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[摘 要]研究了氢爆工艺（HD） 对烧结NdFeAlB 的微观结构与永磁性能的影响。用HD 工艺制备的NdFeAlB 烧结磁体（HD 磁体） 的矫顽力比传统球磨（ BM） 工艺的高， 但剩磁及磁能积较低，介绍和评述了磁性合金的氢爆（HD）对气流磨（JM）的影响并强调磁粉粒度、粒度分布、粒度均匀性对制备高性能磁体的重要性。
[关键词]NdFeB磁体；氢爆工艺（HD）；气流磨（JM）；磁粉性能
中图分类号：TN878 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0042-01
HD本质上是有别于机械破碎的一种破碎物质的物理化学方法，它特别适用于含稀土的合金或金属间化合物，因为此类材料具有吸氢特性。例如NdFeB 吸氢后形成氢化物，由于氢化物生成时晶格膨胀，所产生的巨大应力使NdFeB 晶体内产生许多微裂纹，材料变得疏松乃至成为粗粉末，随后经加热脱氢处理后，大部分主相氢化物变回原来的Nd2Fe14B 粗粉，而一部分富Nd 相氢化物仍留在物料中。
1.工艺原理
1.1 NdFeB 的吸氢过程
金属或合金在一定条件下吸氢或脱氢是可逆的，但第一次形成氢化物是有一定条件和要求的：能渗入金属间化合物的是氢离子而不是氢分子，氢分子的离解需要一定激活能。此外，金属间化合物（合金）的界面应该是清洁的表面，氧化层及其它不与氢反应的杂质将会阻碍反应的进行，为此需要进行“活化处理”。从通氢直到吸氢反应开始，这段时间叫孕育期。吸氢是放热反应，伴随发热（氢化物生成热），直到吸氢饱和，即氢化物生成的过程。
NdFeB的吸氢可分为两步，首先吸氢的是露在表面的富Nd相，其反應如下：
2Nd+2/x H2→2NdHx
其次是主相Nd2Fe14B与H2发生反应：
2Nd2Fe14B+yH2→2Nd2Fe14BHy
当氢化物2NdH2.7 由面心立方（fcc）变到六方晶型（hcp），晶格常数变大，体积膨胀20%。氢化物Nd2Fe14BH5 晶格也变大，相应体积膨胀了4.5～5.0%，主相氢化物的形成伴随着放热反应，此反应的生成热ΔH=-57.2kJ/mol， Nd2Fe14BH5的饱和磁化强度为Ms=152A·m2/kg （300°K），而Br、Hcj 剧烈下降，变为软磁相。
1.2 NdFeB 的脱氢过程
脱氢过程是将氢化物分解，脱氢率随温度、压力的不同而不同，主相的脱氢率列于表1。
主相Nd2Fe14B 在较高温度下与氢发生反应完全分解，形成钕的氢化物NdH2 和Fe2B：
Nd2Fe14B+ 2H2→2NdH2+12Fe+Fe2B
此种氢化物和Fe2B 完全变回Nd2Fe14B主相，只有在高温下脱氢才能实现：
2NdH2+12Fe+Fe2B→Nd2Fe14B+2H2↑
加热到1040℃主相Nd2Fe14B中的H2才能完全排出，但是升温到650℃时，富Nd相已变软熔化，晶间的脆裂现象可能改变，若再继续升温，则必将发生HDDR反应，显然走上氢化反应的另一方向。基于NdFeB与氢反应的上述特性，现在采用的最佳脱氢温度是500℃。在此条件下，主相氢化物的氢基本放出，富钕相氢化物NdH3在500℃脱了部分氢变成NdH2。这一部分氢化物的脱氢需留在真空烧结时才能进行。
2.HD对JM粉影响的理论分析
HD+JM（气流磨）的高制粉效率随着钕铁硼磁体的高性能化，熔炼铸片化，稀土含量逐渐降低，接近Nd2Fe14B主相的正分成分（RE=11.76at%），就力学性能而论，此合金又硬又韧（Hv= 530，抗弯强度24～26 kg/mm2），用机械方法制粉，效率低，且氧化严重。用HD 粉碎则所有问题均迎刃而解。磨粉效率提高5～6 倍，数量可观的设备得以节约，磨粉效率达到150～200kg/h，原来仅30～40kg/h。
2.1 有效降低磁粉的氧含量
HD 制粉可有效降低磨粉工段的氧化程度，粉末氧含量降低200～800×10-6。烧结过程中有氢存在，可还原钕的氧化物，净化晶界，并促进致密化，实现部分活化烧结。
2.2 HD粉多沿晶界相开裂
HD 破碎是优先沿富Nd 晶界相或主相Nd2Fe14B内的富Nd 超结构层进行，则HD+JM 粉粒均是单晶颗粒，其尺寸接近最佳粒径2～3μm，更为重要的是每颗晶粒边沿均有富钕相，从而有效提高矫顽力，矫顽力可以提高40～400kA/m（500～5000Oe）。
2.3 HD 磁粉性能略有变异
HD+JM 粉末由于部分粉末以氢化物形态存在（Nd2Fe14BHx，NdHx），其磁性显出某些变异：Ms略高，Br 和Hcj 则降低，呈现弱磁性，结果使脱模容易，有利于模压成形，压坯的外观整齐，堆放方便。
2.4 HD粉末具有良好的抗氧化性
HD+JM 粉末具有较好的抗氧化性，保存时间较长，实践表明≥4μm 的粉末在空气中不易燃烧，而机械法制的粉末在此粒度下，遇空气马上燃烧。
3.结论
（1）经过氢爆破碎的铸锭比没有经过氢爆破碎的铸锭更加容易破碎；球磨同样的时间，采用了氢爆工艺的铸锭的粉末更细，而没有采用氢爆工艺的铸锭只是经过砸碎，则会得到更粗的粉末：
（2）同等工艺条件下，采用了氢爆工艺制备的样品的内禀矫顽力较高，而没有采用氢爆工艺制备的样品的剩磁和磁能积稍微高一些； ’
（3）球磨时间越长，粉末粒度越小，也就越容易氧化，并且还易于吸收空气中的水蒸气，造成实际磁体性能的降低，因而在制粉过程中一定要注意防止粉末的氧化。
参考文献
[1] 周寿增.稀土永磁材料及其应用[M] .北京：冶金工业出版社， 1995. 463- 464.
[2] 陈虞才，王德文，张百成，等.[A].第二届全国稀土永磁材料会议论文集[C]，1988.
[关键词]NdFeB磁体；氢爆工艺（HD）；气流磨（JM）；磁粉性能
中图分类号：TN878 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0042-01
HD本质上是有别于机械破碎的一种破碎物质的物理化学方法，它特别适用于含稀土的合金或金属间化合物，因为此类材料具有吸氢特性。例如NdFeB 吸氢后形成氢化物，由于氢化物生成时晶格膨胀，所产生的巨大应力使NdFeB 晶体内产生许多微裂纹，材料变得疏松乃至成为粗粉末，随后经加热脱氢处理后，大部分主相氢化物变回原来的Nd2Fe14B 粗粉，而一部分富Nd 相氢化物仍留在物料中。
1.工艺原理
1.1 NdFeB 的吸氢过程
金属或合金在一定条件下吸氢或脱氢是可逆的，但第一次形成氢化物是有一定条件和要求的：能渗入金属间化合物的是氢离子而不是氢分子，氢分子的离解需要一定激活能。此外，金属间化合物（合金）的界面应该是清洁的表面，氧化层及其它不与氢反应的杂质将会阻碍反应的进行，为此需要进行“活化处理”。从通氢直到吸氢反应开始，这段时间叫孕育期。吸氢是放热反应，伴随发热（氢化物生成热），直到吸氢饱和，即氢化物生成的过程。
NdFeB的吸氢可分为两步，首先吸氢的是露在表面的富Nd相，其反應如下：
2Nd+2/x H2→2NdHx
其次是主相Nd2Fe14B与H2发生反应：
2Nd2Fe14B+yH2→2Nd2Fe14BHy
当氢化物2NdH2.7 由面心立方（fcc）变到六方晶型（hcp），晶格常数变大，体积膨胀20%。氢化物Nd2Fe14BH5 晶格也变大，相应体积膨胀了4.5～5.0%，主相氢化物的形成伴随着放热反应，此反应的生成热ΔH=-57.2kJ/mol， Nd2Fe14BH5的饱和磁化强度为Ms=152A·m2/kg （300°K），而Br、Hcj 剧烈下降，变为软磁相。
1.2 NdFeB 的脱氢过程
脱氢过程是将氢化物分解，脱氢率随温度、压力的不同而不同，主相的脱氢率列于表1。
主相Nd2Fe14B 在较高温度下与氢发生反应完全分解，形成钕的氢化物NdH2 和Fe2B：
Nd2Fe14B+ 2H2→2NdH2+12Fe+Fe2B
此种氢化物和Fe2B 完全变回Nd2Fe14B主相，只有在高温下脱氢才能实现：
2NdH2+12Fe+Fe2B→Nd2Fe14B+2H2↑
加热到1040℃主相Nd2Fe14B中的H2才能完全排出，但是升温到650℃时，富Nd相已变软熔化，晶间的脆裂现象可能改变，若再继续升温，则必将发生HDDR反应，显然走上氢化反应的另一方向。基于NdFeB与氢反应的上述特性，现在采用的最佳脱氢温度是500℃。在此条件下，主相氢化物的氢基本放出，富钕相氢化物NdH3在500℃脱了部分氢变成NdH2。这一部分氢化物的脱氢需留在真空烧结时才能进行。
2.HD对JM粉影响的理论分析
HD+JM（气流磨）的高制粉效率随着钕铁硼磁体的高性能化，熔炼铸片化，稀土含量逐渐降低，接近Nd2Fe14B主相的正分成分（RE=11.76at%），就力学性能而论，此合金又硬又韧（Hv= 530，抗弯强度24～26 kg/mm2），用机械方法制粉，效率低，且氧化严重。用HD 粉碎则所有问题均迎刃而解。磨粉效率提高5～6 倍，数量可观的设备得以节约，磨粉效率达到150～200kg/h，原来仅30～40kg/h。
2.1 有效降低磁粉的氧含量
HD 制粉可有效降低磨粉工段的氧化程度，粉末氧含量降低200～800×10-6。烧结过程中有氢存在，可还原钕的氧化物，净化晶界，并促进致密化，实现部分活化烧结。
2.2 HD粉多沿晶界相开裂
HD 破碎是优先沿富Nd 晶界相或主相Nd2Fe14B内的富Nd 超结构层进行，则HD+JM 粉粒均是单晶颗粒，其尺寸接近最佳粒径2～3μm，更为重要的是每颗晶粒边沿均有富钕相，从而有效提高矫顽力，矫顽力可以提高40～400kA/m（500～5000Oe）。
2.3 HD 磁粉性能略有变异
HD+JM 粉末由于部分粉末以氢化物形态存在（Nd2Fe14BHx，NdHx），其磁性显出某些变异：Ms略高，Br 和Hcj 则降低，呈现弱磁性，结果使脱模容易，有利于模压成形，压坯的外观整齐，堆放方便。
2.4 HD粉末具有良好的抗氧化性
HD+JM 粉末具有较好的抗氧化性，保存时间较长，实践表明≥4μm 的粉末在空气中不易燃烧，而机械法制的粉末在此粒度下，遇空气马上燃烧。
3.结论
（1）经过氢爆破碎的铸锭比没有经过氢爆破碎的铸锭更加容易破碎；球磨同样的时间，采用了氢爆工艺的铸锭的粉末更细，而没有采用氢爆工艺的铸锭只是经过砸碎，则会得到更粗的粉末：
（2）同等工艺条件下，采用了氢爆工艺制备的样品的内禀矫顽力较高，而没有采用氢爆工艺制备的样品的剩磁和磁能积稍微高一些； ’
（3）球磨时间越长，粉末粒度越小，也就越容易氧化，并且还易于吸收空气中的水蒸气，造成实际磁体性能的降低，因而在制粉过程中一定要注意防止粉末的氧化。
参考文献
[1] 周寿增.稀土永磁材料及其应用[M] .北京：冶金工业出版社， 1995. 463- 464.
[2] 陈虞才，王德文，张百成，等.[A].第二届全国稀土永磁材料会议论文集[C]，1988.