添加La元素对NdFeB磁体磁性能的影响*

贾明宇，孙建春，潘海里

(重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆　401331)



添加La元素对NdFeB磁体磁性能的影响*

贾明宇，孙建春，潘海里

(重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331)

采用球磨法在NdFeB中成功添加不同含量的La元素，利用VSM对不同La添加量和球磨时间的混合磁体性能进行研究。实验结果表明，当La添加量为3%时，样品的饱和磁化强度最大，矫顽力最小，当La添加量为7%时，饱和磁化强度最小，矫顽力最大。添加La在5%以下时样品矫顽力均大于NdFeB，饱和磁化强度在球磨时间为2.5 h除7%添加量时均大于NdFeB。当添加量达到7%后，矫顽力增大幅度大，饱和磁化强度减小。

La元素；NdFeB磁体； 组织结构； 磁性能

钕铁硼系永磁材料作为当今世上的“磁王”，其独有创纪录的高剩磁、高矫顽力和高的磁能积，使得NdFeB系永磁材料自问世以来，在国防、家用电器、计算机科学等重要领域都得到了广泛的关注及应用[1]。然而，面对需求量的急速增加，使至NdFeB系永磁材料及其稀土原材料的价格暴涨[2]。过高的原材料价格严重阻碍了第三代永磁材料在中小型产业的推广与发展，使其应用领域越来越窄，从长远利益考虑，这种局面对于NdFeB系永磁材料未来的面向市场化发展会产生严重的冲击。因此，自NdFeB系永磁材料诞生以来，为降低其成本，人们对其进行了大量研究。其中按一定比例在NdFeB材料中加入一定量的Ce、Sm、La等廉价稀土元素，以减少NdFeB材料中贵稀土元素Nd的含量，从而降低NdFeB的制造成本是研究的主要方法。

为此，本文选择在NdFeB材料中加入不同含量的La，然后通过高能球磨工艺制 (Nd, La)FeB混合磁体，以降低Nd元素的含量。

1　实　验

以商业NdFeB粉体和化学纯La粉为原料，在NdFeB粉体分别混入质量百分比为3%、5%、7%的La元素。为了使两种粉体混合均匀，实验采用高能球磨法对混合粉体进行球磨处理。在球磨QM-3SP4J型号球磨机上进行，球料比为10:1，转速300 r/min的实验条件。由于NdFeB粉体和纯La粉极易氧化，球磨时粉体都浸在有机溶剂中。对三组不同元素添加量的试样分别球磨3 h、5 h、8 h、10 h。球磨后的试样经过干燥、包裹、取向处理，以便测其磁性能，其中磁场取向时间为40 min，磁场强度为2T。最后利用VSM测量不同制备工艺得到的磁体磁性能。

2　结果与讨论

2.1添加不同 La元素混合磁体性能

如图1所示为3%的3La含量混合磁体与原始NdFeB磁滞回线。从图1中可以看出，经3% La掺杂以后，NdFeB磁性能发生了变化，退磁后的剩磁上升，剩磁的上升量随球磨时间的增加而减少，在5 h时剩磁小于NdFeB原材的剩磁，样品的矫顽力随球磨时间的增大而变化。磁化强度上升速度逐渐减小，在2.5 h是曲线基本呈90°上升。

图1　3% La混合磁体磁滞回线Fig.1　Magnetic hysteresis loop of 3% La hybrid magnets

如图2所示为5%的3%La含量混合磁体与原始NdFeB磁滞回线。从图2中可以看出，经5%La掺杂以后，NdFeB磁性能发生了变化，NdFeB的矫顽力上升，从图中可以看出，球磨时间越长，退磁后剩磁不一定越大。当球磨时间为5 h时，剩磁变小，小于NdFeB剩磁，在球磨时间为2.5 h时剩磁高于NdFeB的剩磁，球磨时间为7.5 h是剩磁只是略高于NdFeB剩磁。图中明显能够看出，当样品在达到饱和磁化强度时，磁滞曲线出现波动，不再平滑。能够看出，在接近饱和磁化强度时，磁化强度的增加速度2.5 h时最快，曲线接近于90°，5 h和7.5 h的增加速度逐渐降低，所以磁化强度增加速度于La和NdFeB的粒度有关。

图2　5% La混合磁体磁滞回线Fig.2　Magnetic hysteresis loop of 5% La hybrid magnets

如图3所示为7%的3%La含量混合磁体与原始NdFeB磁滞回线。从图3中可以看出，经7% La掺杂以后，NdFeB磁性能发生了变化，NdFeB的剩磁随球磨时间的增长而逐渐的增大，2.5 h和5 h小于NdFeB原材的剩磁，当球磨时间达到7.5 h时剩磁略微超过了NdFeB。由此可以看出，La为7%时掺杂量过大，在球磨时间不够时，对剩磁的增加作用不明显，甚至有阻碍作用，可能是因为La的粒度大，与NdFeB的结合度不够，当球磨时间够了以后La与NdFeB的粒度变小，结合度够高的剩磁的增加作用就体现出来了。

图3　7% La混合磁体磁滞回线Fig.3　Magnetic hysteresis loop of 7% La hybrid magnets

综上所述在各个掺杂量和不同的球磨时间中，对矫顽力的增加作用最大的为La掺杂含量为7%球磨时间为7.5 h，剩磁增加量最大的La掺杂量为3%，球磨时间为2.5 h。从而得出结论，NdFeB材料的剩磁随La掺杂量的增加而减小，NdFeB材料的矫顽力随La含量的增加而增大，最大值在7%。La元素等于NdFeB材料磁性能的影响与起粒度和含量有关。且在含量不同的时候饱和磁化强度随La含量增加而减小，磁化强度上升速度随La含量的上升而减小。

2.2球磨时间和La元素含量对混合磁体性能的影响

如图4所示为在不同La元素含量时，不同球磨时间下混合磁体主要磁性能指标与元素含量之间的关系。从中观察可知，对于矫顽力，含量为3%，5%的两组式样变化趋势基本一致，矫顽力随球磨时间的增大而增大，含量为7%的试样前5 h矫顽力随球磨时间的增大缓慢下降并在5 h时达到最低，其后随着球磨时间的继续增大，矫顽力逐渐增大，且其增大速度快，所以La含量为7%球磨时间7.5 h时矫顽力最大。对于回线面积，含量为3%的试样前5 h随球磨时间的增大回线面积增大缓慢，其后随着球磨时间的继续增大回线面积增大趋势变快，含量为5%的试样随球磨时间的增大，先减小后增大，5 h时回线面积达到最小，含量为7%的试样的回线面积随球磨时间增大而增大，5 h后较5 h前，变化趋势明显变慢，所以La含量为7%球磨时间7.5 h时回线面积最大。对于剩磁和饱和磁化强度，不同含量的试样，剩磁和饱和磁化强度随球磨时间的变化趋势基本一致，含量为3%，5%的试样，剩磁和饱和磁化强度都是随球磨时间先减小后增大，5 h时剩磁和饱和磁化强度达到最小，且变化趋势明显，含量为7%的试样，剩磁和饱和磁化强度都是随球磨时间的增大而增大。所以La含量为3%球磨时间为2.5 h剩磁最高，饱和磁化强度最高。

图4　混合磁体矫顽力(a), 回线面积(b), 剩磁(c), 饱和磁化强度(d)与球磨时间和La含量之间的关系Fig.4　The relationship between magnet coercive force(a)， loop area change(b)， the residual magnetism(c), saturation magnetization(d) and ball milling time and La content

3　结　论

(1)球磨法可在NdFeB磁体中掺入La元素，参入对NdFeB磁性能有所改变。添加La的NdFeB磁体可获得矫顽力

的最大值为4.633O e，剩磁最大值为70.52 emu/g，饱和磁化强度最大值为104 emu/g。

(2)添加La的NdFeB磁体矫顽力随球磨时间增加而增加，剩磁、饱和磁化强度随球磨时间增加而减小。

(3)添加La的NdFeB磁体矫顽力随La含量的增加而增加，剩磁、饱和磁化强度随La含量的增加而减小。

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Effect of La on the Microstructure and Properties of Sintered NdFeB Magnet*

JIAMing-yu,SUNJian-chun,PANHai-li

(School of Metallurgy and Materials Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China)

The effect of La addition on the magnetic properties of the NdFeB La was studied, according to NdFeB La with different content of elements of composition, to replace the VSM to determine the magnetic properties change. The La element was added by ball milling method. The experimental results showed that when the content was 3% of La, there was the saturation magnetization of the sample was maximum with the minimum coercivity, when the content was 7% of La, saturation magnetization was minimum with maximum coercivity. Addition of La at the 5% below, the coercivity was larger than NdFeB, the saturation magnetization was greater than NdFeB in the ball milling time of 2.5 h in addition of 7%. When adding amount reached 7%, the coercivity increased greatly, reduced the saturation magnetization.

La；NdFeB；microstructure；magnetic performance

重庆市大学生科技创新项目资助(项目编号：20141155003)。

贾明宇(1994-)，男，学士，主要研究方向：主要从事磁性材料研究。

孙建春，男，副教授，主要从事纳微复合磁性材料研究。

TM273

A

1001-9677(2016)08-0049-03