D0I:10.13374/i.issnl00It03.2009.0L.009 第31卷第1期 北京科技大学学报 Vol.31 No.1 2009年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2009 Dy对NdFeB永磁合金各向异性的影响 隋延力)陈治安) 包小倩)张茂才)周寿增 1)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学粉末冶金研究所，北京100083 摘要对名义成分为Nd12.3-DyFe79.7Nbo.8Zro.8Cuo.4B6（x=0,0.5,1.5,2.5)的预合金进行长时间高温退火，将其破 碎，取向并粘结.分别沿取向方向和垂直于取向方向测量其磁化曲线。将两曲线延长至相交，交点对应的磁场视为材料的磁 晶各向异性场·结果表明：随着Dy含量的增加，合金各向异性场(H)呈线性增加，当Dy的原子分数为2.5%时，合金各向异 性场达到7536kAm-1:平均每增加1%Dy,各向异性场提高值为200~300kAm-1. 关键词NdFB合金；镝：各向异性场：矫顾力 分类号TG132.2 Effect of Dy addition on the magnetic anisotropy of NdFeB alloys SUI Yan-li),CHEN Zhi-an2).BAO Xiao-qian.ZHANG Mao-eai).ZHOU Shouzeng) 1)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Institute of Powder Metallurgy.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT Nd12.3-Dy,Fe79.7Nbo.8Zro.8Cuo.B6(x=0,0.5,1.5.2.5)prealloys were annealed for about 10h at high tempera- ture (1050C).Then.the NdFeB single-phase alloys were smashed into fine grains and oriented in bonding materials to make them solidified.Magnetization curves in the direction of parallel(c)and perpendicular(Lc)to the magnetic field were measured,and the intersection point of the two curves was considered as magnetic anisotropy.With increasing Dy content,the magnetic anisotropy of the aligned alloys increased distinetly.The maximum magnetic anisotropy was about 7536kAmobtained at a Dy atomic fraction of 2.5%;with every 1%increase of Dy addition.the anisotropy was elevated about 200~300kAm. KEY WORDS NdFeB alloys:dysprosium:magnetic anisotropy:coercivity Dy是控制NFeB材料的晶粒尺寸山，提高材 和HA都提高，但H。的提高速度比HA提高的速度 料矫顽力的有效元素之一2)，据报道， 要快得多，当Dy原子分数为3%时，HA仅提高 (Ndo.5Dyo.5)1sFe77B8烧结永磁材料的内禀矫顾力 18%左右，而H。却提高了2.4倍.他们认为随着 H。高达3980kAm-1阿，其提高材料各向异性场 Dy的添加，H。比HA提高得更快的原因是：一方面 H的作用也得到了业内人士的普遍认可].但 Dy提高了Nd2Fe14B化合物的各向异性场，另一方 事实证明91o,Dy对于NdFeB材料的各向异性场 面Dy改善了合金的显微结构而有效地提高了矫顽 和矫顽力的影响并不同步，之间存在一定的差距，如 力：此后很多人都在烧结Nd-Fe-B系合金中通过 果能够找到它们之间的关系，则能够更加有效地设 添加少量Dy来提高磁体的矫顽力，Ma等研究的烧 计合金成分，更充分地发挥Dy在提高材料性能方 结Nd Fe B系永磁体的稀土原子分数高达15%， 面的作用 此烧结NdFeB合金，除含2：14：1相以外还含有相 Ma等山研究了Dy部分取代Nd对烧结 当量的富稀土相；究竟添加的Dy在2：14：1和富稀 Nd5.5-Dy:Fe79B6的各向异性场(HA)和矫顽力 土相中是如何分布的尚不清楚.用于制造粘结Nd一 (H。)的影响，观察到随Dy含量的增加，合金的H。 FeB系永磁合金中稀土原子分数一般约12%~ 收稿日期：2008-02-28 作者简介：隋延力(I961一)，女，研究员，E mail:yls@admin-ustb.edu,cm
Dy 对 NdFeB 永磁合金各向异性的影响 隋延力1） 陈治安2） 包小倩1） 张茂才1） 周寿增1） 1） 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 2） 北京科技大学粉末冶金研究所北京100083 摘 要 对名义成分为 Nd12∙3－ xDy xFe79∙7Nb0∙8Zr0∙8Cu0∙4B6 （ x ＝00∙51∙52∙5）的预合金进行长时间高温退火将其破 碎取向并粘结．分别沿取向方向和垂直于取向方向测量其磁化曲线．将两曲线延长至相交交点对应的磁场视为材料的磁 晶各向异性场．结果表明：随着 Dy 含量的增加合金各向异性场（ HA）呈线性增加．当 Dy 的原子分数为2∙5％时合金各向异 性场达到7536kA·m －1；平均每增加1％ Dy各向异性场提高值为200～300kA·m －1． 关键词 NdFeB 合金；镝；各向异性场；矫顽力 分类号 TG132∙2 Effect of Dy addition on the magnetic anisotropy of NdFeB alloys SUI Y an-li 1）CHEN Zh-i an 2）BA O Xiao-qian 1）ZHA NG Mao-cai 1）ZHOU Shou-zeng 1） 1） State Key Laboratory for Advanced Metals and MaterialsUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Institute of Powder MetallurgyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT Nd12∙3－ xDy xFe79∙7Nb0∙8Zr0∙8Cu0∙4B6（ x＝00∙51∙52∙5） prealloys were annealed for about10h at high temperature （1050℃）．T henthe NdFeB single-phase alloys were smashed into fine grains and oriented in bonding materials to make them solidified．Magnetization curves in the direction of parallel（∥c） and perpendicular（⊥c）to the magnetic field were measuredand the intersection point of the two curves was considered as magnetic anisotropy．With increasing Dy contentthe magnetic anisotropy of the aligned alloys increased distinctly．T he maximum magnetic anisotropy was about7536kA·m －1obtained at a Dy atomic fraction of 2∙5％；with every 1％ increase of Dy additionthe anisotropy was elevated about 200～300kA·m －1． KEY WORDS NdFeB alloys；dysprosium；magnetic anisotropy；coercivity 收稿日期：2008-02-28 作者简介：隋延力（1961－）女研究员E-mail：yls＠admin．ustb．edu．cn Dy 是控制 NdFeB 材料的晶粒尺寸［1］提高材 料 矫 顽 力 的 有 效 元 素 之 一［2－4］． 据 报 道 （Nd0∙5Dy0∙5）15Fe77B8烧结永磁材料的内禀矫顽力 Hci高达3980kA·m －1［5］其提高材料各向异性场 HA 的作用也得到了业内人士的普遍认可［6－8］．但 事实证明［9－10］Dy 对于 NdFeB 材料的各向异性场 和矫顽力的影响并不同步之间存在一定的差距如 果能够找到它们之间的关系则能够更加有效地设 计合金成分更充分地发挥 Dy 在提高材料性能方 面的作用． Ma 等［11］ 研 究 了 Dy 部 分 取 代 Nd 对 烧 结 Nd15∙5－ xDy xFe79B6 的各向异性场（ HA）和矫顽力 （ Hci）的影响观察到随 Dy 含量的增加合金的 Hci 和 HA 都提高但 Hci的提高速度比 HA 提高的速度 要快得多当 Dy 原子分数为3％时HA 仅提高 18％左右而 Hci却提高了2∙4倍．他们认为随着 Dy 的添加Hci比 HA 提高得更快的原因是：一方面 Dy 提高了 Nd2Fe14B 化合物的各向异性场另一方 面 Dy 改善了合金的显微结构而有效地提高了矫顽 力．此后很多人都在烧结 Nd－Fe－B 系合金中通过 添加少量 Dy 来提高磁体的矫顽力．Ma 等研究的烧 结 Nd－Fe－B 系永磁体的稀土原子分数高达15％ 此烧结 NdFeB 合金除含2∶14∶1相以外还含有相 当量的富稀土相；究竟添加的 Dy 在2∶14∶1和富稀 土相中是如何分布的尚不清楚．用于制造粘结Nd－ Fe－B 系永磁合金中稀土原子分数一般约12％～ 第31卷 第1期 2009年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．1 Jan．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．01．009
第1期 隋延力等：Dy对NdFeB永磁合金各向异性的影响 .75. 12.3%,它基本上是单一的2：14：1相，富稀土相的 1050℃退火10h后仍然有少量块状富稀土相，根据 体积分数很少，这种2：14：1纳米晶合金在工业上 富稀土相和小黑点的分布，可看出铸锭晶粒呈（四至 用量很大，通常也是通过添加Dy来提高H,估计 六边)多角形，晶粒尺寸约20~35m·由该合金破 添加的Dy主要进入2：14：1相.在这种情况下，Dy 碎到20~30m,可得到单晶体的颗粒. 的添加对合金HA的影响，至今未见文献报道，纳 米晶NdFeB材料的晶粒尺寸对磁性能有十分重要 的作用，Nb、Zr和Cu等合金元素可有效细化晶 粒12.本文研究了Dy的添加对Nd2.3-Dy.Fez79.7 Nbo.8Zr0.8Cu0.4B6(x=0,0.5,1.5,2.5)合金的HA 的影响，为进一步分析Dy对2：14：1合金的Ha的 影响奠定基础， 1实验方法 30μm gAon信 合金名义成分为Nd2.3-xDyxFe79.7Nbo.8Zro.8 Cu0.4B6(x=0,0.5,1.5,2.5),用纯金属Nd、Dy、 图1：x=0.5铸态合金于1050℃退火10h后的微观形貌 Fe、Nb,Zr和Cu作原材料，它们的纯度为99.5%~ Fig.1 SEM morphology of the alloy with x=0.5 heat treated at 1050℃for10h 99.8%;B原材料是用FeB合金(B质量分数为 20.11%)·配料前去除纯金属表面氧化皮，清洁金 图2是x=1.5合金经1050℃退火10h后的 属表面，使用真空感应炉冶炼，用水冷钢模作铸模， 铸锭X射线衍射谱(a),以及破碎成20~30m粉末 铸锭质量为1kg·由于铸锭冷却速度相当快，为保 颗粒并经磁场取向，沿垂直磁场取向的截面的X射 证铸锭的均匀化并消除aFe,铸锭经1050℃在真 线衍射谱(b),由图可见，铸锭合金的衍射谱 空炉内（真空度10-3Pa)均匀退火约10h后冷却. (图2(a))与非取向Nd Fe B粉末的X射线衍射谱 用SEM观察均匀退火后的合金组织；采用XRD分 相似；说明俦态合金晶粒是混乱取向的，将1050℃ 析仪(C山K。辐射)进行物相分析，测定晶体结构和 退火10h后的铸锭合金经破碎至20~30m粉末颗 晶体取向， 粒，并于1600kAm磁场取向的X射线衍射谱 从x=0,0.5,1.5和2.5的合金中取出约30g (图2(b)与铸锭非取向样品的X射线衍射谱有很 合金，用磨料罐在Ar保护下，将其破碎为20~30m 大不同，它仅有004、006和008三个晶面及105晶 的粉末颗粒，使用还氧树脂作固化剂，使其成为具 面的衍射峰，与单晶体沿垂直c轴的X射线衍射峰 有良好流动性的液体，并装入3mmX3mmX3mm 十分相似；说明2030m的粉末颗粒与流动性较 的铜模中，将其与准确质量的粉末充分搅拌均匀，放 好的胶状液体相混合，在磁场中取向时，粉末颗粒完 入1600kAm的取向磁场中取向，并保持1h,使 全可以自由转动，其每一个粉末颗粒的c轴，均可转 之充分固化为固体，以固定取向粉末颗粒的取向方 动到与取向磁场平行的方向上，几乎得到单晶粉末 向 颗粒基本上平行取向的固结样品，另外，由图2还 利用LDJ96O0振动样品磁强计(VSM),分别沿 平行于磁场取向方向（∥c)和垂直于磁场取向方向 Nd,FeB (Lc)测量取向样品的磁化曲线.由于VSM设备的 (a) 最大磁场仅为1600kAm.故分别延长∥c和 ⊥c的磁化曲线，直至它们相交，其交点对应的磁场 强度视为样品的各向异性场(HA) (b) 2 实验结果 中 30 40 50 60 7080 90 20() 2.1铸态粉未磁场取向的X射线分析 图1是x=0.5铸态合金经1050℃退火10h 图2x=1.5合金的XRD谱.(a)预合金；(b)取向样 后的背散射扫描电镜照片，照片中的黑点是铸锭合 Fig.2 XRD patterns of the alloy with x=1.5:(a)pre-alloy:(b) 金的缩孔或少量掺杂物，白色部分为富稀土相，经 aligned sample
12∙3％它基本上是单一的2∶14∶1相富稀土相的 体积分数很少．这种2∶14∶1纳米晶合金在工业上 用量很大通常也是通过添加 Dy 来提高 Hci估计 添加的 Dy 主要进入2∶14∶1相．在这种情况下Dy 的添加对合金 HA 的影响至今未见文献报道．纳 米晶 NdFeB 材料的晶粒尺寸对磁性能有十分重要 的作用Nb、Zr 和 Cu 等合金元素可有效细化晶 粒［12］．本文研究了 Dy 的添加对 Nd12∙3－ xDy xFe79∙7 Nb0∙8Zr0∙8Cu0∙4B6（ x ＝00∙51∙52∙5）合金的 HA 的影响为进一步分析 Dy 对2∶14∶1合金的 Hci的 影响奠定基础． 1 实验方法 合金名义成分为 Nd12∙3－ xDy xFe79∙7Nb0∙8Zr0∙8- Cu0∙4B6（ x ＝00∙51∙52∙5）．用纯金属 Nd、Dy、 Fe、Nb、Zr 和 Cu 作原材料它们的纯度为99∙5％～ 99∙8％；B 原材料是用 Fe－B 合金（B 质量分数为 20∙11％）．配料前去除纯金属表面氧化皮清洁金 属表面．使用真空感应炉冶炼用水冷钢模作铸模 铸锭质量为1kg．由于铸锭冷却速度相当快为保 证铸锭的均匀化并消除α－Fe铸锭经1050℃在真 空炉内（真空度10－3 Pa）均匀退火约10h 后冷却． 用 SEM 观察均匀退火后的合金组织；采用 XRD 分 析仪（Cu Kα 辐射）进行物相分析测定晶体结构和 晶体取向． 从 x＝00∙51∙5和2∙5的合金中取出约30g 合金用磨料罐在 Ar 保护下将其破碎为20～30μm 的粉末颗粒．使用还氧树脂作固化剂使其成为具 有良好流动性的液体并装入3mm×3mm×3mm 的铜模中将其与准确质量的粉末充分搅拌均匀放 入1600kA·m －1的取向磁场中取向并保持1h使 之充分固化为固体以固定取向粉末颗粒的取向方 向． 利用 LDJ9600振动样品磁强计（VSM）分别沿 平行于磁场取向方向（∥c）和垂直于磁场取向方向 （⊥c）测量取向样品的磁化曲线．由于 VSM 设备的 最大磁场仅为1600kA·m －1．故分别延长∥ c 和 ⊥c的磁化曲线直至它们相交其交点对应的磁场 强度视为样品的各向异性场（ HA）． 2 实验结果 2∙1 铸态粉末磁场取向的 X 射线分析 图1是 x＝0∙5铸态合金经1050℃退火10h 后的背散射扫描电镜照片．照片中的黑点是铸锭合 金的缩孔或少量掺杂物白色部分为富稀土相经 1050℃退火10h 后仍然有少量块状富稀土相根据 富稀土相和小黑点的分布可看出铸锭晶粒呈（四至 六边）多角形晶粒尺寸约20～35μm．由该合金破 碎到20～30μm可得到单晶体的颗粒． 图1 x＝0∙5铸态合金于1050℃退火10h 后的微观形貌 Fig．1 SEM morphology of the alloy with x ＝0∙5heat treated at 1050℃ for10h 图2 x＝1∙5合金的 XRD 谱．（a） 预合金；（b） 取向样 Fig．2 XRD patterns of the alloy with x＝1∙5：（a） pre-alloy；（b） aligned sample 图2是 x＝1∙5合金经1050℃退火10h 后的 铸锭 X 射线衍射谱（a）以及破碎成20～30μm 粉末 颗粒并经磁场取向沿垂直磁场取向的截面的 X 射 线衍 射 谱 （b）．由 图 可 见铸 锭 合 金 的 衍 射 谱 （图2（a））与非取向 Nd－Fe－B 粉末的 X 射线衍射谱 相似；说明铸态合金晶粒是混乱取向的．将1050℃ 退火10h 后的铸锭合金经破碎至20～30μm 粉末颗 粒并于1600kA·m －1磁场取向的 X 射线衍射谱 （图2（b））与铸锭非取向样品的 X 射线衍射谱有很 大不同它仅有004、006和008三个晶面及105晶 面的衍射峰与单晶体沿垂直 c 轴的 X 射线衍射峰 十分相似；说明20～30μm 的粉末颗粒与流动性较 好的胶状液体相混合在磁场中取向时粉末颗粒完 全可以自由转动其每一个粉末颗粒的 c 轴均可转 动到与取向磁场平行的方向上几乎得到单晶粉末 颗粒基本上平行取向的固结样品．另外由图2还 第1期 隋延力等： Dy 对 NdFeB 永磁合金各向异性的影响 ·75·
76 北京科技大学学报 第31卷 可观察到105晶面衍射峰的存在，原因可能是部分 方法有关，本实验x=0样品，即Nd2Fe14B的粉末取 粉末颗粒的c轴没有完全转动到与磁场平行的方向 向的HA值仅4960kAm,虽然偏低一些，但仍处 上，而是其c轴仅转动到与取向磁场方向约成 于NdFe14B化合物的HA值范围之内.当x=0.5, 15.5的位置上3]. 1.5和2.5时，随着Dy含量的增加，HA是线性增 2,2粉末取向合金各向异性场的测定 加，规律性明显， 图3是采用VSM测量仪，测量x=0,0.5,1.5 和2.5粉末经取向固结的样品，其取向方向平行 3讨论 (∥c)与垂直（⊥c)外场时的磁化曲线.测量时的最 从图3和图4中的数据可以看出，当Dy原子分 大磁场为1600kAm1.图中虚线为测量曲线的延 数由0增至0.5%时，材料的各向异性场从4960kA· 长线，把∥c与⊥c磁化曲线的交点对应的磁场强 m1增至6900kAm-1,上升了近40%.与Ma等报 度近似地看作各向异性场. 道的数据相比，有了很大幅度的提高.可见，Dy的 添加大幅度改善了NdFeB材料的磁晶各向异性， =25 可以推断，其各向异性场的大幅度增值不仅由于 Dy2Fel4B的各向异性场大于Nd2Fel4B的，很有可能 当Dy进入Nd2Fe14B基体时，改善了材料的微观组 =1.5 织结构，使材料矫顽力进一步提高， 虽然对NdFe14B化合物各向异性场Ha测量 .V)D 8 6 结果的分散性较大，但多数实验结果表明，NdFe14B 0.5 的HA约为5600kAm-1[2;而Dy2Fe14B的各向异 性场为12600kAm-1,由于NdzFe14B和Dy2Fe14B 在固态是完全互溶的，在NdFB系合金中，用Dy部 x=0 分取代Nd,随Dy含量的增加，合金的HA是会增加 10002000300040005000600070008000 的.按照叠加原理，每1%的Dy取代Nd,合金的 H/(kAm) HA可提高70kAm-1.本实验结果表明，当x由 图3取向固结的样品其取向方向平行（∥c)与垂直（⊥c)外场 0.5增加到2.5时，合金的HA由6900kAm1增 时的磁化曲线 Fig.3 Initial magnetization curves of the bonded sample parallel( 加到7500kAm-1,说明每增加1%（原子分数）的 c)and perpendicular (Lc)to the applied field Dy,合金的HA可提高200~300kAm1,比叠加原 理计算的结果高得多， 测量结果如图4所示，x=0,0.5,1.5和2.5合 不论如何，在Nd2Fe14B中，用Dy部分取代Nd, 金的各向异性场HA分别为4960,6900,7100和 7500kAm-1.NdFe14B的HA值范围较宽，约在 Dy原子进入了Nd2Fe14B晶格，占据了Nd原子的相 2400和5600kAm-1之间.这与样品的制造和测量 应位置，导致(Nd,Dy)2Fe14B合金各向异性场HA 的提高，并且提高的速度比文献[2]报道中的要快， 7500 500 其原因可能是本实验合金的稀土原子分数仅为 7000 7100 12.3%,扣除治炼时稀土量的烧损，其富稀土相的数 6900 量很少，Ma等山的实验合金的稀土原子分数为 15%,合金中的稀土相体积分数比本实验高许多，所 6000 添加的Dy进入2：14：1相和富稀土相的比例很可 5500 能不同，假如进入富稀土相的比例数较高，而进入 5000 .4960 2:14:1相的比例数较低（即分配系数不同）：则在含 0.5 1.01.5 2.0 有较高稀土金属的合金中，添加相同数量的Dy,将 Dy原子分数% 使合金的HA提高得少些，这种可能是存在的，因 图4粉末取向样品的各向异性场随Dy含量的关系 为NdDy二元相图中显示它们完全互溶，说明对于 Fig.4 Relation of the magnetic anisotropic field of the aligned sam- 2:14:1合金，用Dy部分取代Nd,可以更有效地提 ple with Dy content 高矫顽力
可观察到105晶面衍射峰的存在原因可能是部分 粉末颗粒的 c 轴没有完全转动到与磁场平行的方向 上而是其 c 轴仅转动到与取向磁场方向约成 15∙5°的位置上［13］． 2∙2 粉末取向合金各向异性场的测定 图3是采用 VSM 测量仪测量 x＝00∙51∙5 和2∙5粉末经取向固结的样品其取向方向平行 （∥c）与垂直（⊥c）外场时的磁化曲线．测量时的最 大磁场为1600kA·m －1．图中虚线为测量曲线的延 长线把∥c 与⊥ c 磁化曲线的交点对应的磁场强 度近似地看作各向异性场［4］． 图3 取向固结的样品其取向方向平行（∥ c）与垂直（⊥ c）外场 时的磁化曲线 Fig．3 Initial magnetization curves of the bonded sample parallel （∥ c） and perpendicular （⊥c） to the applied field 图4 粉末取向样品的各向异性场随 Dy 含量的关系 Fig．4 Relation of the magnetic anisotropic field of the aligned sample with Dy content 测量结果如图4所示x＝00∙51∙5和2∙5合 金的各向异性场 HA 分别为496069007100和 7500kA·m －1．Nd2Fe14B 的 HA 值范围较宽约在 2400和5600kA·m －1之间．这与样品的制造和测量 方法有关．本实验 x＝0样品即Nd2Fe14B的粉末取 向的 HA 值仅4960kA·m －1虽然偏低一些但仍处 于Nd2Fe14B化合物的 HA 值范围之内．当 x＝0∙5 1∙5和2∙5时随着 Dy 含量的增加HA 是线性增 加规律性明显． 3 讨论 从图3和图4中的数据可以看出当 Dy 原子分 数由0增至0∙5％时材料的各向异性场从4960kA· m －1增至6900kA·m －1上升了近40％．与 Ma 等报 道的数据相比有了很大幅度的提高．可见Dy 的 添加大幅度改善了 NdFeB 材料的磁晶各向异性． 可以推断其各向异性场的大幅度增值不仅由于 Dy2Fe14B 的各向异性场大于 Nd2Fe14B 的很有可能 当 Dy 进入 Nd2Fe14B 基体时改善了材料的微观组 织结构使材料矫顽力进一步提高． 虽然对 Nd2Fe14B 化合物各向异性场 HA 测量 结果的分散性较大但多数实验结果表明Nd2Fe14B 的 HA 约为5600kA·m －1［12］；而 Dy2Fe14B 的各向异 性场为12600kA·m －1．由于 Nd2Fe14B 和 Dy2Fe14B 在固态是完全互溶的在 NdFeB 系合金中用 Dy 部 分取代 Nd随 Dy 含量的增加合金的 HA 是会增加 的．按照叠加原理每1％的 Dy 取代 Nd合金的 HA 可提高70kA·m －1．本实验结果表明当 x 由 0∙5增加到2∙5时合金的 HA 由6900kA·m －1增 加到7500kA·m －1说明每增加1％（原子分数）的 Dy合金的 HA 可提高200～300kA·m －1比叠加原 理计算的结果高得多． 不论如何在 Nd2Fe14B 中用 Dy 部分取代 Nd Dy 原子进入了 Nd2Fe14B 晶格占据了 Nd 原子的相 应位置导致（NdDy）2Fe14B 合金各向异性场 HA 的提高并且提高的速度比文献［2］报道中的要快． 其原因可能是本实验合金的稀土原子分数仅为 12∙3％扣除冶炼时稀土量的烧损其富稀土相的数 量很少．Ma 等［11］ 的实验合金的稀土原子分数为 15％合金中的稀土相体积分数比本实验高许多所 添加的 Dy 进入2∶14∶1相和富稀土相的比例很可 能不同．假如进入富稀土相的比例数较高而进入 2∶14∶1相的比例数较低（即分配系数不同）；则在含 有较高稀土金属的合金中添加相同数量的 Dy将 使合金的 HA 提高得少些．这种可能是存在的．因 为 Nd－Dy 二元相图中显示它们完全互溶说明对于 2∶14∶1合金用 Dy 部分取代 Nd可以更有效地提 高矫顽力． ·76· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第1期 隋延力等：Dy对NdeB永磁合金各向异性的影响 ,77 由X射线衍射谱可以看出，取向样品中仍然存 (1):1388 在105晶面的衍射峰，说明本实验的多晶取向样品 [4]Fang X.Shi Y,Jiles DC.Modeling of magnetic properties of 的取向度不是100%.这一点从图3的磁化曲线也 heat treated Dy-doped NdFeB particles bonded in isotropic and anisotropic arrangements.IEEE Trans Magn.1998.34(4): 可以看出：⊥c的磁化曲线不完全是直线；∥c的磁 1291 化曲线在达到饱和磁化之前有较大的过渡区，即逐 [5]Sagawa M.Hirosawa S.Tokuhara K.Dependence of coercivity 渐达到饱和的弯曲区，这是铸态粉末的℃轴与磁场 on the anisotropic field in the Nd2FeiB-type sintered magnets. 取向场方向不完全平行，部分粉末颗粒的c轴与磁 Appl Phys,1987,61(8):3559 场取向轴存在一定夹角造成的，用取向不完全的样 [6]Kim S G.Kim M J.Ryu K S.et al.Effect of Dy on magnetic properties of Fe/NdaFeB type alloy.IEEE Trans Magn. 品的⊥c和∥c的磁化曲线相交点对应的磁场来确 1999,36(5):3316 定HA,其数值有可能偏高， [7]Pandian S.Chandrasekaran V.Markandeyulu G.et al.Effect of 4结论 Co.Dy and Ga on the magnetic properties and the microstructure of powder metallurgically processed Nd-Fe-B magnets.JAlloys (1)在Nd2Fe14B合金中，用Dy部分取代Nd, Compd,2004,364:295 可以大大提高矫顽力，Nd2.3-xDyxFe79.7Nbo.8Zrm.8 [8]Miao W F,Ding J.Me Cormick P G.et al.Magnetic behaviour of mechanically milled Ndi-x Dy:)8Fe8s B.J Magn Magr Cu0.4B6合金的HA,从x=0的4900kAm-1大幅提 Maer,1997,175:304 高到x=2.5的7500kAm1 [9]Goralez J M.de Julian C.Cebollada F,et al.Phase segregation (2)Dy部分取代Nd,与稀土体积分数大的合 and interactions in Dy-substituted melt spun Nd-Fe-B alloys IEEE Trans Magn.1995.31(6):3683 金相比，稀土体积分数少的合金更有利于提高HA· [10]Harland CL.Davies HA.Magnetic properties of melt-spun Nd- (3)取向样品的取向度越高，用⊥c和∥c磁化 rich NdFeB alloys with Dy and Ga substitutions.JAlloys Com 曲线交点确定的HA越准确， pd,1998,281:37 [11]Ma B M.Krause R F.Proc.microstructure and magnetic prop" 参考文献 erties of sintered Nd-Dy-Fe-B magnets//5th International Sym- [1]Jang T.Kim Y S.Effect of small dysprosium additions on the co- posium on Anisotropy and Coercivity in Rare-Earth Transition ercivity of melt-spun Nd-Fe-C alloys.IEEE Trans Magn.1999. Metal Alloys Deutsche.Physikalische:FRG.1987:141 36(5):3310 [12]Bai F M,Jiang Z L.Chen X Y,et al.The combined effect of [2]Yu L Q.Wen Y H.Yan M.Effects of Dy and Nb on the mag- Ga.Nb.Zr.Hf.Pr on the magnetic properties and microstruc- netic properties and corrosion resistance of sintered Nd-Fe-B.J ture of (Nd,Pr)9(Fe,Ga.Nb.Zr.Hf)86.5B4.5 nanocomposite rib- Magn Magn Mater,2004.283:353 hons.J Alloys Compd.2002.343:60 [3]de Groot C H.Buschow K HJ.de Boer F R.et al.Two powder [13]Chang WC.WuT B.Liu K S.A Texture Study of Anisotropic NdzFeuB magnets with DyGa addition.JAppl Phys.1998.83 Sintered Nd-Fe-B Magnets.JAppl Phys.1988.63:3531
由 X 射线衍射谱可以看出取向样品中仍然存 在105晶面的衍射峰说明本实验的多晶取向样品 的取向度不是100％．这一点从图3的磁化曲线也 可以看出：⊥c 的磁化曲线不完全是直线；∥c 的磁 化曲线在达到饱和磁化之前有较大的过渡区即逐 渐达到饱和的弯曲区．这是铸态粉末的 c 轴与磁场 取向场方向不完全平行部分粉末颗粒的 c 轴与磁 场取向轴存在一定夹角造成的．用取向不完全的样 品的⊥c 和∥c 的磁化曲线相交点对应的磁场来确 定 HA其数值有可能偏高． 4 结论 （1） 在 Nd2Fe14B 合金中用 Dy 部分取代 Nd 可以大大提高矫顽力．Nd12∙3－xDy xFe79∙7Nb0∙8Zr0∙8- Cu0∙4B6合金的 HA从 x＝0的4900kA·m －1大幅提 高到 x＝2∙5的7500kA·m －1． （2） Dy 部分取代 Nd与稀土体积分数大的合 金相比稀土体积分数少的合金更有利于提高 HA． （3） 取向样品的取向度越高用⊥c 和∥c 磁化 曲线交点确定的 HA 越准确． 参 考 文 献 ［1］ Jang TKim Y S．Effect of small dysprosium additions on the coercivity of melt-spun Nd-Fe-C alloys．IEEE T rans Magn1999 36（5）：3310 ［2］ Yu L QWen Y HYan M．Effects of Dy and Nb on the magnetic properties and corrosion resistance of sintered Nd-Fe-B．J Magn Magn Mater2004283：353 ［3］ de Groot C HBuschow K H Jde Boer F Ret al．Two-powder Nd2Fe14B magnets with DyGa addition．J Appl Phys199883 （1）：1388 ［4］ Fang XShi YJiles D C．Modeling of magnetic properties of heat treated Dy-doped NdFeB particles bonded in isotropic and anisotropic arrangements．IEEE T rans Magn199834（4）： 1291 ［5］ Sagawa MHirosawa STokuhara K．Dependence of coercivity on the anisotropic field in the Nd2Fe14B-type sintered magnets．J Appl Phys198761（8）：3559 ［6］ Kim S GKim M JRyu K Set al．Effect of Dy on magnetic properties of α-Fe／Nd2Fe14B type alloy． IEEE T rans Magn 199936（5）：3316 ［7］ Pandian SChandrasekaran VMarkandeyulu Get al．Effect of CoDy and Ga on the magnetic properties and the microstructure of powder metallurgically processed Nd-Fe-B magnets．J Alloys Compd2004364：295 ［8］ Miao W FDing JMc Cormick P Get al．Magnetic behaviour of mechanically milled （ Nd1－ x Dy x ）8Fe88B4． J Magn Magn Mater1997175：304 ［9］ Gonz′alez J Mde Juli′an CCebollada Fet al．Phase segregation and interactions in Dy-substituted melt spun Nd-Fe-B alloys． IEEE T rans Magn199531（6）：3683 ［10］ Harland C LDavies H A．Magnetic properties of melt-spun Ndrich NdFeB alloys with Dy and Ga substitutions．J Alloys Compd1998281：37 ［11］ Ma B MKrause R F．Proc．microstructure and magnetic properties of sintered Nd-Dy-Fe-B magnets∥5th International Symposium on A nisotropy and Coercivity in Rare-Earth T ransition Metal Alloys Deutsche．Physikalische：FRG1987：141 ［12］ Bai F MJiang Z LChen X Yet al．The combined effect of GaNbZrHfPr on the magnetic properties and microstructure of （NdPr）9（FeGaNbZrHf）86∙5B4∙5nanocomposite ribbons．J Alloys Compd2002343：60 ［13］ Chang W CWu T BLiu K S．A Texture Study of Anisotropic Sintered Nd-Fe-B Magnets．J Appl Phys198863：3531 第1期 隋延力等： Dy 对 NdFeB 永磁合金各向异性的影响 ·77·