化学法制备NdFeB稀土永磁超细粉及其反应机理的研究

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烧结NdFeB磁体是迄今为止具有最强磁性能的永磁材料,在信息通讯、节能电机、自动化、变频空调和电动汽车等领域有重要应用。商业生产的NdFeB磁体的磁能积已经接近理论值,但矫顽力距理论值尚有很大提升空间。NdFeB烧结磁体采用粉末冶金法制备,其制备工序多,工艺复杂,其中制粉工序是影响磁体性能提升的瓶颈环节。目前采用气流磨制粉,该法获得的磁粉粒径分布较宽、形貌均一性差。由于磁体的矫顽力是结构敏感量,磁粉的粒径分布和形貌对后序烧结磁体的微观结构具有明显的遗传性,因此改进制粉工艺是进一步提高磁体磁性能的有效途径。针对该问题,本研究将化学法引入到NdFeB制粉中,希望获得形貌和尺寸可控的NdFeB磁粉,给NdFeB磁粉的制备提供一个新思路。同时化学法省去了速凝铸带、氢碎、气流磨等工序,节约工时、降低生产成本,具有一定理论和实际意义。本工作首先通过湿化学法制备了 NdFeB中间体(Fe3O4与Nd、B配位体),然后采用一级还原退火将金属配位体还原成NdFeB氧化物,再经二级还原退火获得主相为Nd2Fe14B的NdFeB磁粉。获得主要研究成果如下:利用湿化学法制备出具有良好分散性的纳米尺寸的NdFeB中间体。中间体由球形Fe3O4纳米粒子和絮状的络合物组成,分析表明该络合物是金属乙酰丙酮盐有机配位体。通过调节前驱体的摩尔比可控制NdFeB中间体Nd、Fe、B的原子比。研究了湿化学法合成工艺(包括:溶剂、温度和时间)对合成NdFeB中间体形貌,尺寸的影响,找到了最佳的合成工艺:油胺作为溶剂,320℃保温120 min,制备的颗粒具有良好的分散性,形貌均一,粒径分布较窄,平均粒径约为12 nm,并且絮状的络合物均匀分布在颗粒周围。NdFeB中间体通过两级还原退火,可得到含有高纯度Nd2Fe14B相的NdFeB磁粉。其主要反应机理如下:一级还原退火是将Fe3O4和Nd、B有机配位体络状物转化成FeNdO3、B2O3、Nd2O3和α-Fe的过程。二级还原退火在不同温度发生如下反应:501℃时 B2O3+3CaH2=B+3CaO+3H2↑;678℃ 时 Nd2O3+3CaH2=2NdH2+3CaO+H2↑,FeNdO3+3CaH2=NdH2+Fe+3CaO+2H2↑;895℃ 时 2NdH2+14Fe+B=Nd2Fe14B+2H2↑。研究了二级还原退火工艺(包括:退火温度和CaH2用量)对合成NdFeB磁粉的形貌和性能的影响。最佳的二级还原退火工艺是NdFeB氧化物和CaH2的重量比为1:1,在940℃保温120 min,可制备出分散性好,形貌均一,含有主相Nd2Fe14B含量高的NdFeB磁粉。该NdFeB磁粉的磁性能达到:Hc=5.4 kOe,Ms=76.3 emu/g,(BH)max=31.2 kJ/m3。
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