真空速凝技術(shù)制備釹鐵硼永磁體工藝的發(fā)展

　　本文從制造高性能釹鐵硼永磁體的工藝和設備兩個(gè)方面概述了真空速凝技術(shù)(SC)的發(fā)展歷程以及目前的主流技術(shù),提出了速凝工藝與先進(jìn)的氫爆(HD)、氣流磨(JM)、低氧操作工藝(LOP)相結合的理論和大容量、多功能速凝爐的研發(fā)將成為未來(lái)高性能釹鐵硼永磁體技術(shù)與設備的發(fā)展方向。

　　二十一世紀初，中國釹鐵硼產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量達80%，成為世界第一稀土永磁大國[1~3]。眾所周知，在燒結釹鐵硼永磁材料研發(fā)和生產(chǎn)中，正確的合金成分設計和良好的鑄錠微結構組織是獲得高性能釹鐵硼永磁材料的首要條件[4~8]。速凝技術(shù)的不斷改進(jìn)，創(chuàng )新和真空熔煉速凝設備的研制成功以及與其他先進(jìn)工藝技術(shù)的結合，使釹鐵硼永磁產(chǎn)品發(fā)生了質(zhì)與量的飛躍，產(chǎn)品結構和檔次得到迅速的提高。此外，速凝技術(shù)和速凝設備的國內推廣與應用，有力地推動(dòng)著(zhù)中國釹鐵硼永磁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文簡(jiǎn)述了真空速凝技術(shù)與速凝真空設備制造方面的發(fā)展歷程，對有待提高和改進(jìn)的問(wèn)題表述了自己的見(jiàn)解。

真空速凝技術(shù)的發(fā)展歷程

真空鑄模技術(shù)

　　在高性能燒結Nd- Fe- B 磁體的成分設計中，首先必須考慮到磁體中應有約為3.0%的富Nd 相以保證足夠高的矯頑力[9~12]。在保證有足夠富Nd 相的前提下， 盡可能使磁體成分接近Nd2Fe14B 成分， 提高主相的比例。盡可能避免α- Fe、氧化物、碳化物等雜相的形成，確保富Nd相的比例適宜，分布均勻。根據金屬凝固原理，提高冷卻速率，使熔液在很大的過(guò)冷度下，γ- Fe 來(lái)不及形核，而直接生成Nd2Fe14B 主相， 是抑制α- Fe 析出最有效的方法。

　　表1 給出了三種傳統真空鑄模技術(shù)的比較結果，可以看出，通過(guò)改變鑄模材質(zhì)，冷卻鑄模的幾何尺寸，減少鑄模厚度等方式可以使母合金的質(zhì)量有所提高，受冷卻方式的限制，澆鑄10 mm厚度以下扁長(cháng)或平板鑄錠，技術(shù)難度大，鑄模技術(shù)不能完全消除α- Fe 相，改進(jìn)窗口較小。

　　目前，在HD+JM設備上較為領(lǐng)先的國家是日本和德國，但也不同程度都存在尾粉、大顆粒尾料、出粉困難、細粉未被回收和設計上的諸多問(wèn)題，需進(jìn)一步完善。國產(chǎn)的流化床對撞式氣流粉碎機不能滿(mǎn)足高性能釹鐵硼磁體生產(chǎn)工藝要求，只有開(kāi)發(fā)新的機型來(lái)滿(mǎn)足這方面的需求。新型流化床對撞式氣流粉碎機的總體設計思想應為實(shí)現磁粉的低氧化、微細化和均勻化三個(gè)目標。

　　采用SC+HD+JM+LOP 工藝可基本實(shí)現絕大多數粉末顆粒為單晶體，并且每一個(gè)顆粒表面都有富釹相薄層，保證燒結過(guò)程完全是液相燒結。速凝鑄片與氫爆碎，氣流磨，低氧操作以及其它先進(jìn)的工藝技術(shù)結合的速凝技術(shù)路線(xiàn)與其他生產(chǎn)高性能的釹鐵硼永磁工藝相比較，是最合理、可行、能穩定批量生產(chǎn)的最佳工藝路線(xiàn)，可謂集三種技術(shù)：快淬、氫化和粉末冶金燒結工藝之大成。稀土是國家重要的不可再生資源。速凝技術(shù)能夠更節約，合理的應用稀土資源，并把稀土資源的經(jīng)濟效益增值與利用率提高到新的水平，保護了國家資源。

　　更大容量的真空熔煉速凝爐的開(kāi)發(fā)與多功能速凝爐的研發(fā)成為真空速凝設備未來(lái)主要的研究方向。新型多功能的速凝爐設計目標為：轉速0m/s~50 m/s，均勻可調，既能在102℃/s~104 ℃/s 的冷卻速率下制取速凝鑄片，生產(chǎn)燒結磁體，又能在大于104℃/s~106℃/s 高的冷卻速率下生產(chǎn)快淬薄片，制取快淬磁粉做粘結磁體。