FMI-I-600型钕铁硼真空速凝炉冷却强度对铸带组织的影响

　　采用Nd-Pr 合金、工业硼铁、纯铁及海绵锆为原料,在不同的冷却速度下采用FMI-I-600 型真空速凝炉制备Re (Nd ,Pr) FeB 永磁合金铸带,分析了速凝薄带的厚度分布,采用扫描电子显微镜及能谱重点分析了铸锭的组织结构,从而确定了合理的冷却范围。本文在真空条件下加热1400～1450 ℃,氩气保护下在1.5～2.0m/s 的冷却速度下获得的速凝薄片形成了完整的柱状晶,富稀土相均匀分散在主相周围,有效抑制α-Fe 的生成。

　　2008 年估计中国钕铁硼永磁总产量约4.5～5.0 万吨,速凝铸片工艺可以看作是快淬与铸造技术相结合,一种居中的冷凝速度的新工艺。冷却速率一般铸锭为0～102 ℃/ s ,铸片为102～104 ℃/s ,快淬为104～106 ℃/s ,甚至更大的冷速^[1]。我国采用速凝炉铸片工艺生产的钕铁硼永磁产量可达3.5 万吨/ 年,约占全国总产量70 %^[2] 。随着速凝技术和速凝炉的应用不断扩大,比例还会上升。开发大容量的真空速凝炉已经成为制备钕铁硼稀土永磁母合金的一个发展方向^[3] 。众所周知,获得均匀厚度,有效抑制α2Fe 的生成和富Nd 相的聚集,使(Re) 2-Fe14-B主相以片状晶的形式存在且富钕相分布均匀,才可满足制备高性能钕铁硼磁体的要求,否则磁体各性能参数都会下降,本文对已经进入市场的FMI2I2600 型钕铁硼真空速凝炉对一定配比的母合金在不同冷却强度下进行实验,对大容量的真空速凝炉对铸锭组织的影响和冷却特点进行了分析研究,对进一步开发吨级容量的速凝炉提供参考。

1、实验

　　原料采用工业生产的75 %Nd2-5 %Pr 合金(纯度为9919 %) 、20 %的工业硼铁及工业纯铁及海绵锆。合金中加入海绵锆的目的主要是使其在晶界富集,细化晶粒, 提高磁体的矫顽力。合金配料为(Nd ,Pr) 13Fe78B6 。图1 为FMI2I2600 型钕铁硼真空速凝炉示意图,其中合金采用中频加热,中频炉容量为600kg ,冷却铜轮规格<600 ×500mm ,转速0～50m/ s可调。

图1 　FMI-I-600 型钕铁硼真空速凝炉示意图

　　实验将母合金放入炉内,真空抽至10 ^{- 2}～10 ^{- 3} Pa 然后加热到1400～1450 ℃,在氩气保护下通过中间包分别在0.5～1.0 ,1.5～2.0 ,2.0～2.5m/ s 的轮速范围内选取不同的速度甩带,分析速凝薄带的厚度分布,采用S360 型扫描电子显微镜(SEM) 分析速凝薄带的断面组织结构。

3、结论

　　采用配料为(Nd ,Pr) 13 Fe78B6 的合金,在FMI-I-600 型钕铁硼真空速凝炉,真空条件下加热到1400～1450 ℃,氩气保护在1.5～2.0m/ s 的冷却速度下获得的速凝薄片形成了完整的柱状晶,富稀土相均匀分散在主相周围,有效抑制α-Fe 的生成。薄带厚度分布0.2～0.45mm 范围。在0.5～1.0m/ s 冷却范围的速度较慢,铸带组织不理想,不能有效抑制α2Fe 的生成。在2.0～3.0m/ s 范围内出现了少量为非晶态,不利于后续加工。

参考文献

　　[1] 戴永年,赵忠. 真空冶金[M]. 北京:冶金工业出版社,1988:301-304
　　[2] 王　标,刘汉强,高汝伟,等. SC铸片微结构对烧结Nd-FeB 结构与磁性能的影响[J]. 功能材料与器件学报,2004,10(1):37-40
　　[3] 赵伟雄,黄莉丽. 高性能钕铁硼永磁体制备工艺的研究[J] . 广东有色金属学报,2006 ,16 (4) :271 - 274
　　[4] 王晓军,陈学定,俞伟元,等. 估算单辊甩带法制备镁基非晶薄带的冷却速度[J] . 兰州理工大学学报,2004,30(3):11-13
　　[5] 李文学,任慧平,周维娜,等. 成型工艺对粘结钕铁硼永磁材料性能的影响[J] . 稀土,2006,27(3) :85-87
　　[6] Kopp R , Hagemann F ,Hentschel L. Thin Strip Casting Modeling of the Combined Casting Metal Forming Process[J]. JMater Proce Tech,1998,80-81:458-462
　　[7] 金文中,李军,李廷举,等. 线性电磁搅拌对K417高温合金母合金锭质量的影响[J] . 真空科学与技术学报,2008,28(6):579-583
　　[8] 周小莉. 沉积在液体基底表面铁薄膜的矫顽力与温度关系研究[J]. 真空科学与技术学报,2007,28(2):116-119