HDDR NdFeB磁粉两步法伴温磁场取向制备高性能柔性各向异性NdFeB黏结磁体

D0L:10.13374/.issn1001-053x.2012.03.020 第34卷第3期 北京科技大学学报 Vol.34 No.3 2012年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2012 HDDR NdFeB磁粉两步法伴温磁场取向制备高性能 柔性各向异性NdFeB黏结磁体 翟福强 孙爱芝回吴深王进 徐文欢张倩 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 网通信作者，E-mail:sunaizhi@126.com 摘要利用高性能吸氢一歧化一脱氢一再复合(HDDR)NdFB各向异性磁粉，通过两步法伴温磁场取向工艺制备高性能柔性 各向异性NdFB黏结磁体，重点研究了两步法伴温磁场取向工艺制备出不同成分配比磁体的磁性能和力学性能.结果发现： 制备出磁体的取向度有大幅度提高，当成分配比（质量分数）为96.5%磁粉+1%偶联剂+2.5%黏结体系的磁体在120℃加 热保温30min磁场取向后，磁能积达到97kJ小m3,而磁体的矫顽力最大降幅只有1.3%，论证了两步法伴温磁场取向工艺制 备柔性各向异性NdFB黏结磁体在实际生产的可行性.环氧树脂润滑剂的加入使得制备出磁体的延伸率和柔性均大幅度下 降，并且加入量越多，下降幅度越大，因此环氧树脂润滑剂最大加入量不应超过1%（质量分数）. 关键词稀土永磁体：环氧树脂：磁学性能：力学性能 分类号TM271·.3 High performance anisotropic NdFeB flexible bonded magnets prepared by magnetic alignment with temperature utilizing HDDR NdFeB powder ZHAI Fu-qiang,SUN Ai-hi,WU Shen,WANG Jin,XU Wen-huan,ZHANG Qian School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:sunaizhi@126.com ABSTRACT High performance anisotropic NdFeB flexible bonded magnets were prepared by a two-step method which includes cal- endering and magnetic alignment steps utilizing hydrogenation-disproportionation-desorption-recombination (HDDR)NdFeB powder, and their magnetic and mechanical properties were investigated.It is found that the degree of alignment (DOA)of the flexible bonded magnets goes up sharply.The maximum energy product (BH)is 97 kJmfor the composition of 96.5%magnetic powder,1% coupling agent,and 2.5%bonded rubber after heated at 120 C for 30 min during magnetic alignment,while the coercivity of the flexi- ble bonded magnets only decreases by 1.3%,which further proves the feasibility of the two-step method in industrial production. Because the mechanical properties of the flexible bonded magnets will deteriorate with the amount of epoxy resin lubricant increasing, the mass fraction of epoxy resin lubricant should be less than 1%. KEY WORDS rare earth permanent magnets:epoxy resin:magnetic properties:mechanical properties 柔性各向异性NdFeB黏结磁体是采用橡胶 技术竞争点) 制品的生产工艺制备出的一种新型柔性黏结永 采用两步法伴温磁场取向工艺固制备柔性各 磁材料.因其具有优异的磁性能、装配性能及加 向异性NdFeB黏结磁体，在最佳工艺条件下，制备 工方便性，满足了电子产品小型化、新能源汽车、 出的磁体与压延成型后各向同性黏结磁体相比，取 节能家电和节能办公设备等低碳经济的发展要 向度提高39%，磁能积提高60.5%).在此基础 求，因而成为稀土永磁材料开发的前沿生长点和 上，利用环氧树脂作为润滑剂通过两步法伴温磁场 收稿日期：201101-08 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(2011AA03A403)

第 34 卷 第 3 期 2012 年 3 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 3 Mar． 2012 HDDR NdFeB 磁粉两步法伴温磁场取向制备高性能 柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体 翟福强 孙爱芝 吴 深 王 琎 徐文欢 张 倩 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: sunaizhi@ 126． com 摘 要 利用高性能吸氢--歧化--脱氢--再复合( HDDR) NdFeB 各向异性磁粉，通过两步法伴温磁场取向工艺制备高性能柔性 各向异性 NdFeB 黏结磁体，重点研究了两步法伴温磁场取向工艺制备出不同成分配比磁体的磁性能和力学性能． 结果发现: 制备出磁体的取向度有大幅度提高，当成分配比( 质量分数) 为 96. 5% 磁粉 + 1% 偶联剂 + 2. 5% 黏结体系的磁体在 120 ℃ 加 热保温 30 min 磁场取向后，磁能积达到 97 kJ·m － 3 ，而磁体的矫顽力最大降幅只有 1. 3% ，论证了两步法伴温磁场取向工艺制 备柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体在实际生产的可行性． 环氧树脂润滑剂的加入使得制备出磁体的延伸率和柔性均大幅度下 降，并且加入量越多，下降幅度越大，因此环氧树脂润滑剂最大加入量不应超过 1% ( 质量分数) ． 关键词 稀土永磁体; 环氧树脂; 磁学性能; 力学性能 分类号 TM271 + . 3 High performance anisotropic NdFeB flexible bonded magnets prepared by magnetic alignment with temperature utilizing HDDR NdFeB powder ZHAI Fu-qiang，SUN Ai-zhi ，WU Shen，WANG Jin，XU Wen-huan，ZHANG Qian School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: sunaizhi@ 126． com ABSTRACT High performance anisotropic NdFeB flexible bonded magnets were prepared by a two-step method which includes cal￾endering and magnetic alignment steps utilizing hydrogenation-disproportionation-desorption-recombination ( HDDR) NdFeB powder， and their magnetic and mechanical properties were investigated． It is found that the degree of alignment ( DOA) of the flexible bonded magnets goes up sharply． The maximum energy product ( BH) max is 97 kJ·m － 3 for the composition of 96. 5% magnetic powder，1% coupling agent，and 2. 5% bonded rubber after heated at 120 ℃ for 30 min during magnetic alignment，while the coercivity of the flexi￾ble bonded magnets only decreases by 1. 3% ，which further proves the feasibility of the two-step method in industrial production． Because the mechanical properties of the flexible bonded magnets will deteriorate with the amount of epoxy resin lubricant increasing， the mass fraction of epoxy resin lubricant should be less than 1% ． KEY WORDS rare earth permanent magnets; epoxy resin; magnetic properties; mechanical properties 收稿日期: 2011--01--08 基金项目: 国家高技术研究发展计划资助项目( 2011AA03A403) 柔性 各 向 异 性 NdFeB 黏结磁体是采用橡胶 制品的生产工艺制备出的一种新型柔性黏结永 磁材料． 因其具有优异的磁性能、装配性能及加 工方便性，满足了电子产品小型化、新能源汽车、 节能家电和节能办公设备等低碳经济的发展要 求，因而成为稀土永磁材料开发的前沿生长点和 技术竞争点［1--5］． 采用两步法伴温磁场取向工艺［6］制备柔性各 向异性 NdFeB 黏结磁体，在最佳工艺条件下，制备 出的磁体与压延成型后各向同性黏结磁体相比，取 向度提高 39% ，磁能积提高 60. 5%［7］． 在此基础 上，利用环氧树脂作为润滑剂通过两步法伴温磁场 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.03.020

第3期 翟福强等：HDDR NdFeB磁粉两步法伴温磁场取向制备高性能柔性各向异性NdFeB黏结磁体 ·317· 取向工艺制备柔性各向异性NdFeB黏结磁体，在最 磁能积也都非常高，这为大幅度提高制备出磁体的 佳工艺条件下，制备出的磁体与压延成型后各向同 磁性能提供了保证 性黏结磁体相比，取向度提高75%，磁能积提高 126.7%仞.虽然上述两种方法均取得了良好的制 1实验方法 备效果，但制备过程中所用到的磁粉矫顽力较小，磁 1.1样品制备及磁性能测试 能积很低，限制了制备出的柔性各向异性NdFeB黏 在同种压延工艺条件下制备出的不同成分配比 结磁体磁性能的进一步提高 的柔性各向异性NdFeB黏结磁体如表1所示.试样 基于此问题，本文利用高性能吸氢一歧化一脱 1~4重点考察偶联剂、抗氧化剂的作用及添加方式 氢一再复合(HDDR)NdFeB各向异性磁粉s,通过 对制备出磁体性能的影响：试样5~7重点考察环氧 两步法伴温磁场取向工艺制备柔性各向异性NdFeB 树脂润滑剂添加量对制备出磁体性能的影响；试样 黏结磁体.此方法的优点在于HDDR NdFeB各向异 8重点考察加大磁粉含量对制备出磁体性能的 性磁粉不仅有非常高的各向异性度，而且矫顽力和 影响 表1同种压延工艺下制备出的不同成分配比的柔性各向异性NdFB黏结磁体（质量分数） Table 1 Anisotropic NdFeB flexible bonded magnets with different components prepared under the same condition 样品 样品成分配比 1 95%磁粉+1%偶联剂+4%黏结体系 2 95%磁粉+1%抗氧化剂+4%黏结体系 3 95%磁粉+1%偶联剂+1%抗氧化剂+3%黏结体系（先加偶联剂+后加抗氧化剂） 4 95%磁粉+1%抗氧化剂+1%偶联剂+3%黏结体系（先加抗氧化剂+后加偶联剂） 5 95%磁粉+1%偶联剂+0.5%环氧树脂+3.5%黏结体系 6 95%磁粉+1%偶联剂+1%环氧树脂+3%黏结体系 95%磁粉+1%偶联剂+1.5%环氧树脂+2.5%黏结体系 8 96.5%磁粉+1%偶联剂+2.5%黏结体系 上述八种柔性NdFeB黏结磁体的制备采用两 结磁体的抗拉强度，并且含有环氧树脂润滑剂的柔 步法伴温磁场取向工艺.具体工艺过程如下)：第 性磁体在环氧树脂固化后，磁体的强度有所增 一步压延成型过程中，将100目经过湿混处理的 加☒.因此，只针对试样1和5~8在WDW-200D HDDR NdFeB各向异性磁粉（剩磁B=1.22T,矫 微机控制电子式万能材料试验机上进行了拉伸测 顽力H。=930kA·m1,磁能积(BH)s=248kJ· 试，分别得到样品的抗拉强度和延伸率. m3)、含有增塑剂的氯化聚乙烯(CPE)黏结剂以及 1.2.2柔性测试 其他助剂按照一定的成分配比混炼处理，然后将混 目前对于磁性橡胶的柔性测试还没有国家 料在N,保护下，放入70℃的压延机辊筒内，压延成 标准，一般可利用如下方法对磁性橡胶的柔性进 厚度约为2mm的片状柔性黏结磁体；第二步伴温磁 行测试).图1分别为进行柔性测试所用到不 场取向过程中，将制备出的片状柔性黏结磁体分别 同直径阶梯轴的设计图和实体图.将裁好的柔性 在80、100、120、140℃加热保温30min,随后立即放 黏结磁体试样条紧密贴附在阶梯轴表面，随后主 入4.5T的脉冲磁场中取向一次，最后冷至室温.利 要观察试样条在何直径台阶处出现裂缝或断裂. 用NTM一2000磁性能测试仪测量样品的磁性能，可 当在直径越大的台阶处出现裂缝或断裂时，说明 得出样品的取向度变化率△DOA@ 柔性黏结磁体的柔性较差：当在直径较小的台阶 1.2样品力学性能测试 处出现裂缝或断裂时，说明柔性黏结磁体的柔性 1.2.1拉伸测试 较好 根据国标GB/T528一1998《硫化橡胶或热塑性 橡胶拉伸应力应变性能的测定》规定，对柔性黏 2实验结果与讨论 结磁体进行拉伸测试.在本研究中，偶联剂、抗氧化 2.1磁性能 剂的加入，及其加入方式从本质上不会影响柔性黏 将不同成分配比试样分别在80、100、120

第 3 期 翟福强等: HDDR NdFeB 磁粉两步法伴温磁场取向制备高性能柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体 取向工艺制备柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体，在最 佳工艺条件下，制备出的磁体与压延成型后各向同 性黏结磁体相比，取向度提高 75% ，磁 能 积 提 高 126. 7%［7］． 虽然上述两种方法均取得了良好的制 备效果，但制备过程中所用到的磁粉矫顽力较小，磁 能积很低，限制了制备出的柔性各向异性 NdFeB 黏 结磁体磁性能的进一步提高． 基于此问题，本文利用高性能吸氢--歧化--脱 氢--再复合( HDDR) NdFeB 各向异性磁粉［8--9］，通过 两步法伴温磁场取向工艺制备柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体． 此方法的优点在于 HDDR NdFeB 各向异 性磁粉不仅有非常高的各向异性度，而且矫顽力和 磁能积也都非常高，这为大幅度提高制备出磁体的 磁性能提供了保证． 1 实验方法 1. 1 样品制备及磁性能测试 在同种压延工艺条件下制备出的不同成分配比 的柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体如表 1 所示． 试样 1 ～ 4 重点考察偶联剂、抗氧化剂的作用及添加方式 对制备出磁体性能的影响; 试样 5 ～ 7 重点考察环氧 树脂润滑剂添加量对制备出磁体性能的影响; 试样 8 重点考察加大磁粉含量对制备出磁体性能的 影响． 表 1 同种压延工艺下制备出的不同成分配比的柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体( 质量分数) Table 1 Anisotropic NdFeB flexible bonded magnets with different components prepared under the same condition 样品 样品成分配比 1 95% 磁粉 + 1% 偶联剂 + 4% 黏结体系 2 95% 磁粉 + 1% 抗氧化剂 + 4% 黏结体系 3 95% 磁粉 + 1% 偶联剂 + 1% 抗氧化剂 + 3% 黏结体系( 先加偶联剂 + 后加抗氧化剂) 4 95% 磁粉 + 1% 抗氧化剂 + 1% 偶联剂 + 3% 黏结体系( 先加抗氧化剂 + 后加偶联剂) 5 95% 磁粉 + 1% 偶联剂 + 0. 5% 环氧树脂 + 3. 5% 黏结体系 6 95% 磁粉 + 1% 偶联剂 + 1% 环氧树脂 + 3% 黏结体系 7 95% 磁粉 + 1% 偶联剂 + 1. 5% 环氧树脂 + 2. 5% 黏结体系 8 96. 5% 磁粉 + 1% 偶联剂 + 2. 5% 黏结体系 上述八种柔性 NdFeB 黏结磁体的制备采用两 步法伴温磁场取向工艺． 具体工艺过程如下［7］: 第 一步压延成型过程中，将 100 目经过湿混处理的 HDDR NdFeB 各向异性磁粉 ( 剩磁 Br = 1. 22 T，矫 顽力 Hcj = 930 kA·m － 1 ，磁能积( BH) max = 248 kJ· m － 3 ) 、含有增塑剂的氯化聚乙烯( CPE) 黏结剂以及 其他助剂按照一定的成分配比混炼处理，然后将混 料在 N2保护下，放入 70 ℃ 的压延机辊筒内，压延成 厚度约为 2 mm 的片状柔性黏结磁体; 第二步伴温磁 场取向过程中，将制备出的片状柔性黏结磁体分别 在 80、100、120、140 ℃ 加热保温 30 min，随后立即放 入 4. 5 T 的脉冲磁场中取向一次，最后冷至室温． 利 用 NIM--2000 磁性能测试仪测量样品的磁性能，可 得出样品的取向度变化率"DOA［10］． 1. 2 样品力学性能测试 1. 2. 1 拉伸测试 根据国标 GB /T 528—1998《硫化橡胶或热塑性 橡胶拉伸应力应变性能的测定》［11］规定，对柔性黏 结磁体进行拉伸测试． 在本研究中，偶联剂、抗氧化 剂的加入，及其加入方式从本质上不会影响柔性黏 结磁体的抗拉强度，并且含有环氧树脂润滑剂的柔 性磁体在环氧树脂固化后，磁体的强度有所增 加［12］． 因此，只针对试样 1 和 5 ～ 8 在 WDW--200D 微机控制电子式万能材料试验机上进行了拉伸测 试，分别得到样品的抗拉强度和延伸率． 1. 2. 2 柔性测试 目前对于磁性橡胶的柔性测试还没有国家 标准，一般可利用如下方法对磁性橡胶的柔性进 行测试［13］． 图 1 分别为进行柔性测试所用到不 同直径阶梯轴的设计图和实体图． 将裁好的柔性 黏结磁体试样条紧密贴附在阶梯轴表面，随后主 要观察试样条在何直径台阶处出现裂缝或断裂． 当在直径越大的台阶处出现裂缝或断裂时，说明 柔性黏结磁体的柔性较差; 当在直径较小的台阶 处出现裂缝或断裂时，说明柔性黏结磁体的柔性 较好． 2 实验结果与讨论 2. 1 磁性能 将不 同 成 分 配 比 试 样 分 别 在 80、100、120、 ·317·

·318· 北京科技大学学报 第34卷 (a) 单位：mm 1010.101010101010 10 mm 90 图1磁性橡胶进行柔性测试所用的不同直径阶梯轴.(a)设计图（单位：mm):(b)实体图 Fig.1 Multidiameter shaft for flexibility testing of the flexible bonded magnets:(a)plan (unit:mm):(b)stereogram 140℃加热保温30min进行磁场取向后，磁体的磁 在整个制备工艺条件下，制备出磁体的矫顽力最小 性能如表2所示.在相同条件下进行伴温磁场取向 值为9I7.5kAm,则相对于HDDR NdFeB各向异 后，试样8的剩磁B,和磁能积(BH)均要大于其 性磁粉矫顽力H=930kA·m,最大降幅度仅为 他成分配比试样，并且在120℃加热保温30min进 1.3%,说明磁粉在伴温磁场取向过程中加热时的氧 行磁场取向后，磁能积取得最大值为97kJ·m3;而 化不严重 表2试样在不同取向加热温度保温30mi磁场取向后的磁性能 Table 2 Magnetic properties of the samples after heated at different temperatures for 30 min during magnetie alignment 磁性能 80℃ 100℃ 120℃ 140℃ 试样 B./ He!(BH)B.!Hel (BH)B.1 He!(BH)B.1 He!(BH)/ (kA.m-1)(kJ.m-3) T (kA.m-1)(kJ.m-3) T (kA-m-1)(kJ-m-3) (kA.m-1)(kJ.m-3) 1 0.711 923 82 0.700 921.0 0.721 920.0 0.726 918.0 边 20.735 927 83 0.725 926.0 安 0.739 924.0 少 0.741 922.0 3 0.736 928 83 0.725 927.0 86 0.741 925.0 87 0.745 923.0 85 4 0.736 928 3 0.724 927.0 枣 0.740 925.0 81 0.742 923.0 0.752 926 86 0.780 924.0 88 0.752 923.0 0.757 920.0 6 0.762 927 0.810 926.0 90 0.790 924.0 93 0.774 921.5 > 0.745 928 香 0.765 927.5 86 0.750 925.0 专 0.747 922.0 80.772 922 90 0.820 921.5 92 0.799 919.5 97 0.777 917.5 94 在本研究中，试样8相对于其他七种试样，其磁 相同工艺制备出的柔性各向异性NdFeB黏结磁体 体中所含的磁粉量最大，则磁体中所包含的磁性相 的磁能积 要多于其他试样，非磁性相所含相对较少.因此，在 试样1~4重点考察偶联剂、抗氧化剂的作用及 相同取向温度加热保温30min进行磁场取向后，试 添加方式对制备出磁体性能的影响.结合表2可 样8的剩磁B,和磁能积(BH)均要大于其他成分 知，试样2~4的磁性能均比试样1的好.由于在两 配比试样；HDDR NdFeB各向异性磁粉不仅有非常 步法伴温磁场取向工艺制备磁体的过程中，需要对 高的各向异性度，而且其矫顽力和磁能积相比于烧 磁体进行加热取向，而NdFeB材料又易氧化.因此， 结NdFeB破碎粉要高出很多，因此利用HDDR 在试样2~4的成分配比中均加入了抗氧化剂聚环 NdFeB各向异性磁粉代替烧结NdFeB破碎粉来制备 氧乙烷烷基醚(NPEO),在制备过程中对磁体中的 柔性各向异性NdFeB黏结磁体，在120℃加热保温 NdFB磁粉起到了防止氧化的保护作用.对于试样 30min磁场取向后，试样8的磁能积取得最大值 2~4之间的磁性能进行对比发现三者的磁性能基 (97kJm3),远高于利用烧结NdFeB破碎粉通过 本相同，由于磁粉以及抗氧化剂的添加量相同，说明

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 1 磁性橡胶进行柔性测试所用的不同直径阶梯轴 . ( a) 设计图( 单位: mm) ; ( b) 实体图 Fig． 1 Multidiameter shaft for flexibility testing of the flexible bonded magnets: ( a) plan ( unit: mm) ; ( b) stereogram 140 ℃加热保温 30 min 进行磁场取向后，磁体的磁 性能如表 2 所示． 在相同条件下进行伴温磁场取向 后，试样 8 的剩磁 Br和磁能积( BH) max均要大于其 他成分配比试样，并且在 120 ℃ 加热保温 30 min 进 行磁场取向后，磁能积取得最大值为 97 kJ·m － 3 ; 而 在整个制备工艺条件下，制备出磁体的矫顽力最小 值为 917. 5 kA·m － 1 ，则相对于 HDDR NdFeB 各向异 性磁粉矫顽力 Hcj = 930 kA·m － 1 ，最大降幅度仅为 1. 3% ，说明磁粉在伴温磁场取向过程中加热时的氧 化不严重． 表 2 试样在不同取向加热温度保温 30 min 磁场取向后的磁性能 Table 2 Magnetic properties of the samples after heated at different temperatures for 30 min during magnetic alignment 试样 磁性能 80 ℃ 100 ℃ 120 ℃ 140 ℃ Br / T Hcj / ( kA·m － 1 ) ( BH) max / ( kJ·m － 3 ) Br / T Hcj / ( kA·m － 1 ) ( BH) max / ( kJ·m － 3 ) Br / T Hcj / ( kA·m － 1 ) ( BH) max / ( kJ·m － 3 ) Br / T Hcj / ( kA·m － 1 ) ( BH) max / ( kJ·m － 3 ) 1 0. 711 923 82 0. 700 921. 0 83 0. 721 920. 0 85 0. 726 918. 0 82 2 0. 735 927 83 0. 725 926. 0 85 0. 739 924. 0 87 0. 741 922. 0 85 3 0. 736 928 83 0. 725 927. 0 86 0. 741 925. 0 87 0. 745 923. 0 85 4 0. 736 928 83 0. 724 927. 0 85 0. 740 925. 0 87 0. 742 923. 0 85 5 0. 752 926 86 0. 780 924. 0 88 0. 752 923. 0 90 0. 757 920. 0 89 6 0. 762 927 88 0. 810 926. 0 90 0. 790 924. 0 93 0. 774 921. 5 91 7 0. 745 928 85 0. 765 927. 5 86 0. 750 925. 0 88 0. 747 922. 0 87 8 0. 772 922 90 0. 820 921. 5 92 0. 799 919. 5 97 0. 777 917. 5 94 在本研究中，试样 8 相对于其他七种试样，其磁 体中所含的磁粉量最大，则磁体中所包含的磁性相 要多于其他试样，非磁性相所含相对较少． 因此，在 相同取向温度加热保温 30 min 进行磁场取向后，试 样 8 的剩磁 Br和磁能积( BH) max均要大于其他成分 配比试样; HDDR NdFeB 各向异性磁粉不仅有非常 高的各向异性度，而且其矫顽力和磁能积相比于烧 结 NdFeB 破碎粉要高出很多，因 此 利 用 HDDR NdFeB各向异性磁粉代替烧结 NdFeB 破碎粉来制备 柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体，在 120 ℃ 加热保温 30 min 磁场取向后，试样 8 的磁能积取得最大值 ( 97 kJ·m － 3 ) ，远高于利用烧结 NdFeB 破碎粉通过 相同工艺制备出的柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体 的磁能积． 试样 1 ～ 4 重点考察偶联剂、抗氧化剂的作用及 添加方式对制备出磁体性能的影响． 结合表 2 可 知，试样 2 ～ 4 的磁性能均比试样 1 的好． 由于在两 步法伴温磁场取向工艺制备磁体的过程中，需要对 磁体进行加热取向，而 NdFeB 材料又易氧化． 因此， 在试样 2 ～ 4 的成分配比中均加入了抗氧化剂聚环 氧乙烷烷基醚( N PEO) ，在制备过程中对磁体中的 NdFeB 磁粉起到了防止氧化的保护作用． 对于试样 2 ～ 4 之间的磁性能进行对比发现三者的磁性能基 本相同，由于磁粉以及抗氧化剂的添加量相同，说明 ·318·

第3期 翟福强等：HDDR NdFeB磁粉两步法伴温磁场取向制备高性能柔性各向异性NdFeB黏结磁体 ·319· 偶联剂和抗氧化剂的添加方式对于制备出磁体的磁 △DOA随温度的变化.图2(a)重点体现了抗氧化 性能基本没有影响 剂的加入对于磁体取向度的影响，试样2的取向 由表2可知：相对于其他取向加热温度，在 度变化率△D0A相对于试样1基本没有变化，说 120℃加热保温30min磁场取向后，不同成分配比 明抗氧化剂主要的作用是来提升磁体的磁能积， 试样的磁能积均达到最大：试样8（加大磁粉含量） 而不影响其取向度的变化.图2(b)重点体现了 的磁能积要明显高于试样1~4，说明磁体中的磁粉 环氧树脂润滑剂的加入对于磁体取向度的影响， 含量越大，制备出磁体的磁能积也就越大；试样5~ 试样6的取向度变化率△D0A相对于试样1有大 7(磁粉经过环氧树脂润滑剂的包覆处理)的磁能积 幅度提高，说明环氧树脂在制备过程中起到了良 也要比试样1~4的高，说明加入适量的环氧树脂润 好的润滑作用，使得在制备过程中磁粉更加顺畅 滑剂，可以有效地增加磁体的磁能积 地转动到平行于取向方向，进而提高了磁体的取 图2为不同成分配比试样的取向度变化率 向度. 34 a 42 (b) 30 36 28 33 26 24 ·一试样1 27 ·试样2 24 试样1 22 一试样6 100 21 120 140 80 100 120 140 温度℃ 温度℃ 图2△DOA随温度的变化：(a)试样1与2对比：(b)试样1与6对比 Fig.2 Effect of temperature on the ADOA of the samples:(a)comparison between samples I and 2:(b)comparison between samples I and 6 综上所述，采用高性能HDDR NdFeB各向异性 的5~7号试样，随着环氧树脂含量增加，由于热固 磁粉，利用适量环氧树脂润滑剂包覆磁粉或加大磁 性环氧树脂的固化作用，造成延伸率逐渐降低；当环 粉含量的手段，通过两步法伴温磁场取向工艺制备 氧树脂加入量小于1%（质量分数）时，磁体的抗拉 出的磁体不仅磁能积大幅度提升，而且取向度也得 强度会有所提升，且延伸率相对下降较少 到了大幅度的增加：成分配比为96.5%磁粉+1% 表3。试样的抗拉强度及延伸率 偶联剂+2.5%黏结体系的磁体在120℃加热保温 Table 3 Tensile strength and elongation ratio of the samples 30min磁场取向后，磁能积取得最大值为97kJ· 试样 抗拉强度/MPa 延伸率/% m-3,远高于用烧结NdFeB破碎粉制备出磁体的磁 1 0.92 525 能积；制备出磁体的矫顽力最大降低幅度为1.3%， 1.26 288 说明磁粉在制备过程中没有发生严重的氧化，进一 6 0.91 152 步论证了两步法伴温磁场取向工艺制备高性能柔性 > 0.64 141 各向异性NdFeB黏结磁体在实际生产应用中的可 0.76 263 行性. 2.2力学性能 2.2.2试样的柔性测试 2.2.1试样的拉伸测试 图3为柔性黏结磁体进行柔性测试过程中，出 试样1和5~8的拉伸测试结果如表3所示. 现的不同测试状态. 由表3可知，相对于其他试样，试样1的延伸率最 将柔性黏结磁体贴附在不同直径的阶梯轴上， 高，达到了525%，主要是由于试样1中所含黏结体 通过观察柔性黏结磁体的表面质量情况的方法来测 系最多，使得延伸率较高：试样8的抗拉强度和延伸 试其柔性好坏.评判标准：“非常好”指将柔性黏结 率均小于试样1，由于试样8中所含的磁粉量最多， 磁体贴附在任意直径台阶处都不产生裂纹或开裂： 磁粉与磁粉的结合概率大于其他试样，而磁粉间的 “好”指将柔性黏结磁体贴附在中l0mm的台阶时， 结合力要小于磁粉与橡胶间的结合力，造成了试样 没有裂纹产生：“较好”指将柔性黏结磁体贴附在 8的延伸率大幅度下降：对于加入环氧树脂润滑剂 10mm的台阶时，会产生少量裂纹，但不会断裂：

第 3 期 翟福强等: HDDR NdFeB 磁粉两步法伴温磁场取向制备高性能柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体 偶联剂和抗氧化剂的添加方式对于制备出磁体的磁 性能基本没有影响． 由表 2 可 知: 相对于其他取向加热温度，在 120 ℃加热保温 30 min 磁场取向后，不同成分配比 试样的磁能积均达到最大; 试样 8( 加大磁粉含量) 的磁能积要明显高于试样 1 ～ 4，说明磁体中的磁粉 含量越大，制备出磁体的磁能积也就越大; 试样 5 ～ 7( 磁粉经过环氧树脂润滑剂的包覆处理) 的磁能积 也要比试样 1 ～ 4 的高，说明加入适量的环氧树脂润 滑剂，可以有效地增加磁体的磁能积． 图 2 为不同成分配比试样的取向度变化率 "DOA随温度的变化． 图 2( a) 重点体现了抗氧化 剂的加入对于磁体取向度的影响，试样 2 的取向 度变化率"DOA 相对于试样 1 基本没有变化，说 明抗氧化剂主要的作用是来提升磁体的磁能积， 而不影响其取向度的变化． 图 2 ( b) 重点体现了 环氧树脂润滑剂的加入对于磁体取向度的影响， 试样 6 的取向度变化率"DOA 相对于试样 1 有大 幅度提高，说明环氧树脂在制备过程中起到了良 好的润滑作用，使得在制备过程中磁粉更加顺畅 地转动到平行于取向方向，进而提高了磁体的取 向度． 图 2 "DOA 随温度的变化: ( a) 试样 1 与 2 对比; ( b) 试样 1 与 6 对比 Fig． 2 Effect of temperature on the "DOA of the samples: ( a) comparison between samples 1 and 2; ( b) comparison between samples 1 and 6 综上所述，采用高性能 HDDR NdFeB 各向异性 磁粉，利用适量环氧树脂润滑剂包覆磁粉或加大磁 粉含量的手段，通过两步法伴温磁场取向工艺制备 出的磁体不仅磁能积大幅度提升，而且取向度也得 到了大幅度的增加; 成分配比为 96. 5% 磁粉 + 1% 偶联剂 + 2. 5% 黏结体系的磁体在 120 ℃ 加热保温 30 min 磁场取向后，磁能积取得最大值为 97 kJ· m － 3 ，远高于用烧结 NdFeB 破碎粉制备出磁体的磁 能积; 制备出磁体的矫顽力最大降低幅度为 1. 3% ， 说明磁粉在制备过程中没有发生严重的氧化，进一 步论证了两步法伴温磁场取向工艺制备高性能柔性 各向异性 NdFeB 黏结磁体在实际生产应用中的可 行性． 2. 2 力学性能 2. 2. 1 试样的拉伸测试 试样 1 和 5 ～ 8 的拉伸测试结果如表 3 所示． 由表 3 可知，相对于其他试样，试样 1 的延伸率最 高，达到了 525% ，主要是由于试样 1 中所含黏结体 系最多，使得延伸率较高; 试样 8 的抗拉强度和延伸 率均小于试样 1，由于试样 8 中所含的磁粉量最多， 磁粉与磁粉的结合概率大于其他试样，而磁粉间的 结合力要小于磁粉与橡胶间的结合力，造成了试样 8 的延伸率大幅度下降; 对于加入环氧树脂润滑剂 的 5 ～ 7 号试样，随着环氧树脂含量增加，由于热固 性环氧树脂的固化作用，造成延伸率逐渐降低; 当环 氧树脂加入量小于 1% ( 质量分数) 时，磁体的抗拉 强度会有所提升，且延伸率相对下降较少． 表 3 试样的抗拉强度及延伸率 Table 3 Tensile strength and elongation ratio of the samples 试样 抗拉强度/MPa 延伸率/% 1 0. 92 525 5 1. 26 288 6 0. 91 152 7 0. 64 141 8 0. 76 263 2. 2. 2 试样的柔性测试 图 3 为柔性黏结磁体进行柔性测试过程中，出 现的不同测试状态． 将柔性黏结磁体贴附在不同直径的阶梯轴上， 通过观察柔性黏结磁体的表面质量情况的方法来测 试其柔性好坏． 评判标准: “非常好”指将柔性黏结 磁体贴附在任意直径台阶处都不产生裂纹或开裂; “好”指将柔性黏结磁体贴附在 10 mm 的台阶时， 没有裂纹产生; “较好”指将柔性黏结磁体贴附在 10 mm 的台阶时，会产生少量裂纹，但不会断裂; ·319·

·320· 北京科技大学学报 第34卷 b 10 mm 10n 10 mm 图3试样的不同柔性测试状态.(a)无裂纹：(b)出现裂纹：(c)断裂 Fig.3 Different flexibility testing states of the samples:(a)intact:(b)crack:(c)fracture “微脆”指将柔性黏结磁体贴附在Φl0mm的台阶 降得越多；试样8的柔性相对于试样1同样也有所 时，会发生断裂：“脆”指对柔性黏结磁体稍施加力 下降，主要由于试样8中的磁粉含量较多，造成了柔 使之弯曲时，便会发生断裂.通过此柔性测试的评 性的下降 判标准，则不同成分配比试样的柔性测试结果如 综上所述，从柔性黏结磁体的力学性能考虑，加 表4所示. 大磁粉含量使得制备出磁体的抗拉强度、延伸率和 表4不同试样的柔性测试结果及评价 柔性均有不同程度的下降，其中延伸率下降幅度最 Table 4 Results and evaluation of flexibility testing for different samples 大；加入环氧树脂润滑剂使得制备出磁体的延伸率 柔性测试结果 柔性 和柔性均下降，并且随着加入量的增多，下降幅度逐 试样 小20mmd15mmb10mm o5 mm 评价 渐增大.综合考虑柔性黏结磁体的抗拉强度和柔性 1 一 一 一 好 配合，则环氧树脂润滑剂最大加入量不应超过1%； 一 裂纹 断裂 较好 抗氧化剂的加入只起到了提升磁体磁性能的作用， 3 一 裂纹 断裂 较好 减弱了柔性黏结磁体的柔性. 4 裂纹 断裂 较好 裂纹 断裂 较好 3结论 6 裂纹 断裂 微胞 (I)采用高性能HDDR NdFeB各向异性磁粉， > 裂纹 断裂 微脆 利用环氧树脂润滑剂包覆磁粉或加大磁粉含量的手 8 裂纹 断裂 较好 段，通过两步法伴温磁场取向工艺制备出的磁体不 注：一表示没有出现裂纹或断裂：×表示已断裂 仅磁能积大幅度提升，而且其取向度也得到了大幅 由表4可知：试样1的柔性最好，主要由于其黏 度的增加，成分配比为96.5%磁粉+1%偶联剂+ 接体系含量最多：试样2~5的柔性相对于试样1变 2.5%黏结体系的磁体在120℃加热保温30min磁 差，说明抗氧化剂的加入会使得柔性黏结磁体的柔 场取向后，磁能积取得最大值为97kJ小m3 性变差；试样6和7的柔性相对于试样1下降得比 (2)通过两步法伴温磁场取向工艺制备出磁体 较多，说明环氧树脂润滑剂的固化作用，使得柔性黏 的矫顽力最大降低幅度为1.3%，说明磁粉在制备 结磁体的柔性变差，并且环氧树脂含量越大，柔性下 过程中没有发生严重的氧化，进一步论证了两步法

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 3 试样的不同柔性测试状态 . ( a) 无裂纹; ( b) 出现裂纹; ( c) 断裂 Fig． 3 Different flexibility testing states of the samples: ( a) intact; ( b) crack; ( c) fracture “微脆”指将柔性黏结磁体贴附在 10 mm 的台阶 时，会发生断裂; “脆”指对柔性黏结磁体稍施加力 使之弯曲时，便会发生断裂． 通过此柔性测试的评 判标准，则不同成分配比试样的柔性测试结果如 表 4所示． 表 4 不同试样的柔性测试结果及评价 Table 4 Results and evaluation of flexibility testing for different samples 试样 柔性测试结果 20 mm 15 mm 10 mm 5 mm 柔性 评价 1 — — — — 好 2 — — 裂纹 断裂 较好 3 — — 裂纹 断裂 较好 4 — — 裂纹 断裂 较好 5 — — 裂纹 断裂 较好 6 — 裂纹 断裂 × 微脆 7 裂纹 断裂 × × 微脆 8 — — 裂纹 断裂 较好 注: —表示没有出现裂纹或断裂; × 表示已断裂． 由表 4 可知: 试样 1 的柔性最好，主要由于其黏 接体系含量最多; 试样 2 ～ 5 的柔性相对于试样 1 变 差，说明抗氧化剂的加入会使得柔性黏结磁体的柔 性变差; 试样 6 和 7 的柔性相对于试样 1 下降得比 较多，说明环氧树脂润滑剂的固化作用，使得柔性黏 结磁体的柔性变差，并且环氧树脂含量越大，柔性下 降得越多; 试样 8 的柔性相对于试样 1 同样也有所 下降，主要由于试样 8 中的磁粉含量较多，造成了柔 性的下降． 综上所述，从柔性黏结磁体的力学性能考虑，加 大磁粉含量使得制备出磁体的抗拉强度、延伸率和 柔性均有不同程度的下降，其中延伸率下降幅度最 大; 加入环氧树脂润滑剂使得制备出磁体的延伸率 和柔性均下降，并且随着加入量的增多，下降幅度逐 渐增大． 综合考虑柔性黏结磁体的抗拉强度和柔性 配合，则环氧树脂润滑剂最大加入量不应超过 1% ; 抗氧化剂的加入只起到了提升磁体磁性能的作用， 减弱了柔性黏结磁体的柔性． 3 结论 ( 1) 采用高性能 HDDR NdFeB 各向异性磁粉， 利用环氧树脂润滑剂包覆磁粉或加大磁粉含量的手 段，通过两步法伴温磁场取向工艺制备出的磁体不 仅磁能积大幅度提升，而且其取向度也得到了大幅 度的增加，成分配比为 96. 5% 磁粉 + 1% 偶联剂 + 2. 5% 黏结体系的磁体在 120 ℃ 加热保温 30 min 磁 场取向后，磁能积取得最大值为 97 kJ·m － 3 ． ( 2) 通过两步法伴温磁场取向工艺制备出磁体 的矫顽力最大降低幅度为 1. 3% ，说明磁粉在制备 过程中没有发生严重的氧化，进一步论证了两步法 ·320·

第3期 翟福强等：HDDR NdFeB磁粉两步法伴温磁场取向制备高性能柔性各向异性NdFeB黏结磁体 ·321· 伴温磁场取向工艺制备高性能柔性各向异性NdFeB Anisotropic Nd-Fe-B Flexible Bonded Permanent Magnets:China 黏结磁体在实际生产应用中的可行性 Patent,CN101800106A.2010-08-11 (3)加大磁粉含量使得通过两步法伴温磁场取 (孙爱芝，翟福强，王琎，等.一种柔性各向异性粘结稀土永磁 材料的制备方法：中国专利，CN101800106A.2010-08-11) 向工艺制备出磁体的力学性能有所下降，其中延伸 [7]Zhai F Q,Sun A Z,Yuan D,et al.Epoxy resin effect on aniso- 率的下降幅度最大：环氧树脂润滑剂的加入使得制 tropic Nd-fe-B rubber-bonded magnets performance.J Alloys 备出磁体的延伸率和柔性均大幅度下降，并且加入 Compd,2011,509(3):687 量越多，下降幅度越大，因此环氧树脂润滑剂最大加 8] Sepehri-Amin H,Li W F,Ohkubo T,et al.Effect of Ga addition 入量不应超过1%；抗氧化剂的加入只起到了提升 on the microstructure and magnetic properties of hydrogenation-dis- 磁体磁性能的作用，减弱了柔性黏结磁体的柔性. proportionation-desorption-ecombination processed Nd-Fe-B pow- der.Acta Mater,2010,58(4)1309 9]Kim H J,Koh C S,Shin P S.A new anisotropic bonded NdFeB 参考文献 permanent magnet and its application to a small DC motor./EEE [1]Zhang R,Liu Y,Li J,et al.Effect of Ti&C substitution on the Trans Magn,2010,46(6):2314 magnetic properties and microstructures of rapidly-quenched Nd- [10]Zhou S Z.Rare-Earth Permanent Magnet Materials and Their Ap- FeB alloy.Mater Charact,2008,59(5):642 plications.Beijing:Metallurgy Industry Publishing,1995 Maki T.Hirosawa S.Analysis of squareness in demagnetization (周寿增.稀土永磁材料及其应用.北京：治金工业出版社， curve of Nd-Fe-B magnet produced by the hydrogenationdispropor- 1995) tionation-esorption-recombination process.J Appl Phys,2008, 1] GB/T 528-1998.Rubber,Vulcanized or Thermoplastic:Deter- 103(4):article No.043904 mination of Tensile Stress-Strain Properties.Beijing:China Stand- B3]Hu LX,Williams A J,Harris I R.Effect of microstructural orien- ard Press,1999 tation on in situ electrical resistance monitoring during S-HDDR (GB/T528一1998：硫化橡胶或热塑性橡胶：拉伸应力应变 processing of a Nd16Fe76 Bs alloy.J Alloys Compd,2008,460(1/ 性能的测定.北京：中国标准出版社，1999) 2):232 [12]Liu G M,Cha W S,Liu J Y,et al.The effects of different bind- 4]Tao S W,Tian JJ,Lu X,et al.Anisotropic bonded NdFeB mag- er on magnetic properties and compressive strength of bonded Nd- nets with radial oriented magnetization by 2-step warm compaction FeB magnets.Sichuan Nonferrous Met,2008,(3):17 process.J Alloys Compd,2009,477(1/2)510 (刘桂明，查五生，刘锦云，等.不同粘结剂对粘结NdFB磁体 5]Gopalan R,Sepehri-Amin H,Suresh K,et al.Anisotropic Nd- 磁性能和抗压强度的影响.四川有色金属，2008,3(3)：17) Fe-B nanocrystalline magnets processed by spark plasma sintering [13]Jiang W,Chai L M,Huang K M,et al.Study on bonded magnet and in situ hot pressing of hydrogenation-decomposition-desorption- of SR/NBR rubber.Min Metall,2006,15 (4):48 recombination powder.Scripta Mater,2009,61 (10):978 (蒋伟，柴立民，黄可淼，等.SR/NBR并用橡胶磁体的研究 [6]Sun A Z.Zhai FQ,Wang J,et al.A Norel Method of Preparing 矿治，2006,15(4)：48)

第 3 期 翟福强等: HDDR NdFeB 磁粉两步法伴温磁场取向制备高性能柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体 伴温磁场取向工艺制备高性能柔性各向异性 NdFeB 黏结磁体在实际生产应用中的可行性． ( 3) 加大磁粉含量使得通过两步法伴温磁场取 向工艺制备出磁体的力学性能有所下降，其中延伸 率的下降幅度最大; 环氧树脂润滑剂的加入使得制 备出磁体的延伸率和柔性均大幅度下降，并且加入 量越多，下降幅度越大，因此环氧树脂润滑剂最大加 入量不应超过 1% ; 抗氧化剂的加入只起到了提升 磁体磁性能的作用，减弱了柔性黏结磁体的柔性． 参 考 文 献 ［1］ Zhang R，Liu Y，Li J，et al． Effect of Ti＆C substitution on the magnetic properties and microstructures of rapidly-quenched Nd￾FeB alloy． Mater Charact，2008，59( 5) : 642 ［2］ Maki T，Hirosawa S． Analysis of squareness in demagnetization curve of Nd-Fe-B magnet produced by the hydrogenation-dispropor￾tionation-desorption-recombination process． J Appl Phys，2008， 103( 4) : article No． 043904 ［3］ Hu L X，Williams A J，Harris I R． Effect of microstructural orien￾tation on in situ electrical resistance monitoring during S-HDDR processing of a Nd16 Fe76B8 alloy． J Alloys Compd，2008，460( 1 / 2) : 232 ［4］ Tao S W，Tian J J，Lu X，et al． Anisotropic bonded NdFeB mag￾nets with radial oriented magnetization by 2-step warm compaction process． J Alloys Compd，2009，477( 1 /2) : 510 ［5］ Gopalan R，Sepehri-Amin H，Suresh K，et al． Anisotropic Nd￾Fe-B nanocrystalline magnets processed by spark plasma sintering and in situ hot pressing of hydrogenation-decomposition-desorption￾recombination powder． Scripta Mater，2009，61( 10) : 978 ［6］ Sun A Z，Zhai F Q，Wang J，et al． A Novel Method of Preparing Anisotropic Nd-Fe-B Flexible Bonded Permanent Magnets: China Patent，CN101800106A． 2010--08--11 ( 孙爱芝，翟福强，王琎，等． 一种柔性各向异性粘结稀土永磁 材料的制备方法: 中国专利，CN101800106A． 2010--08--11) ［7］ Zhai F Q，Sun A Z，Yuan D，et al． Epoxy resin effect on aniso￾tropic Nd-Fe-B rubber-bonded magnets performance． J Alloys Compd，2011，509( 3) : 687 ［8］ Sepehri-Amin H，Li W F，Ohkubo T，et al． Effect of Ga addition on the microstructure and magnetic properties of hydrogenation-dis￾proportionation-desorption-recombination processed Nd-Fe-B pow￾der． Acta Mater，2010，58( 4) : 1309 ［9］ Kim H J，Koh C S，Shin P S． A new anisotropic bonded NdFeB permanent magnet and its application to a small DC motor． IEEE Trans Magn，2010，46( 6) : 2314 ［10］ Zhou S Z． Rare-Earth Permanent Magnet Materials and Their Ap￾plications． Beijing: Metallurgy Industry Publishing，1995 ( 周寿增． 稀土永磁材料及其应用． 北京: 冶金工业出版社， 1995) ［11］ GB /T 528—1998． Rubber，Vulcanized or Thermoplastic: Deter￾mination of Tensile Stress-Strain Properties． Beijing: China Stand￾ard Press，1999 ( GB /T 528—1998: 硫化橡胶或热塑性橡胶: 拉伸应力应变 性能的测定． 北京: 中国标准出版社，1999) ［12］ Liu G M，Cha W S，Liu J Y，et al． The effects of different bind￾er on magnetic properties and compressive strength of bonded Nd￾FeB magnets． Sichuan Nonferrous Met，2008，( 3) : 17 ( 刘桂明，查五生，刘锦云，等． 不同粘结剂对粘结 NdFeB 磁体 磁性能和抗压强度的影响． 四川有色金属，2008，3( 3) : 17) ［13］ Jiang W，Chai L M，Huang K M，et al． Study on bonded magnet of SR/NBR rubber． Min Metall，2006，15( 4) : 48 ( 蒋伟，柴立民，黄可淼，等． SR/NBR 并用橡胶磁体的研究． 矿冶，2006，15( 4) : 48) ·321·