Vol.21 No.5 刘旭波等：HDDR各向异性NdFeB磁粉的粒度效应和表面缺陷层模型 ·463* 表1不同粒度NdFeB磁粉的矫顽力 kA/m 不失一般性，按照磁粉颗粒从外表面到内 磁粉平均 烧结 HDDR各向 部缺陷的多少分成3层：表面缺陷层、过渡层和 快淬NdFeB 直径/mm NdFeCoBAl异性NdFeB 本体部分.其结构示意图如图1所示.磁粉颗粒 块体(10) 800 表面存在一层不完整的晶粒，设这层非完整晶 0.35-0.2 400 1120 800 粒为表面缺陷层，该表面缺陷层由于边界相破 0.2-0.154 160 1100 800 坏等缺陷的存在导致局部退磁场，是反磁化最 0.1540.105 168 1070 800 容易发生的地方，同表面缺陷层相邻的过渡层 0.105-0.074 120 1040 770 是最容易受到表面缺陷层影响的区域，也是抵 0.074-0.045 80 1000 750 <0.045 64 880 690 抗反磁化的薄弱环节.因此，颗粒中各部分的永 磁性能（表现为退磁曲线包围的面积）从内到外 粉末粒度低于0.045mm时，矫顽力明显降低， 降低，这里近似认为整个颗粒的磁性能是上述 这主要和粉末变细后的表面氧化有关， 3部分磁性能的线性叠加，则如果本体部分的 2.2磁粉的表面缺陷层模型 体积分数越大，而表面缺陷层和过渡层的体积 首先，分析烧结NdFeB、快淬NdFeB和 分数越少，尤其是表面缺陷层的体积分数越少， HDDR各向异性NdFeB的组织与磁畴结构. 那么粉末的磁性能损失越小. 烧结钕铁硼的晶粒尺寸约5~15μm,并且晶 考虑到烧结钕铁硼和快淬钕铁硼存在边界 粒由分布于晶界的富Nd相所包围，一般认为其 富Nd相，可限制磁畴进一步运动，由此可以假 矫顽力机制为形核型.快淬钕铁硼的晶粒尺寸 定它们的过渡层尺度同其晶粒大小相当；而对 约0.1m,并在晶界存在富Nd边界相，其矫顽 于HDDR各向异性钕铁硼，只是在晶粒团边界 力起源于边界相处的钉扎效应.HDDR钕铁硼 存在明显抑制磁畴运动的边界相，可以假定其 的晶粒尺寸约0.3μm,尽管其晶界一般几乎没 过渡层尺度和晶粒团大小相当. 有晶界相，但存在一些富Nd相包围多个晶粒的 按照上述基本假定，计算了3种钕铁硼粉 晶粒团（尺寸约1m),其矫顽力被认为同大小 末不同颗粒尺寸时，表面缺陷层、过渡层和本体 接近单畴临界尺寸(300nm)的细小晶粒有关叫， 部分3者各自所占磁粉颗粒的体积分数，其结 磁畴观察表明，热退磁状态下，烧结钕铁硼 果表示在表2中，在这里不考虑颗粒和晶粒的 每个晶粒对应多个磁畴，快淬钕铁硼由于边界 形状因子，利用一维尺度的立方表示其体积. 相的存在基本上每个晶粒对应一个磁畴，而在 HDDR钕铁硼中缺少分隔晶粒的边界相，部分 磁畴对应单个晶粒，还有部分磁畴对应多个晶 表面缺陷层 粒，这同晶粒之间的交换耦合作用有关 过渡层 为了从组织和磁硬化方式角度解释HDDR 本体部分 和快淬钕铁硼磁粉粒度效应的差别.提出了下 述表面缺陷层模型， 图1磁粉表面缺陷层模型 表2钕铁硼粉末的表面缺陷层、过渡层和本体部分 制备方式 颗粒大小/ 表面缺陷层 过渡层 本体部分 mm 厚度um % 厚度加m / 厚度μm 印% 0.2 14 13 0.18 73 烧结 0.1 10 27 10 22 0.08 51 0.05 49 27 0.03 22 0.2 0.45 1.55 0.1987 98.0 HDDR 0.1 0.3 0.90 2.90 0.0987 96.2 0.05 1.80 5.80 0.0487 92.4 0.2 0.15 0.15 01998 99.7 快淬 0.1 0.1 0.30 0 0.30 0.0998 99.4 0.05 0.60 0.60 0.0498 98.5V匕1 . 2 1 N o 一 5 刘 旭波 等 : H D D R 各 向异 性 N d Fe B 磁 粉 的粒 度效 应和 表 面缺 陷层模 型 表 1 不 同粒度 N d F e B 磁粉 的矫 顽 力 kAj m H D D R 各 向 异性 N Fd eB o0 n 只QO07八ù公脚哎曰了UO了Qn八曰ùU 尹 , 了 `U 磁粉平均 直 径 /m m 块 体 ( 10 ) 0 . 3 5 门 . 0 . 2 0 . 2 ~ 0 . 15 4 0 . 1 54 ~ 0 . 1 0 5 0 . 10 5 ~ 0 . 074 0 . 0 7 4 ~ 0 . 04 5 < 0 . 04 5 烧 结 N d F e C O B A I 快淬 N d F e B 1 1 2 0 1 10 0 1 07 0 1 04 0 1 0 0 0 880 不 失一 般性 , 按 照 磁粉颗粒 从 外 表面 到 内 部缺 陷的 多少 分成 3 层 : 表面 缺 陷层 、 过渡层 和 本体部分 . 其结构示 意图 如 图 1 所 示 . 磁粉颗 粒 表面存 在 一 层 不 完整 的 晶粒 , 设 这层 非完整 晶 粒 为表 面缺 陷层 . 该表面缺 陷层 由于 边 界 相 破 坏等缺 陷 的存在 导致 局 部退 磁 场 , 是 反磁化 最 容 易发生 的地方 . 同表面缺 陷层 相邻 的过渡 层 是最 容易受到表面缺 陷层影 响的区 域 , 也是抵 抗反磁化 的薄弱环节 . 因 此 , 颗粒 中各部分的永 磁性 能(表现 为退磁 曲线包 围的面积 )从 内到外 降低 . 这里 近似认 为整个颗粒 的 磁性 能是 上 述 3 部 分 磁 性能 的线 性叠 加 , 则 如 果 本体部 分的 体积 分数 越大 , 而 表面缺 陷层和 过渡层 的体积 分数越 少 , 尤其是 表面 缺陷 层 的体积分数越少 , 那 么 粉末 的磁 性 能损失越小 . 考 虑到烧 结钦铁硼 和 快淬钦铁硼 存在边 界 富 N d 相 , 可 限制磁 畴进 一 步运动 . 由此可 以假 定 它们 的过渡 层尺 度 同其 晶粒 大小相 当 ; 而 对 于 H D D R 各 向异 性钱铁硼 , 只 是 在 晶粒 团边 界 存 在 明显 抑 制磁畴运动 的边 界 相 , 可 以假 定其 过 渡层尺 度 和 晶 粒 团大 小相 当 . 按 照 上述基 本假定 , 计 算 了 3 种钦铁硼 粉 末 不 同 颗粒尺寸时 , 表面缺 陷 层 、 过渡层 和 本体 部 分 3 者各 自所 占磁粉颗粒 的 体积 分数 . 其 结 果表示在表 2 中 . 在这 里不 考虑颗粒和 晶粒 的 形 状 因 子 , 利 用一 维尺 度 的立 方表示其体积 . 06828064 ù乙R , 且. 二已, 且. 粉末粒度低于 .0 0 45 ~ 时 , 矫顽力 明显 降低 , 这主要和 粉末变细 后 的表面氧化有 关 . .2 2 磁粉 的表面缺 陷层 模型 首先 , 分 析烧 结 N dF e B 、 快淬 N dF e B 和 H D D R 各 向异性 N dF e B 的组 织与磁 畴结构 . 烧结钱铁硼 的晶粒尺寸约 5一 巧 卿 , 并且 晶 粒 由分布于 晶界 的富N d 相所包 围 , 一 般认为其 矫顽力机制为形核型14] . 快淬钦铁硼 的晶粒尺 寸 约 0 . 1阿 , 并在 晶界 存在富 N d 边界相 , 其矫顽 力起源于边 界相处 的钉扎效应 `5] . H D D R 钦铁硼 的晶 粒尺寸约 .0 3 脚 , 尽 管其 晶 界一 般几 乎没 有 晶界相 , 但存在 一 些富 N d 相 包 围多个 晶粒 的 晶粒 团 (尺 寸约 1娜) , 其矫顽 力被认为 同大 小 接近单 畴临界尺 寸( 30 O unI )的细 小晶 粒有关 l , , . 磁畴观察表 明 , 热退磁状态下 , 烧结钦 铁硼 每 个晶 粒对应多个磁 畴 , 快淬钦 铁硼 由于 边 界 相 的存在基 本上 每个 晶粒 对应 一 个磁 畴 , 而 在 H D D R 钱铁硼 中缺少分 隔 晶 粒 的边 界相 , 部 分 磁畴 对应 单个 晶粒 , 还有 部 分 磁 畴对应 多个 晶 粒 , 这 同 晶 粒之 间 的 交换 祸 合 作 用 有 关 〔6 , . 为 了 从组 织和 磁硬 化方式角度 解释 H D D R 和 快 淬钦 铁硼 磁粉粒 度效应 的 差 别 . 提 出 了 下 述表面缺 陷 层模型 . 表面缺 陷层 过渡层 本体 部分 图 1 磁粉 表面 缺 陷层模 型 表 2 钱铁 硼 粉末 的 表面 缺 陷层 、 过 渡 层和本 体部 分 制 备方 式 颗 粒 大小 / 表 面缺 陷层 过渡 层 本 体部分 厚度 单m p /% 厚度 /阿 p /% 厚度 单m 沪 /% 0 . 2 1 4 1 3 0 . 18 7 3 烧 结 0 . 1 1 0 2 7 1 0 2 2 0 . 0 8 5 1 0 . 0 5 4 9 2 7 0 . 03 2 2 0 . 2 0 4 5 1 . 5 5 0 . 1 9 8 7 9 8 . 0 H D D R 0 . 1 0 . 3 0 . 9 0 1 2 . 9 0 0 0 9 8 7 9 6 . 2 0 . 0 5 1 . 8 0 5 . 8 0 0 . 0 4 8 7 9 2 , 4 0 . 2 0 . 1 5 0 . 15 0 . 19 9 8 9 9 . 7 快 淬 0 . 1 0 . 1 0 3 0 0 . 1 0 . 30 0 刀9 9 8 9 9 . 4 0 0 5 0 . 6 0 0 . 6 0 0 0 4 9 8 9 8 . 5