Cu-Sn纳米粉及其掺杂对NdFeB磁与耐蚀性能的影响

摘要

【目的】稀土永磁材料的研究最早可以追溯到20世纪60年代，人们研究稀土元素与铁、钴等金属构成的合金后发现，此类合金具有较强的磁性能，然而初期获得的磁性材料性能不稳定，限制了其实际应用。NdFeB磁体因具有优良的磁性能被应用于医学领域的核磁共振仪器、能源行业的发电机、新能源汽车的牵引电机等，但因磁体矫顽力较低且耐蚀性能较差，限制了其在高温、高湿恶劣环境中的应用。【方法】采用先进纳米技术制备合金纳米粉来改善烧结NdFeB（S-NdFeB）磁体的磁性能和耐蚀性能。首先采用直流电弧法制备Cu-Sn合金纳米粉，将其与经过快速冷却、气流磨研制备的NdFeB微米粉均匀混合，再经真空1 080℃高温烧结和960℃、450℃二次回火处理得到初胚，并对初胚进行线切割和抛光处理，然后对具有不同Cu-Sn合金纳米粉添加量的S-NdFeB磁体进行性能测试和形貌表征。【结果】采用直流电弧法制备的Cu-Sn合金纳米粉形貌为类球状，其平均粒径约为40 nm。Cu-Sn合金纳米粉能够有效改变S-NdFeB磁体的晶界电位，降低液相烧结温度，并可从晶界处渗进主相表层以改善S-NdFeB磁体的耐蚀性能、磁体密度和内禀矫顽力。在S-NdFeB微米级磁粉中，添加适量Cu-Sn合金纳米粉可以改善磁体的主相均匀性与晶界润湿性。当添加质量分数为0.4%的Cu-Sn合金纳米粉后，S-NdFeB磁体的内禀矫顽力可达1 031 k A/m，剩磁为1.28 T，比未添加Cu-Sn合金纳米粉时分别约提升9.8%和4.1%。添加质量分数为0.2%的Cu-Sn合金纳米粉后，与未添加合金纳米粉时相比，S-NdFeB磁体的腐蚀电位从-0.851 V提升至-0.728 V，腐蚀电流密度从53.12μA/cm²降低到42.19μA/cm²，改变量分别约为14.5%与-20.6%，因而Cu-Sn合金纳米粉的适量添加使得S-NdFeB磁体的耐蚀性能得到了明显改善。【结论】由直流电弧法制备的Cu-Sn合金纳米粉经过真空混合烧结等处理后，可以改善S-NdFeB磁体的晶界电位与液相烧结温度，并可通过晶界扩散改变主相表面层结构。在保持磁性不变的前提下，Cu-Sn合金纳米粉能够改善NdFeB磁体的耐蚀性能、提升内禀矫顽力、节约重稀土资源和降低成本，因而添加Cu-Sn合金纳米粉对改善NdFeB磁体的磁性能和耐蚀性能具有重要意义。

关键词

直流电弧法 / Cu-Sn合金纳米粉 / 晶界添加 / 烧结NdFeB / 电化学腐蚀 / 磁性能 / 微观结构 / 真空烧结