尺寸为10tam。其中获色颗粒为Nd：Fe．J土褶．白色片状相和颗{壹为高蚀相。 研究表明SmC02：17礁体的断裂为解理断裂，其晶体结构再向异性及由于取向导致的类似“织构”的显微 组织导致材料具有强的力学性能各向异性”】。然『Ⅱ烧结Nd-Fe．B磁体沿晶断裂表明力学的各向异性并非由 于Nd2FeJ4B土丰日取向织构所致，而是与高镘相丹布微观结构有关。 圈3是平行与垂直于铸锭冷却方向截面的背敝射照片，其中扶色为基体NdzFe．．B主相。白色为高钕相． 主相呈片状分布．富镄相亦呈片状分布于主