下载文档原格式
212管理及其他M anagement and other磁控溅射法渗镝对烧结钕铁硼性能及显微结构的影响分析与研究郭敬东（山西国营金阳器材厂，山西 太原 030008）摘 要:对烧结钕铁硼磁体进行渗透Dy 处理，可以改善晶体的结构，使得材料的矫顽力得到提升，从而改善材料的高温使用性能。
本文介绍的磁控溅射法首先在磁体表面形成一层Dy 膜，然后通过高温作用，使得Dy 在磁体内部发生界面扩散作用，与原有的Nd 元素发生替换，并排出多余的Nd 相，扩散的Dy 相可以形成新的壳体结构，提升磁体材料的矫顽力。
关键词：磁控溅射法；烧结钕铁硼；磁性能中图分类号：TB383.2 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）11-0212-2 收稿日期：2020-06作者简介：郭敬东，男，生于1968年， 汉族， 山西太原人，本科， 研究方向：钕铁硼材料生产。
随着石油资源的枯竭、环保问题不断突出，新能源汽车的开发和应用逐渐受到关注。
目前，已有多种品牌的新能源汽车开始交付使用。
新能源汽车的核心部件就是动力单元，新能源汽车技术的不断革新，对于动力单元材料的性能要求也不断提升。
烧结烧结钕铁硼永磁是新能源汽车动力马达的核心材料，需要具备更好的高温使用条件。
提升改材料高温使用条件的主要方式是提升高矫顽力，目前生产烧结钕铁硼的矫顽力远远没有达到该材料的理论矫顽力，因此提升钕铁硼矫顽力的空间还有很大。
为了提升钕铁硼矫顽力，改善材料的高温使用效果，常用的方式是通过添加稀土金属元素实现主相晶粒的磁晶各向异性场，按照传统的合金生产方式添加稀土元素存在两个问题：成本高；HRE 与Fe 之间存在反铁磁性耦合，因此会造成剩磁和磁能积降低，造成浪费。
针对上述存在的问题，晶面扩散方法的应用得到推广，晶面扩散是通过特殊工艺条件，使得重稀土元素通过扩散的方式进入主相晶粒的边缘，形成磁晶各向异性场。
晶面扩散方法可以分为干法和湿法两种，其中干法工艺包括热蒸镀、磁控溅射法；湿法工艺包括表面涂覆、电泳沉积等。
财"#用烧结钕铁硼永磁材料重稀土晶间扩散技术研究邓飞柳超杨福平曹玉博(中国第一汽车股份有限公司技术中心，长春130011 &摘要：介绍了烧结钕铁硼永磁材料重稀土晶间扩散技术。
研究了该技术对烧结钕铁硼永磁材料磁性能的影响，包括对永磁材料重稀土用量的影响、扩散处理后重稀土浓度梯度对磁体分层磁性能的影响以及对永磁材料耐蚀性的影响。
研究结果为提升烧结钕铁硼永磁材料性能、降低重稀土元素用量，进而降低材料成本提供了一种有效的方法；同时，指出了该技术目前存在的问题和需要改进的方向。
关键词：烧结钕铁硼永磁材料重稀土晶间扩散磁性能中图分类号:TM27 文献标识码:A^ ----1—1刖<目前，以烧结钕铁硼（Nd2Fe14B)为代表的稀土 永磁材料是磁性能最高、应用最广的永磁材料。
随着新能源汽车的发展，烧结钦铁硼永磁材料已 经在混合动力汽车（H E V)、纯电动汽车（E V)等新 能源汽车领域成为最重要的功能材料；而且随着 汽车要求的进一步提升，对烧结钦铁硼永磁材料 的最高使用温度提出了更高的要求。
实际上，N dFe&B化合物矫顽力的理论极限值为7.3 T，但 N d-Fe-B系永磁合金实际矫顽力！"通常只有该 理论值的30%左右4，还有很大的提高空间。
目前，提高矫顽力（！")最有效的方法是采用重稀土 元素铽(！）和镝(D y)置换合金中的钕(Nd)元素，形成（Nd，Tb)2Fe14B或（Nd，Dy)2Fe14B。
但重稀土元 素储量极其稀缺（镝储量仅为钕储量的近1/9,铽作者简介:邓飞（1987—)，男，工程师，工学学士，主要研究方向为 新能源汽车驱动电机用磁性材料及其应用。
储量尚不足钦储量的1/30)，价格昂贵；另一方面，与N d元素不同，D y与Fe为反铁磁性耦合，所以这种元素置换方式会造成磁体的剩磁明显降低4。
因此，研发新的、少加甚至不加重稀土元素，同时提升最高使用温度和矫顽力的烧结钦铁硼永磁材料已成为目前钦铁硼研究领域的热点。
镝铁的电导率和电磁性能研究引言：镝铁是一种重要的稀土磁性材料，具有优异的磁性能和电导性能。
本文将对镝铁的电导率和电磁性能进行深入研究，探讨其在电子器件、电磁波吸收等领域的应用前景。
一、镝铁的电导率研究电导率是材料导电性的量化指标，对于电子材料的应用至关重要。
镝铁作为一种金属磁性材料，其电导率也是研究的重点之一。
研究表明，镝铁的电导率随温度的升高而减小，在室温下具有较高的电导率。
该现象可以通过镝铁的晶格结构解释，镝铁晶格中的电子能带结构使得电子在晶格中运动受到较小的阻碍，从而表现出较高的电导率。
此外，镝铁的电导率还受化学成分和晶体缺陷等因素的影响。
通过对镝铁的合金化和掺杂研究，可以有效地改变其电导率，提高其导电性能，扩展其应用领域。
二、镝铁的电磁性能研究1. 磁性性能镝铁是稀土磁性材料中磁畴结构具有响应性的一种。
其具有较高的居里温度和自发磁化强度，能够在较高温度下保持稳定的磁性能。
此外，通过控制镝铁的晶粒尺寸和磁畴结构等，可以有效调控其磁性能，实现高磁化强度和低磁滞损耗的设计要求。
2. 电磁波吸收性能镝铁具有优良的电磁波吸收性能，在电磁波捕获和热能损耗方面发挥着重要作用。
通过调整镝铁的形状、结构和掺杂方式等，可以实现对特定频段电磁波的高效吸收。
此外，镝铁还具有可调控的电导率，可以调整电磁波吸收性能，满足不同应用场景的需求。
三、镝铁在电子器件中的应用前景1. 传感器镝铁具有较高的磁性能和电导率，可以应用于传感器领域。
通过控制镝铁的磁性和导电性能，可以实现对温度、湿度、压力等物理量的灵敏检测和测量。
2. 电磁波屏蔽材料镝铁的电磁波吸收性能使其成为理想的屏蔽材料。
在电子器件中应用镝铁可以有效吸收无线电波和电磁波，减少信号干扰，提高电子器件的工作稳定性和性能。
4. 稀土永磁材料镝铁具有较高的居里温度和磁化强度，被广泛应用于稀土永磁材料中。
稀土永磁材料在电机、发电机等领域有着重要的应用，镝铁的优异性能使其能够替代传统磁性材料，提高电机的工作效率和输出功率。
晶界扩散镝(Dy)烧结钕铁硼磁性能的研究
向春涛;张鹏杰;赵占中;黄秀莲;衣晓飞;陈静武
【期刊名称】《安徽科技》
【年(卷),期】2015(0)11
【摘要】采用晶界扩散镝的方式对烧结后的磁体进行研究,探讨晶界扩散镝对磁体成分、磁性能、失重等的影响.
【总页数】2页(P48-49)
【作者】向春涛;张鹏杰;赵占中;黄秀莲;衣晓飞;陈静武
【作者单位】安徽大地熊新材料股份有限公司;合肥工业大学材料科学与工程学院【正文语种】中文
【相关文献】
1.晶界扩散Dy–Al–Ga对钕铁硼磁体的磁性能和微观组织的影响 [J], 屈鹏鹏;曾亮亮;黄祥云;何磊;杜畅;李家节
2.晶界扩散Dy60Co35Ga5合金对烧结钕铁硼磁体\r磁性能及热稳定性的影响 [J], 黄祥云;何磊;曾亮亮;杜畅;屈鹏鹏;周头军;余效强;钟震晨;李家节
3.镝扩散对烧结钕铁硼的磁性能影响研究 [J], 仉喜峰;
4.晶界扩散Dy60Co35Ga5合金对烧结钕铁硼磁体磁性能及热稳定性的影响 [J], 黄祥云; 何磊; 曾亮亮; 杜畅; 屈鹏鹏; 周头军; 余效强; 钟震晨; 李家节
5.烧结钕铁硼磁体等离子喷涂-晶界扩散氧化镝研究 [J], 赵鹏翔;白玉;马文;尹雪;王誉;娄树普;王强
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
烧结钕铁硼晶界扩散D y微观组织分析建1，周磊1* ，刘涛1，程星华 1 ，喻晓军 1 ，波2李( 1．中国钢研科技集团公司安泰科技北京空港新材料产业园，北京101318;2．中国钢研科技集团公司，北京100081)摘要: 主要对渗Dy 晶界扩散处理后的N dF eB 磁体中的Dy 元素分布特性进行了研究。
经过蒸镀法渗Dy 处理，磁体矫顽力从1060 k A /m提高至1630 k A /m，而剩磁几乎保持不变。
ICP成分分析得知，虽然渗Dy 处理后Dy含量从表到里逐渐降低，但与未处理的磁体相比，在最深的中心部仍有明显的Dy 含量提高。
S E M能谱和EPMA 面分布结果显示，大部分Dy 元素主要存在于角隅处富钕相，而贫钕晶界处Dy 含量从表到里逐渐减少。
Dy扩散过程在富钕相晶界处更易进行，钕铁硼磁体本身的富钕相分布和晶界结构对渗Dy 过程起重要作用。
关键词: 烧结钕铁硼;晶界扩散工艺;磁性能;微观结构中图分类号: T M273文献标识码: A文章编号: 1004-0277(2014) 06-0045-04随着混合动力汽车(H EV)产业的兴起［1］，汽车用钕铁硼磁体要求具有高矫顽力且能高温服役。
采用传统合金化工艺添加Dy、Tb 等元素是提高NdFeB 磁体矫顽力的最有效的方法，但是由于其元素与F e 之间形成的反铁磁耦合导致ＲE2Fe14 B(ＲE = D y，T b) 化合物磁矩降低，最终降低磁体剩磁。
最近出现的晶界扩散渗镝技术正好弥补了传统工艺的缺陷。
经该技术处理后Dy 元素有效分布于晶界周围，形成(Nd，Dy) 2Fe14 B 改性区，避免了过多取代主相晶粒内部Nd 元素，有效降低Dy 元素使用量并避免剩磁下降，同时提高矫顽力［2］。
目前为止，多个文献报道了不同的渗镝工艺［3～6］，其中蒸镀方式［4］和化学涂覆方式［5］渗Dy 处理技术已成功实现工程化应用，达到了对批量产品进行晶界扩散的目的。
晶界扩散Dy–Al–Ga对钕铁硼磁体的磁性能和微观组织的影响屈鹏鹏;曾亮亮;黄祥云;何磊;杜畅;李家节【摘要】通过晶界扩散Dy70Al10Ga20合金研究了烧结Nd–Fe–B磁体的磁性能和热稳定性能.用NIM-500C高温永磁测量仪和MLA650扫描电镜测出了磁体在扩散前后的磁性能和微观组织的变化.结果表明,在Dy70Al10Ga20合金扩散热处理后,磁体矫顽力从原始的1080.968 kA/m显著提升到1671.600 kA/m,提升幅度约为55％,而剩磁下降很少.Dy、Al、Ga元素在晶界处扩散,很好地隔绝了磁交换作用,提升矫顽力.SEM图显示在扩散Dy70Al10Ga20合金后,可以很明显地看到晶粒外延层有一层灰色的壳层包覆着主相晶粒,很好地起到了隔离晶粒的磁交换作用.XRD显示主相的峰普遍往右偏移,这归因于重稀土元素Dy进入晶粒外延层形成(Nd,Dy)2Fe14B核壳结构.Dy的原子半径比Nd小,导致峰往右移.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2019(010)003【总页数】5页(P64-68)【关键词】晶界扩散;低熔点合金;烧结钕铁硼;矫顽力【作者】屈鹏鹏;曾亮亮;黄祥云;何磊;杜畅;李家节【作者单位】江西理工大学, 材料科学与工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学江西省稀土磁性材料及器件重点实验室,江西赣州 341000;江西理工大学, 材料科学与工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学江西省稀土磁性材料及器件重点实验室,江西赣州 341000;江西理工大学, 材料科学与工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学江西省稀土磁性材料及器件重点实验室,江西赣州 341000;江西理工大学, 材料科学与工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学江西省稀土磁性材料及器件重点实验室,江西赣州 341000;江西理工大学, 材料科学与工程学院,江西赣州 341000;江西理工大学江西省稀土磁性材料及器件重点实验室,江西赣州341000;江西理工大学江西省稀土磁性材料及器件重点实验室,江西赣州 341000【正文语种】中文【中图分类】TF802.67;TM27Nd–Fe–B系烧结磁体具有高饱和磁通密度、高矫顽力、高磁能积等优异的磁特性，因此被广泛用于磁性器件的关键部位，如风力涡轮机和电动车牵引电动机[1-5].Nd–Fe–B磁体在这些领域中的使用越来越多，但是却因为相对较差的高温性能使其发展受到阻碍.比如在汽车的应用中，磁体需要在高达150℃的温度下进行长时间的工作[6-8].对于任何稀土过渡金属磁体来说，在高温下发展的矫顽力基本上有2种可能性，要么改善固有温度依赖性或者开发足够的矫顽力抵抗温度，以便当磁体暴露于高温时能够保持足够的矫顽力.虽然，钕铁硼的固有性质很难改变，但是重稀土金属元素Dy、Tb等由于磁晶各向异性场（HA）的增加，Nd的位置可以相对容易的对矫顽力作出实质性的改善.当然，添加重稀土元素的缺点是它们与RE2Fe14B晶格中的Fe形成反铁磁耦合，导致饱和磁化强度大大降低[9].为了尽量少地牺牲饱和磁化强度，一种新的提高矫顽力的方法在2000年由Park等[10]提出.后来陆续有研究人员使用Tb或Dy等高HA的重稀土元素Dy、氧化物（如DyO）、氟化物（如DyF3）沿着晶界处，然后进入RE2Fe14B晶粒的外壳，形成核壳型结构.由于Nd–Fe–B磁体在成核型矫顽力机制的基础上产生矫顽力，只需要在晶粒的外壳上向内增加HA的深度至少1 μm，这是因为在RE2Fe14B晶粒中的任何额外的重稀土元素仅仅对磁化的较低值有贡献.该核壳结构是通过将重稀土以某种形式（通常为氟化物）置于烧结磁体的表面上，然后在一定温度下进行扩散热处理，随后进行低温二级时效来完成.重稀土元素沿着晶粒，然后在RE2Fe14B 晶粒中形成核壳结构.到目前为止，已经有含镝或铽的重稀土化合物被用来提高磁性能，比如用重稀土 Dy[11]、DyO[12]、DyF3[13]、DyH2[14]、Pr–Cu或Dy–Cu[15-16]被当做扩散源来提高磁性能、热稳定性等.此外，Al也可显著提高钕铁硼稀土永磁体的矫顽力，降低磁通不可逆损失，hirr＜5%的最高温度可达230℃[17],通过显徽组织分析表明，Al对显徽组织的影响主要发生在富Nd相内.烧结时,富Nd液相内溶有一定量的Al.冷却时，Al在富Nd相内形成富Al区和含Al较高的粒子，富Nd液相内的Al可改善其与Φ相的湿润性，从而提高磁体的矫顽力.同时，Ga的添加能够改变永磁体的取向特性和磁性能，添加Ga后的Nd （Fe-Ga)B永磁体的矫顽力有了明显的提升[18].由于低熔点合金熔点低，比较容易通过晶界扩散到磁体内部.因此文中选用Dy70Al10Ga20三元低熔点合金作为扩散源对磁体进行扩散，研究并分析了扩散后磁体的磁性能、热稳定性、微观组织结构和物相结构.1实验方法实验原始磁体选牌号为N52的烧结钕铁硼磁体，并将其进行线切割加工成尺寸为10 mm×10 mm×5 mm的小块磁体，其化学成分见表1.将Dy、Al、Ga 3种元素按相应的配比Dy70Al10Ga20（指质量分数）进行称量好后，再经过高真空电弧熔炼系统，将3种金属熔炼成约为25 g的合金锭.随后经过高真空快淬系统让铜辊以8 m/s的速度将合金熔体甩成1 cm左右宽的片状合金.合金片制备好之后，采用贴片的方式将合金片贴在原始磁体的上下面并放入卧式烧结炉对其进行扩散热处理.磁体在扩散热处理之前需要经400目（0.037 mm）（指砂粒粗细大小，在任意每平方英寸（25.4 mm×25.4 mm）中有400个孔筛选出来的砂粒，下同）、800 目（0.015 mm）、 1 000 目（0.013 mm）、1 500 目（0.009 8 mm）、2 000 目（0.006 5 mm）的砂纸进行打磨，用酒精超声波清洗后烘干待用.采用的扩散热处理工艺为一级回火热处理分别为810°C、830°C、850 °C、870 °C、890 °C，时间均为 4 h，二级回火热处理均为490°C×3 h，之后再用NIM-500C高温永磁测量仪测量磁体的磁性能，用MLA650场发射扫描电镜观察扩散前后组织微观图，用亥姆霍兹线圈提拉法测量腐蚀后样品的不可逆磁通损失，用Empyrean型X射线衍射仪测量了磁体的物相结构.表1 N52磁体成分/%Table 1 Composition of N52 magnet/%原料名称镨钕硼铁钴铜锆镓纯铁质量分数 30.00 0.94 1.00 0.15 0.12 0.30 67.492 结果和讨论2.1 扩散Dy70Al10Ga20合金对烧结钕铁硼磁体物相的影响图1所示为原始磁体和扩散Dy70Al10Ga20合金后磁体的XRD物相分析结果，可以看到除了有Nd2Fe14B 的2∶14∶1主相外，还有一些杂相存在，它们主要分布在富钕相中，少量的存在会提高磁体的反向形核场.从图2中可以看到Nd2Fe14B相峰在扩散Dy-Al-Ga合金后向右偏移，这是因为Nd2Fe14B晶格常数小于Dy2Fe14B，Dy2Fe14B （a=0.875 7 nm;c=1.199 0nm）;Nd2Fe14B（a=0.879 2 nm;c=1.217 7 nm）更小[19].Dy取代Nd形成（Nd,Dy)2Fe14B 相.图1原始磁体和扩散Dy70Al10Ga20合金磁体的XRD衍射图谱Fig.1 XRD diffraction pattern of original and Dy70Al10Ga20diffused alloy magnets图2 XRD的2∶14∶1主相峰位置处局部放大Fig.2 Local magnification at2∶14∶1 of the main p hase peak of XRD2.2 扩散Dy70Al10Ga20合金对烧结钕铁硼磁体磁性能的影响表2和图3表示的分别是原始磁体和不同温度扩散Dy70Al10Ga20合金后磁体的磁性能.从表2与图3中均可以看出，随着扩散温度地提高，磁体矫顽力呈现出先增加后降低地趋势.经过扩散后的磁体矫顽力从原始的1 080.968 kA/m最高提升到1 671.600 kA/m，增幅约为55%.剩磁从原始的1.44 T下降到1.38 T，方形度由96%下降到84%，下降幅度较小.在870°C下扩散性能较优，因此，选用矫顽力提升最高的磁体测量热稳定性能、微观组织和物相结构.在高温情况下工作时，Nd–Fe–B磁体的磁性能会急剧下降，图4对应于原始磁体和扩散Dy70Al10Ga20合金后磁体分别在20 °C、50 °C、80 °C、120 °C、180 °C 下暴露 2 h 的磁通不可逆损耗，随着温度的升高，原始磁体显现出急剧下降的趋势，而扩散后磁体磁通不可逆损耗下降趋势变缓，在任一温度点都优于原始磁体，在5个温度点中磁通不可逆损耗最高比原始磁体降低了33.23%，晶界扩散Dy70Al10Ga20合金明显提高了Nd–Fe–B磁体的热稳定性.表2 原始磁体和扩散Dy70Al10Ga20合金后磁体的磁性能Table 2 Magnetic properties of the original and diffused Dy70Al10Ga20alloy magnet样品Br/T Hcj/（kA·m-1）（BH）max/（kJ·m-3） Hk/Hcj/%原始磁体 1.43 1 080.968 398.238 8 96.1 810×4 h+490×3 h 1.42 1 467.028 385.662 0 90.2 830×4 h+490×3 h 1.42 1 491.704 389.721 6 91.6 850×4 h+490×3 h 1.42 1 531.504 392.826 0 92.4 870×4 h+490×3 h 1.37 1 671.600 363.772 0 82.1 890×4 h+490×3 h 1.37 1 607.124 364.966 0 83.4图3 原始磁体和扩散Dy70Al10Ga20合金后磁体的退磁曲线Fig.3 Demagnetization curves of original and Dy70Al10Ga20diffused alloy magnets diffused Dy70Al10Ga20 alloys at different temperatures图4 原始磁体和扩散后磁体的磁通不可逆损失Fig.4 Irreversible flux loss of original and diffused magnets2.3 扩散Dy70Al10Ga20合金对烧结钕铁硼磁体微观组织的影响图5所示为原始磁体和晶界扩散后磁体的显微组织图，图 5（a)是原始磁体的显微组织图，图 5（b)是扩散Dy70Al10Ga20合金后磁体的显微组织图.可以很明显看到，原始磁体的富Nd相较少且不连续，大块富Nd相占比较多，晶界模糊不连续，容易发生磁交换作用.而扩散三元合金后磁体的富Nd相明显增多且连续光滑，大块富Nd相占比较少，很好地隔绝了磁交换作用.在相邻晶粒之间的晶粒外延处可以看到颜色介于灰色和白色之间的灰白色区域，此灰白色区域为（Nd,Dy）2Fe14B核壳结构.核壳结构和连续富Nd相两者共同起到隔绝磁交换的作用[20].这也很好地解释了矫顽力增加的现象.图5 原始磁体和晶界扩散后磁体的显微组织Fig.5 The microstructure of original and GBDPed magnets3 结论1）扩散Dy70Al10Ga20合金后磁体的微观组织明显优于原始磁体，晶界连续.基于XRD图谱分析重稀土元素进入主相外延层是导致磁性能显著提高的主要因素. 2）随着温度的升高，原始磁体磁通不可逆损耗显现出急剧下降的趋势，而扩散后磁体下降趋势变缓，在任一温度点都优于原始磁体，在5个温度点中磁通不可逆损耗最高比原始磁体降低了33.23%，扩散Dy70Al10Ga20合金明显提高了Nd–Fe–B磁体的热稳定性.3）与原始磁体相比，扩散Dy70Al10Ga20合金之后的磁体的矫顽力有了很大的提升，从1 080.968 kA/m显著提升到1 671.600 kA/m，提升幅度约为55%，并且在高温下还表现出较高的矫顽力.参考文献：【相关文献】[1]YANG J H,KIM M J,CHO S H,et al.Effects of composition and substrate temperature on the magnetic properties and perpendicular anisotropy of NdFeB thin films[J].Journalof Magnetism and Magnetic Materials,2002,248(3):374-378.[2]HONO K,SEPEHRI-AMIN H.Strategy for high-coercivity Nd–Fe-B magnets[J].Scripta Materialia,2012,67(6):530-535.[3]李强.钕铁硼永磁材料市场状况与发展前景[J].有色金属科学与工程,2001,15(4):38-40.[4]KOHASHI T,MOTAI K,NISHIUCHI T,et al.Magnetism in grainboundary phase of a NdFeB sintered magnet studied by spinpolarized scanning electron microscopy[J].Applied Physics Letters,2014,104(23):1-5.[5]高峰.钕铁硼永磁材料的生产与应用现状[J].有色金属科学与工程,1996,9(3):36-37,42.[6]WU Y Q,TANG W,KRAMER M J,et al.Correlation of the energy product with evolution of the nanostructure in the Y,Dy,Nd-(Fe,Co)-B magnetic alloys[J].Journal of Applied Physics,2009,105(7):2907.[7]LI W F,OHKUBO T,HONO K,et al.The origin of coercivity decrease in fine grained Nd-Fe-B sintered magnets[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2009,321(8):1100-1105.[8]CHUBB D L,PAL A M T,PATTON M O,et al.Rare earth doped high temperature ceramic selective emitters[J].Journal of the European Ceramic Society,1999,19(13/14):2551-2562.[9]LOEWE K,BENKE D,KUBEL,et al.Grain boundary diffusion of different rare earth elements in Nd-Fe-B sintered magnets by experiment and FEM simulation[J].Acta Materialia,2017,124:421-429.[10]K T H.PARK K,SAGAWA M.Effect of metal-coating and consecutive heat treatment on coercivity of thin Nd-Fe-B sintered magnets[C]//16th Int.Workshop on Rare-Earth Magnets and Their Applications Sendai,Japan,2000.[11]H U S Q,PENG K,CHEN H.Influenceofannealing temperature on the Dy diffusion process in NdFeB magnets[J].Journal of Magnetism&Magnetic Materials,2017,426:340-346.[12]LI D S,NISHIMOTO M,SUZUKI S,et al.Coercivity enhancement of Nd-Fe-B sintered magnets by grain boundary modification via reduction-diffusion process[C]//IOP Conference Series:Materials Science and Engineering,2009.[13]TANG W,DENNIS K W,KRAMER M J,et al.Studies of sintered MRE-Fe-B magnets by DyF3addition or diffusion treatment (MRE=Nd+Y+Dy)[J].Journal of AppliedPhysics,2012,111(7):07A736.[14]LIU W Q,CHANG C,YANG Y M,et al.Coercivity enhancement of sintered Nd-Fe-B magnets by grain boundary diffusion with DyH2nanoparticles[J].Journal ofMagnetics,2013,18(4):400-404.[15]LU K,BAO X,TANG M,et al.Influence of annealing on microstructural and magnetic properties of Nd-Fe-B magnets by grain boundary diffusion with Pr-Cu and Dy-Cu alloys[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2017,441:517-522.[16]OONO,NAOKO,SAGAWA,et al.Production of thick highperformance sintered neodymium magnets by grain boundary diffusion treatment with dysprosium-nickel-aluminum alloys[J].JournalofMagnetismandMagneticMaterials,2011,323(3):297-300. [17]阎阿儒,宋晓平,王笑天.添加 Al、Mg、W、Mo对烧结 Nd-Fe-B磁体磁性能与显微组织的影响[J].中国稀土学报,1998,16(1):13-17.[18]泮敏翔,葛洪良,张朋越,等.Ga和Ti掺杂NdFeB永磁体矫顽力的研究 [C]//中国功能材料及其应用学术会议,中国仪器仪表学会，中国金属学会，杭州，2010.[19]JIN C,CHEN R,YIN W,et al.Magnetic properties and phase evolution of sintered Nd-Fe-B magnets with intergranular addition of Pr-Co alloys[J].Journal of Alloys and Compounds,2016,670:72-77.[20]SUMIN K,DONG-SU K,HYUM-SOOK L,et al.Enhancing the coercivity of Nd-Fe-B sintered magnets by consecutive heat treatment induced formation of Tb-diffused microstructures[J].Journal of Alloys and Compounds,2019,780:574-580.。
一种低镝含量高性能烧结钕铁硼的制备方法发明人：徐锋陈光卢国文朱海南陆凤琪杨义恒管宏胜范从平（摘要：本发明公开了一种低镝含量高性能烧结钕铁硼的制备方法，在制备钕铁硼粉体的基础上利用基于磁控溅射的粉体镀膜工艺，将Dy 元素溅射镀覆到气流磨粉体表面，而后在烧结和回火过程中通过Dy 元素的高温扩散使其充分分散到微米级钕铁硼晶粒中，达到提高烧结钕铁硼磁性能的效果。
和现有技术中在配料过程中引入Dy 元素相比，本方法采用物理气相沉积，粉料颗粒表面包覆层限制在纳米级别，有效控制了生产过程中Dy 元素的消耗量，实现了低镝含量高性能烧结钕铁硼的制备。
根据本发明得到的烧结钕铁硼稀土永磁材料，和传统铸造和粉末冶金工艺制备的相同成分的烧结钕铁硼材料相比，其内禀矫顽力、最大磁能积均有显著提高；和传统铸造和粉末冶金工艺制备的相同性能的烧结钕铁硼相比，其镝元素用量显著降低。
该方法可广泛用于高性能烧结钕铁硼的生产制造。
）1. 一种低镝含量高性能烧结钕铁硼的制备方法，其特征在于采用基于磁控溅射的粉体镀膜工艺和粉末冶金工艺，步骤如下：（1）配料后，利用真空电弧炉基于铜模铸造工艺制备母合金铸锭，或者利用真空感应速凝铸片炉制备母合金速凝厚片，其中所配料的原子百分比组成为：Nd:8.0-14.0%，Fe:74.0-79.0%，B:5.5-7.0%，M:2.0-5.0%，R:0-5.5%，其余为不可避免的杂质，其中R 为La、Ce、Pr、Sm、Gd、Ho、Sc、Y 中的一种或以上，M 为Al、Co、Cu、Ga、Ti、Zr、Nb、Hf、Zn、V 中的一种或以上；（2）将母合金铸锭或速凝厚片氢爆破碎后，在粉料中添加汽油、专用防氧化剂和润滑剂，置于气流磨中进一步破碎，制成平均粒度在3-6mm 的粉末；（3）将气流磨制成的粉体，置于粉体颗粒镀膜用的磁控溅射设备的滚动样品台上，以金属Dy 或Dy2O3 作为靶材，磁控溅射系统抽真空后，在氩气氛围中将靶材成分溅射于滚动样品台内随重力下落的粉体上，粉体表面溅射层的平均厚度在10-40nm ；（4）将溅镀后的粉体混料分装，在4-12T 磁场以及5-40MPa 压力下取向成型，而后经过100-300Mpa 冷等静压处理，再次压型成坯件；（5）将压型坯置于真空热处理炉中，在950-1150oC 烧结1-6h，而后进行回火热处理得到低镝含量高性能烧结钕铁硼。
第51卷 第1期 表面技术2022年1月 SURFACE TECHNOLOGY ·325·收稿日期：2021-03-05；修订日期：2021-06-18 Received ：2021-03-05；Revised ：2021-06-18基金项目：内蒙古自治区科技重大专项项目（2018810）；内蒙古自治区留学人员科技活动项目（2020122）；大学生创新实验计划项目（2020043008）Fund ：Science and Technology Major Project of Inner Mongolia Autonomous Region (2018810), Scientific and Technological Activities for Students Studying Abroad in Inner Mongolia Autonomous Region (2020122), Innovation Experiment Project for College Students (2020043008) 作者简介：赵鹏翔（1996—），男，硕士研究生，主要从事磁性材料研究。
Biography ：ZHAO Peng-xiang (1996—), Male, Master degree candidate, Research focus: magnetic materials. 通讯作者：白玉（1981—），女，博士，副教授，主要从事表面工程及磁性材料研究。
Corresponding author ：BAI Yu (1981—), Female, Doctor, Associate professor, Research focus: surface engineering and magnetic materials. 引文格式：赵鹏翔, 白玉, 马文, 等. 烧结钕铁硼磁体等离子喷涂-晶界扩散氧化镝研究[J]. 表面技术, 2022, 51(1): 325-331.烧结钕铁硼磁体等离子喷涂-晶界扩散氧化镝研究赵鹏翔1，白玉1，马文1，尹雪1，王誉2,3，娄树普2,3，王强2,3（1.内蒙古工业大学 材料科学与工程学院 内蒙古自治区薄膜与涂层重点实验室，呼和浩特010051；2.包头稀土研究院，内蒙古 包头 014010；3.瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司，内蒙古 包头 014030） 摘 要：目的 采用悬浮液等离子喷涂技术，在烧结Nd-Fe-B 磁体表面制备结构完整、厚度可控、结合力较强的Dy 2O 3涂层，并通过晶界扩散提高Nd-Fe-B 磁体的矫顽力。
Advances in Condensed Matter Physics 凝聚态物理学进展, 2018, 7(4), 99-104Published Online November 2018 in Hans. /journal/cmphttps:///10.12677/cmp.2018.74013Effect of Dy Diffusion on Magnetic Properties in Nd-Fe-B Sintered MagnetXifeng ZhangMagco Technology Co. Ltd., Zibo ShandongReceived: Oct. 31st, 2018; accepted: Nov. 16th, 2018; published: Nov. 23rd, 2018AbstractNd-Fe-B is required to maintain stable performance in high temperature. In order to prevent thermal demagnetization, an extremely high coercivity of the magnet is required. Grain boundary diffusion could remarkably enhance the coercivity with little consumption of heavy rare earth, but hardly decrease the remanence. In the present work, Dy is diffused into the magnet with the no-minal composition of Nd31.6DyAl0.1Fe bal B via vapor sorption method, and the coercivity is increased by 3.94 kOe whilst Dy is merely increased by 0.33 wt.%. The EPMA Dy mapping images show Dy is highly concentrated in intergranular phase. Further analysis shows that, Dy diffusion increased the anisotropic field by 6.01 kOe, which is the main driving force of coercivity enhancement.KeywordsSintered Nd-Fe-B, Grain Boundary Diffusion, Anisotropy Field镝扩散对烧结钕铁硼的磁性能影响研究仉喜峰爱科科技有限公司，山东淄博收稿日期：2018年10月31日；录用日期：2018年11月16日；发布日期：2018年11月23日摘要烧结钕铁硼磁体需要在高温环境下工作，若要避免高温热退磁，则磁体需要具备极高的矫顽力。
晶界扩散技术能用少量重稀土大幅增加矫顽力而剩磁基本不变。
本研究对Nd31.6DyAl0.1Fe bal B磁体进行Dy蒸镀扩散，仅用0.33wt.%的Dy增加量使磁体矫顽力提高3.94 kOe。
EPMA分析显示，磁体内部晶界相显著富仉喜峰集Dy元素。
各向异性场分析结果显示，Dy扩散使磁体各向异性场提高了6.01 kOe，这是磁体矫顽力提高的主要原因。
关键词烧结钕铁硼，晶界扩散，各向异性场Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言烧结钕铁硼因其优异的磁性能广泛应用于汽车、消费电子、工业电机、绿色能源等领域之中。
但是钕铁硼磁体在部分电机中的工作温度高达200℃，磁体需要避免高温所致的热退磁现象[1]。
为了避免高温热退磁，磁体需要具备较高的室温矫顽力，而提高矫顽力最常用的方法是在磁体制备中添加大量Dy、Tb等元素，因为Dy2Fe14B或Tb2Fe14B的各向异性场远高于Nd2Fe14B [2] [3]。
但是这种方法会使磁体的剩磁和磁能积大幅下降，同时还导致原材料成本大幅升高。
最近出现的晶界扩散技术有效避免了上述弊端，成为稀土永磁研究领域的热点。
晶界扩散技术是指当NdFeB烧结磁体的表面附有Dy/Tb等重稀土元素的合金粉或化合物，并在适宜的温度加热时，磁体表面的Dy/Tb会穿过烧结体的晶界进入烧结体内部，从晶界向主相Nd2Fe14B内部扩散，从而提高磁体矫顽力，剩磁降低较少的技术。
该技术能使Dy、Tb等重稀土元素从磁体表面向内部扩散并沿在各个Nd2Fe14B主相晶粒外围形成重稀土富集的壳层，从而达到了既能有效抑制反磁化核的形成又能避免重稀土过度进入主相，最终使经过扩散后磁体的矫顽力大幅提高的同时剩磁基本不变，而整个过程中所使用的重稀土含量还能大幅节省。
目前人们已通过蒸镀、溅射、涂覆、填埋等不同的重稀土扩散方法，且均达到了明显的性能改善效果[4] [5] [6]。
虽然晶界扩散相关相关的研究已广泛展开，但大部分关注点放在了扩散源合金成分、扩散温度时间等工艺侧面，而扩散对磁性能的影响及其机理分析研究相对较少。
本文主要通过蒸镀法对钕铁硼磁体进行Dy扩散处理，并分析扩散前后磁体的各向异性场，尝试从机理层面解释扩散法对磁性能的影响。
2. 实验方法本研究中所用磁体样品在爱科科技有限公司生产线上制备，名义成分为Nd31.6DyAl0.1Fe bal B，对应的样品尺寸为15 × 12 × 3 mm。
本研究中以蒸镀的方式对样品进行Dy扩散，扩散温度为800℃~1000℃，冷却后在550℃~650℃温度下进行回火热处理。
进行扩散处理前、后的样品磁性能由PFM14型的脉冲场磁测系统测得；处理前、后的磁体Dy含量用ICP (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer IRIS In-trepid)测得；磁体中微观Dy元素分布由日本岛津EPMA-1720型电子探针显微镜表征。
此外，本研究还使用综合物理性能测量系统(PPMS)测量磁体的难、易轴磁化曲线并推算各向异性场。
所用样品尺寸为3 ×3 × 3 mm，测量中曲线需进行退磁因子修正。
3. 结果与讨论表1显示了经过Dy扩散前、后的磁性能及Dy含量变化。
从表中数据可知，经过扩散处理后磁体的仉喜峰剩磁、矫顽力和Dy含量分别从13.35 kGs、16.59 kOe和1.01 wt.%变化为13.20 kGs、20.53 kOe和1.39 wt.%，其中磁体的矫顽力和Dy含量分别增加了3.94 kOe和0.38 wt.%。
按照传统合金化方法添加Dy元素的经验而言，每添加1 wt.% Dy元素时仅仅增加约1 kOe左右，但是本研究中使用扩散的方式处理后仅使用微量Dy就使矫顽力显著提高，而在矫顽力提高的过程中剩磁下降幅度非常小，再次验证扩散处理在矫顽力提高和重稀土节省方面的重要作用。
Table 1.Magnetic properties before and after grain boundary diffusion表1. 晶界扩散前后磁性能样品B r H cj Dy ΔHcjΔDy (kGs) (kOe) (wt.%) (kOe) (wt.%)扩散前13.35 16.59 1.013.94 0.38扩散后13.20 20.53 1.39图1是采用电子探针显微镜对扩散前、后的样品进行扫描得到的Dy元素面分布图，放大倍率为300倍。
两幅面分布图的右端对应于样品自由表面，而Dy元素是从样品的右端向左端渗透扩散的。
Dy元素分布扫描覆盖了从表面到300 μm深度的区域。
从图1(a)中可以看出在没有进行扩散的情况下，磁体中的Dy元素是在整个视场范围内相对均匀分布的，并没有显示出明显的富集特性。
但是从图1(b)中可以看出，经过扩散处理后显示出很多高亮度的斑点，而从图下的颜色标尺可以看出高亮度区域即对应于Dy富集区，说明扩散过程使磁体内部部分区域有明显的Dy元素偏聚。
进一步将图1(b)和图1(c)结合观察发现，图1(b)中的所有Dy富集区的位置全部对应于背散射图中的晶界相为止，即扩散处理后Dy元素确实是在晶界附近富集的。
这进一步说明，经过扩散后Dy元素在晶界附近富集确实能显著增加矫顽力的作用，而要解释为何Dy元素的晶界偏聚能提高矫顽力，则需要进一步分析烧结钕铁硼矫顽力机理。
Figure 1. Distribution of Dy elements before and after diffusion; (a) Before diffusion(b) After diffusion (c) After diffusion, the same backscatter diagram图1.扩散前后的Dy元素分布；(a)扩散前，(b)扩散后，(c)扩散后，相同视场对应背散射图仉喜峰烧结钕铁硼的矫顽力机制主要有成核理论、热激活理论、钉扎理论和发动场理论等，都是围绕反磁化过程中反磁化畴的形成和长大、以及晶界和缺陷在这个过程中扮演的角色展开论述[7] [8] [9]。
形核场理论认为[9]，钕铁硼磁体在被反磁化的过程中首先需要形成一个稳定的反磁化核心，且在后续外界反磁化长的作用下该核心迅速扩展并依次覆盖各个晶粒最终使整个磁体反磁化。
单个Nd 2Fe 14B 单畴颗粒中一旦形成稳定的反磁化核心，随后在该晶粒内的反磁化畴的扩展速度非常快而不会受到钉扎阻力，所以形成一个稳定反磁化核心所需的外加场H N 就应该等同于单畴颗粒的矫顽力。
反磁化畴在一个理想的Nd 2Fe 14B 单畴颗粒是在该区域本身磁晶各向异性场畴内自身退磁场的共同作用下形成的，所以单畴颗粒的矫顽力就等同于各向异性场H a 减去自身退磁场H d 。
实际烧结钕铁硼是由无数个Nd 2Fe 14B 主相晶粒被晶界相围绕组成的结构，因此除了主相各向异性场大小H a 之外，微观结构的不均匀性也会严重影响磁体矫顽力。
H. Kronmüller 等以微磁学方式考虑了具有不均匀结构的铁磁性材料中开始形成反磁化核心时的微观区域磁场环境及微观磁场因素，并以此作为边界条件给出理论公式：cj a eff s H H N M α=− (1)式(1)中α系数与主相边缘的成分结构不均匀区大小、错取向晶粒多少等有关，而N eff 是表示主相边缘附近微观散磁场的因子，与主相晶粒轮廓的平滑程度有关。
