賈明宇，孫建春，潘海里

(重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院，重慶　401331)

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添加La元素對NdFeB磁體磁性能的影響*

賈明宇，孫建春，潘海里

(重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院，重慶401331)

采用球磨法在NdFeB中成功添加不同含量的La元素，利用VSM對不同La添加量和球磨時間的混合磁體性能進(jìn)行研究。實驗結(jié)果表明，當(dāng)La添加量為3%時，樣品的飽和磁化強度最大，矯頑力最小，當(dāng)La添加量為7%時，飽和磁化強度最小，矯頑力最大。添加La在5%以下時樣品矯頑力均大于NdFeB，飽和磁化強度在球磨時間為2.5 h除7%添加量時均大于NdFeB。當(dāng)添加量達(dá)到7%后，矯頑力增大幅度大，飽和磁化強度減小。

La元素；NdFeB磁體； 組織結(jié)構(gòu)； 磁性能

釹鐵硼系永磁材料作為當(dāng)今世上的“磁王”，其獨有創(chuàng)紀(jì)錄的高剩磁、高矯頑力和高的磁能積，使得NdFeB系永磁材料自問世以來，在國防、家用電器、計算機科學(xué)等重要領(lǐng)域都得到了廣泛的關(guān)注及應(yīng)用[1]。然而，面對需求量的急速增加，使至NdFeB系永磁材料及其稀土原材料的價格暴漲[2]。過高的原材料價格嚴(yán)重阻礙了第三代永磁材料在中小型產(chǎn)業(yè)的推廣與發(fā)展，使其應(yīng)用領(lǐng)域越來越窄，從長遠(yuǎn)利益考慮，這種局面對于NdFeB系永磁材料未來的面向市場化發(fā)展會產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊。因此，自NdFeB系永磁材料誕生以來，為降低其成本，人們對其進(jìn)行了大量研究。其中按一定比例在NdFeB材料中加入一定量的Ce、Sm、La等廉價稀土元素，以減少NdFeB材料中貴稀土元素Nd的含量，從而降低NdFeB的制造成本是研究的主要方法。

為此，本文選擇在NdFeB材料中加入不同含量的La，然后通過高能球磨工藝制 (Nd, La)FeB混合磁體，以降低Nd元素的含量。

1　實　驗

以商業(yè)NdFeB粉體和化學(xué)純La粉為原料，在NdFeB粉體分別混入質(zhì)量百分比為3%、5%、7%的La元素。為了使兩種粉體混合均勻，實驗采用高能球磨法對混合粉體進(jìn)行球磨處理。在球磨QM-3SP4J型號球磨機上進(jìn)行，球料比為10:1，轉(zhuǎn)速300 r/min的實驗條件。由于NdFeB粉體和純La粉極易氧化，球磨時粉體都浸在有機溶劑中。對三組不同元素添加量的試樣分別球磨3 h、5 h、8 h、10 h。球磨后的試樣經(jīng)過干燥、包裹、取向處理，以便測其磁性能，其中磁場取向時間為40 min，磁場強度為2T。最后利用VSM測量不同制備工藝得到的磁體磁性能。

2　結(jié)果與討論

2.1添加不同 La元素混合磁體性能

如圖1所示為3%的3La含量混合磁體與原始NdFeB磁滯回線。從圖1中可以看出，經(jīng)3% La摻雜以后，NdFeB磁性能發(fā)生了變化，退磁后的剩磁上升，剩磁的上升量隨球磨時間的增加而減少，在5 h時剩磁小于NdFeB原材的剩磁，樣品的矯頑力隨球磨時間的增大而變化。磁化強度上升速度逐漸減小，在2.5 h是曲線基本呈90°上升。

圖1　3% La混合磁體磁滯回線Fig.1　Magnetic hysteresis loop of 3% La hybrid magnets

如圖2所示為5%的3%La含量混合磁體與原始NdFeB磁滯回線。從圖2中可以看出，經(jīng)5%La摻雜以后，NdFeB磁性能發(fā)生了變化，NdFeB的矯頑力上升，從圖中可以看出，球磨時間越長，退磁后剩磁不一定越大。當(dāng)球磨時間為5 h時，剩磁變小，小于NdFeB剩磁，在球磨時間為2.5 h時剩磁高于NdFeB的剩磁，球磨時間為7.5 h是剩磁只是略高于NdFeB剩磁。圖中明顯能夠看出，當(dāng)樣品在達(dá)到飽和磁化強度時，磁滯曲線出現(xiàn)波動，不再平滑。能夠看出，在接近飽和磁化強度時，磁化強度的增加速度2.5 h時最快，曲線接近于90°，5 h和7.5 h的增加速度逐漸降低，所以磁化強度增加速度于La和NdFeB的粒度有關(guān)。

圖2　5% La混合磁體磁滯回線Fig.2　Magnetic hysteresis loop of 5% La hybrid magnets

如圖3所示為7%的3%La含量混合磁體與原始NdFeB磁滯回線。從圖3中可以看出，經(jīng)7% La摻雜以后，NdFeB磁性能發(fā)生了變化，NdFeB的剩磁隨球磨時間的增長而逐漸的增大，2.5 h和5 h小于NdFeB原材的剩磁，當(dāng)球磨時間達(dá)到7.5 h時剩磁略微超過了NdFeB。由此可以看出，La為7%時摻雜量過大，在球磨時間不夠時，對剩磁的增加作用不明顯，甚至有阻礙作用，可能是因為La的粒度大，與NdFeB的結(jié)合度不夠，當(dāng)球磨時間夠了以后La與NdFeB的粒度變小，結(jié)合度夠高的剩磁的增加作用就體現(xiàn)出來了。

圖3　7% La混合磁體磁滯回線Fig.3　Magnetic hysteresis loop of 7% La hybrid magnets

綜上所述在各個摻雜量和不同的球磨時間中，對矯頑力的增加作用最大的為La摻雜含量為7%球磨時間為7.5 h，剩磁增加量最大的La摻雜量為3%，球磨時間為2.5 h。從而得出結(jié)論，NdFeB材料的剩磁隨La摻雜量的增加而減小，NdFeB材料的矯頑力隨La含量的增加而增大，最大值在7%。La元素等于NdFeB材料磁性能的影響與起粒度和含量有關(guān)。且在含量不同的時候飽和磁化強度隨La含量增加而減小，磁化強度上升速度隨La含量的上升而減小。

2.2球磨時間和La元素含量對混合磁體性能的影響

如圖4所示為在不同La元素含量時，不同球磨時間下混合磁體主要磁性能指標(biāo)與元素含量之間的關(guān)系。從中觀察可知，對于矯頑力，含量為3%，5%的兩組式樣變化趨勢基本一致，矯頑力隨球磨時間的增大而增大，含量為7%的試樣前5 h矯頑力隨球磨時間的增大緩慢下降并在5 h時達(dá)到最低，其后隨著球磨時間的繼續(xù)增大，矯頑力逐漸增大，且其增大速度快，所以La含量為7%球磨時間7.5 h時矯頑力最大。對于回線面積，含量為3%的試樣前5 h隨球磨時間的增大回線面積增大緩慢，其后隨著球磨時間的繼續(xù)增大回線面積增大趨勢變快，含量為5%的試樣隨球磨時間的增大，先減小后增大，5 h時回線面積達(dá)到最小，含量為7%的試樣的回線面積隨球磨時間增大而增大，5 h后較5 h前，變化趨勢明顯變慢，所以La含量為7%球磨時間7.5 h時回線面積最大。對于剩磁和飽和磁化強度，不同含量的試樣，剩磁和飽和磁化強度隨球磨時間的變化趨勢基本一致，含量為3%，5%的試樣，剩磁和飽和磁化強度都是隨球磨時間先減小后增大，5 h時剩磁和飽和磁化強度達(dá)到最小，且變化趨勢明顯，含量為7%的試樣，剩磁和飽和磁化強度都是隨球磨時間的增大而增大。所以La含量為3%球磨時間為2.5 h剩磁最高，飽和磁化強度最高。

圖4　混合磁體矯頑力(a), 回線面積(b), 剩磁(c), 飽和磁化強度(d)與球磨時間和La含量之間的關(guān)系Fig.4　The relationship between magnet coercive force(a)， loop area change(b)， the residual magnetism(c), saturation magnetization(d) and ball milling time and La content

3　結(jié)　論

(1)球磨法可在NdFeB磁體中摻入La元素，參入對NdFeB磁性能有所改變。添加La的NdFeB磁體可獲得矯頑力

的最大值為4.633O e，剩磁最大值為70.52 emu/g，飽和磁化強度最大值為104 emu/g。

(2)添加La的NdFeB磁體矯頑力隨球磨時間增加而增加，剩磁、飽和磁化強度隨球磨時間增加而減小。

(3)添加La的NdFeB磁體矯頑力隨La含量的增加而增加，剩磁、飽和磁化強度隨La含量的增加而減小。

[1]李亞峰.NdFeB永磁材料的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展前景[J].礦冶,2005,14(2):67-69.

[2]Khan Liu.Embracing the New World of Bonded NdFeB[J].中國稀土信息,2014,20(4):1-3.

[3]周曉慶,劉盛業(yè),呂向科,等. La取代對燒結(jié)NdFeB磁體微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響[J].磁性材料及器件,2013,44(6):17-20.

[4]張正富.Sn對燒結(jié)釹鐵硼合金磁性能影響的微磁學(xué)分析[J].中國有色金屬學(xué)報,2000,10(2):194-198.

[5]徐芳,董顯平,張瀾庭.添加MgF2對燒結(jié)NdFeB磁體的性能和微觀組織的影響[J].中國稀土學(xué)報,2011,29(5):523-527.

[6]王志華.復(fù)合添加Nb, Dy對燒結(jié)NdFeB永磁材料微觀組織和磁性能的影響[J].煤炭技術(shù),2005,24(1):90-91.

[7]軸俊琪,張敏剛. Ga、Tb的添加對燒結(jié)NdFeB 磁體的顯微組織和性能的影響[J].電子顯微學(xué)報, 2002,21(4):446-448.

[8]陳晉. 釹鐵硼永磁材料的生產(chǎn)應(yīng)用及發(fā)展前景[J]. 鑄造技術(shù), 2012, 33(4): 398-400.

[9]WU Zhijian. Impact of price volatility on bonded NdFeB industry[J].中國稀土信息(英文版),2014,20(1):1-4.

[10]S M Minakova, S A Ketov, Yu D Yagodkin, et al.Lab.Diagn.Mater.,2004,70(8):34-37.

Effect of La on the Microstructure and Properties of Sintered NdFeB Magnet*

JIAMing-yu,SUNJian-chun,PANHai-li

(School of Metallurgy and Materials Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China)

The effect of La addition on the magnetic properties of the NdFeB La was studied, according to NdFeB La with different content of elements of composition, to replace the VSM to determine the magnetic properties change. The La element was added by ball milling method. The experimental results showed that when the content was 3% of La, there was the saturation magnetization of the sample was maximum with the minimum coercivity, when the content was 7% of La, saturation magnetization was minimum with maximum coercivity. Addition of La at the 5% below, the coercivity was larger than NdFeB, the saturation magnetization was greater than NdFeB in the ball milling time of 2.5 h in addition of 7%. When adding amount reached 7%, the coercivity increased greatly, reduced the saturation magnetization.

La；NdFeB；microstructure；magnetic performance

重慶市大學(xué)生科技創(chuàng)新項目資助(項目編號：20141155003)。

賈明宇(1994-)，男，學(xué)士，主要研究方向：主要從事磁性材料研究。

孫建春，男，副教授，主要從事納微復(fù)合磁性材料研究。

TM273

A

1001-9677(2016)08-0049-03