CN101051544A - 高性能烧结钕铁硼气流磨加氢制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能烧结钕铁硼气流磨加氢制备方法。它的步骤为：1)钕铁硼合金采用铸造工艺制成铸锭合金或用速凝薄片工艺制成速凝薄片；2)通过氢爆工艺或破碎机将铸锭合金或速凝薄片破碎成粗粉；3)粗粉通过气流磨破碎，制成细粉，其中气流磨是采用氮气和氢气的混合压缩气体；4)将细粉、汽油和抗氧化剂在混料机中均匀混合，得到混合粉末；5)混合粉末在1.2－2.0T的磁场中压制成型坯件；6)将型坯件放入高真空烧结炉内，在1050－1120℃烧结2－4h，再经过500－650℃热处理回火2－4h，制得烧结磁体。本发明制得的磁体矫顽力比传统工艺法制得磁体矫顽力高，而且该工艺细粉的出粉效率高，适合于批量化生产烧结钕铁硼。

Description

高性能烧结钕铁硼气流磨加氢制备方法

技术领域

本发明涉及一种高性能烧结钕铁硼气流磨加氢制备方法。

背景技术

稀土钕铁硼永磁体是当代磁性最强的永磁体，它不仅具有高磁能积、高性价比等优异特性，而且容易加工成各种尺寸，现已广泛应用于航空、航天、微波通讯技术、电子、电声、机电、计算技术、自动化技术、汽车工业、石油化工、磁分离技术、仪器仪表、磁医疗技术及其他需用永久磁场的装置和设备中，特别适用于研制高性能、小型化、轻型化的各种换代产品。稀土钕铁硼系永磁材料是当今和今后相当长一段时间内最重要的永磁材料，它的出现开辟了稀土永磁领域的新开端。

Nd-Fe-B材料的主要技术性能指标是剩磁B_r、矫顽力H_c(内禀矫顽力H_cj和磁感矫顽力H_cb)、磁能积(BH)_max和居里温度T_c。永磁材料的研究者和生产者的主要任务就是最大限度地挖掘材料的潜力，提高永磁材料的B_r、H_c、(BH)_max和T_c。Nd₂Fe₁₄B化合物的各向异性场，即矫顽力的理论极限值为80kOe，然而烧结钕铁硼合金实际矫顽力仅是其理论值的1/3-1/30，因而提高烧结钕铁硼磁体的矫顽力还大有潜力可挖。大量实验结果表明：烧结NdFeB磁体显微结构的不理想是造成矫顽力比其理论值低的主要原因，矫顽力是一个结构敏感参数。大家普遍认同，气流磨磁粉粒度的分布对磁体性能有非常重要的影响，这主要是来自于反磁化和矫顽力的要求，均匀分布有利于反磁化的一致转动，而分布范围大的颗粒中包含大小不同晶粒，其实现反磁化时的临界磁场不同，这样的粉末在较低磁场下反转而另一些粉末在较高磁场下反转，导致退磁曲线的方形度不好。

目前，烧结NdFeB磁体的生产工艺是采用铸造工艺制成铸锭合金或用速凝薄片工艺制成速凝薄片，其次通过氢爆工艺或破碎机将铸锭合金或速凝薄片破碎成粗粉，然后通过气流磨制成细粉。其中氢爆工艺原理是NdFeB合金经过氢气后，由于主相Nd₂Fe₁₄B和富稀土相吸氢晶格膨胀系数不同，合金变得很脆，最后粉化。这种氢爆粉较脆，适合下一步的气流磨工艺。气流磨是一种利用高速气流(300～500m/s)的能量对固体物料进行超细粉碎的机械设备。流化床式气流磨其工作原理为颗粒在高速喷射气流交点碰撞，该点位于流化床中心，是靠气流对颗粒的高速冲击及粒子间的相互碰撞而使颗粒粉碎，与腔壁接触少、影响小，所以磨损大大减弱。进入粉碎腔内的物料利用数个喷嘴喷汇产生的气流冲击能，及其气流膨胀成流态化床悬浮翻腾而产生碰撞、摩擦进行粉碎，并在负压气流带动下通过顶部设置的涡轮式分级装置，然后细粉排出。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能烧结钕铁硼气流磨加氢制备方法。

它的步骤为：

1)钕铁硼合金采用铸造工艺制成铸锭合金或用速凝薄片工艺制成速凝薄片；

2)通过氢爆工艺或破碎机将铸锭合金或速凝薄片破碎成粗粉；

3)粗粉通过气流磨破碎，制成平均颗粒直径为2-10μm细粉，其中气流磨是采用氮气和氢气的混合压缩气体；

4)将细粉、汽油和抗氧化剂在混料机中均匀混合，得到混合粉末，其中汽油占总重量的0.2-5％，抗氧化剂占总重量的0.01-1％；

5)混合粉末在1.2-2.0T的磁场中压制成型坯件；

6)将型坯件放入高真空烧结炉内，在1050-1120℃烧结2-4h，再经过500-650℃热处理回火2-4h，制得烧结磁体。

所述的钕铁硼合金以原子百分比计，其成分为Nd_aFe_100-a-b-cB_bM_c，其中11≤a≤16，5.4≤b≤6.6，0≤c≤6，M为Dy、Tb、Nb、Co、Ga、Zr、Al、Cu元素中一种或几种。

氮气和氢气混合压缩气体中的氢气含量占200-2000ppm。

氮气和氢气混合压缩气体的压力为0.2-2MPa。

抗氧化剂为聚环氧乙烷烷基醚、聚环氧乙烷单脂肪酸酯或聚环氧乙烷烯丙基醚。

本发明制得的磁体矫顽力比传统工艺法制得磁体矫顽力高，而且该工艺细粉的出粉效率高，适合于批量化生产烧结钕铁硼。

具体实施方式

本发明采用气流磨加氢法磨料，将氮气和氢气混合压缩后通过喷嘴急剧膨胀加速产生的超音速喷射流对合金进行超细粉碎。其优点是：合金颗粒在磨室内高速碰撞而发热，更易吸附附近氢原子，使合金变得更脆，一方面使合金更易从晶界处破碎，减少主相晶粒破坏，这改善了磁粉粒度的分布，有利于磁体矫顽力提高，另一方面加快了粗粉的粉化，提高了细粉出粉效率。

本发明的具体步骤如下：

1)钕铁硼合金采用铸造工艺制成铸锭合金或用速凝薄片工艺制成速凝薄片，其成分为Nd_aFe_100-a-b-cB_bM_c(at％)，其中11≤a≤16，5.4≤b≤6.6，0≤c≤6，M为Dy、Tb、Nb、Co、Ga、Zr、Al、Cu元素中一种或几种。

2)通过氢爆工艺或破碎机将铸锭合金或速凝薄片破碎成粗粉。

3)粗粉通过气流磨加氢磨料，氮气和氢气混合压缩后通过喷嘴急剧膨胀加速产生的超音速喷射流对固体物料进行超细粉碎，制成平均颗粒直径为2-10μm细粉，其中氮气和氢气混合压缩是指混合气体中氢气含量占200-2000ppm，压缩压力0.2-2MPa。

4)添加占细粉重量0.2-5％的汽油，及0.01-1％的抗氧化剂，在混料机中均匀混合成混合粉末，其中抗氧化剂为聚环氧乙烷烷基醚或聚环氧乙烷单脂肪酸酯或聚环氧乙烷烯丙基醚中的一种。

4)混合粉末在磁场取向成型压机中压制为型坯件，成型取向磁场1.2-2.0T，增大磁场可以提高磁粉的取向度。并且型坯件的压制成型在完全密封的手套箱中完成，使磁粉隔离空气，一方面避免了因磁体氧化发热而着火的危险，另一方面又降低了最终磁体的氧含量。

5)将型坯件放入高真空烧结炉内，1050-1120℃烧结2-4h，再经过500-650℃热处理回火2-4h，制得烧结磁体。

本发明的铸造工艺、速凝薄片工艺、快淬工艺、氢爆法工艺的具体内容分别见周寿增、董清飞《超强永磁体——稀土体系永磁材料》北京，冶金工业出版社，2004.2第二版，p159-164，p498-504，p326-332，p508-511，p169-172。

实施例1：

1)钕铁硼合金采用速凝薄片工艺制备，铜辊表面线速度为1.2m/s，成分为Nd_13.16Fe_80.35B_5.73(Dy_0.32Al_0.24Nb_0.28)(at％)。

2)通过破碎机将速凝薄片破碎成粗粉；

3)粗粉通过气流磨加氢磨料，氮气和氢气混合压缩后通过喷嘴急剧膨胀加速产生的超音速喷射流对固体物料进行超细粉碎，制成平均颗粒直径为2.3μm细粉，其中氮气和氢气混合压缩是指混合气体中氢气含量占1500ppm，压缩压力1.6MPa，细粉出粉率为95kg/h。

4)添加占细粉重量0.3％的汽油，及0.05％的抗氧化剂，在混料机中均匀混合成混合粉末，其中抗氧化剂为聚环氧乙烷烷基醚。

5)将混合后的粉末通过磁场取向成型压机压制为型坯件，成型取向磁场1.6T，在完全密封的手套箱中完成的，使磁粉隔离空气。

6)型坯件放入高真空烧结炉内烧结，1085℃烧结3h，再600℃热处理回火3h，制得烧结磁体。

7)另外，用速凝薄片工艺制备合金Nd_13.16Fe_80.35B_5.73(Dy_0.32Al_0.24Nb_0.28)(at％)，铜辊表面线速度为1.2m/s。分别通过颚式破碎机、中破碎机及气流磨制成平均颗粒直径为2.3μm的粉末，细粉出粉率为65kg/h。添加0.3％的汽油，0.2％的抗氧化剂聚环氧乙烷烷基醚，均匀混合，在相同的磁场取向压型和烧结、回火工艺中制备成磁体。

采用磁化特性自动测量仪AMF测量磁体的磁性能，性能如表一。

表一，采用不同工艺制备的磁体性能

制备工艺	出粉率kg/h	Br(kGs)	Hcj(kOe)	(BH)max(MGOe)
					气流磨不加氢	65	13.50	11.41	42.03
气流磨加氢	95	13.51	13.21	43.14

从中可以看出，采用气流磨加氢工艺制得烧结钕铁硼矫顽力比传统的气流磨不加氢工艺制得磁体矫顽力高，因此通过气流磨加氢工艺可以制备出更高矫顽力的烧结钕铁硼。

实施例2：

1)钕铁硼合金采用铸造工艺制成铸锭合金，成分为Nd_14.2Fe_78.25B_5.81(Tb_0.21Al_0.24Co₁Nb_0.28)(at％)。

2)通过氢爆法破碎，在室温下饱和吸氢，然后在500℃脱氢8h制成粗粉。

3)粗粉通过气流磨加氢磨料，氮气和氢气混合压缩后通过喷嘴急剧膨胀加速产生的超音速喷射流对固体物料进行超细粉碎，制成平均颗粒直径为6.5μm细粉，其中氮气和氢气混合压缩是指混合气体中氢气含量占500ppm，压缩压力0.6MPa，细粉出粉率为85kg/h。

4)添加占细粉重量2％的汽油，及0.5％的抗氧化剂，在混料机中均匀混合成混合粉末，其中抗氧化剂为聚环氧乙烷单脂肪酸酯。

5)将混合后的粉末通过磁场取向成型压机压制为型坯件，成型取向磁场1.6T，在完全密封的手套箱中完成的，使磁粉隔离空气。

6)型坯件放入高真空烧结炉内烧结，1070℃烧结3h，再510℃热处理回火2.5h，制得烧结磁体。

7)另外，钕铁硼合金采用铸造工艺制成铸锭合金Nd_14.2Fe_78.25B_5.81(Tb_0.21Al_0.24Co₁Nb_0.28)(at％)。分别通过相同的氢爆法破碎及气流磨制成平均颗粒直径为3.0μm的粉末，细粉出粉率为70kg/h。添加0.8％的汽油，0.3％的抗氧化剂为聚环氧乙烷单脂肪酸酯，均匀混合，在相同的磁场取向压型和烧结、回火工艺中制备成磁体。

采用磁化特性自动测量仪AMF测量磁体的磁性能，性能如表二。

 表二，采用不同工艺制备的磁体性能

制备工艺	出粉率kg/h	Br(kGs)	Hcj(kOe)	(BH)max(MGOe)
					气流磨不加氢	70	12.12	15.52	35.07
气流磨加氢	85	12.11	16.92	37.33

从中可以看出，采用气流磨加氢工艺制得烧结钕铁硼矫顽力比传统的气流磨不加氢工艺制得磁体矫顽力高，因此通过气流磨加氢工艺可以制备出更高矫顽力的烧结钕铁硼。

实施例3：

1)钕铁硼合金采用速凝薄片工艺制备，铜辊表面线速度为2.2m/s，成分为Nd_13.06Fe_80.35B_5.8Dy_0.79(at％)。

2)通过破碎机将速凝薄片破碎成粗粉；

3)粗粉通过气流磨加氢磨料，氮气和氢气混合压缩后通过喷嘴急剧膨胀加速产生的超音速喷射流对固体物料进行超细粉碎，制成平均颗粒直径为4.0μm细粉，其中氮气和氢气混合压缩是指混合气体中氢气含量占1000ppm，压缩压力1.2MPa，细粉出粉率为85kg/h。

4)添加占细粉重量1.2％的汽油，及0.2％的抗氧化剂，在混料机中均匀混合成混合粉末，其中抗氧化剂为聚环氧乙烷烷基醚。

5)将混合后的粉末通过磁场取向成型压机压制为型坯件，成型取向磁场1.6T，在完全密封的手套箱中完成的，使磁粉隔离空气。

6)型坯件放入高真空烧结炉内烧结，1100℃烧结4.5h，再560℃热处理回火3h，制得烧结磁体。

采用磁化特性自动测量仪AMF测量磁体的磁性能，性能如表三。

表三，采用气流磨加氢工艺制备的磁体性能

制备工艺	出粉率kg/h	Br(kGs)	Hcj(kOe)	(BH)max(MGOe)
					气流磨加氢工艺	85	12.82	16.72	42.48

实施例4：

1)钕铁硼合金合金采用速凝薄片工艺制备，铜辊表面线速度为1.5m/s，成分为Nd_12.59Fe_81.32B_5.7Dy_0.4(at％)。

2)通过氢爆法破碎，在室温下饱和吸氢，然后在500℃脱氢8h制成粗粉。

3)粗粉通过气流磨加氢磨料，氮气和氢气混合压缩后通过喷嘴急剧膨胀加速产生的超音速喷射流对固体物料进行超细粉碎，制成平均颗粒直径为8.5μm细粉，其中氮气和氢气混合压缩是指混合气体中氢气含量占600ppm，压缩压力0.7MPa，细粉出粉率为90kg/h。

4)添加占细粉重量1.5％的汽油，及0.3％的抗氧化剂，在混料机中均匀混合成混合粉末，其中抗氧化剂为聚环氧乙烷单脂肪酸酯。

5)将混合后的粉末通过磁场取向成型压机压制为型坯件，成型取向磁场1.8T，在完全密封的手套箱中完成的，使磁粉隔离空气。

6)型坯件放入高真空烧结炉内烧结，1095℃烧结3h，再610℃热处理回火3h，制得烧结磁体。

7)另外，用速凝薄片工艺制备合金Nd_12.59Fe_81.32B_5.7Dy_0.4(at％)，铜辊表面线速度为1.5m/s。分别通过相同的氢爆法破碎及气流磨制成平均颗粒直径为8.5μm的粉末，细粉出粉率为65kg/h。添加1.5％的汽油，0.3％的抗氧化剂聚环氧乙烷单脂肪酸酯，均匀混合，在相同的磁场取向压型和烧结、回火工艺中制备成磁体。

采用磁化特性自动测量仪AMF测量磁体的磁性能，性能如表四。

表四，采用不同工艺制备的磁体性能

制备工艺	出粉率kg/h	Br(kGs)	Hcj(kOe)	(BH)max(MGOe)
					气流磨不加氢	65	14.12	13.11	48.24
气流磨加氢	90	14.21	14.64	50.18

从中可以看出，采用气流磨加氢工艺制得烧结钕铁硼矫顽力比传统的气流磨不加氢工艺制得磁体矫顽力高，因此通过气流磨加氢工艺可以制备出更高矫顽力的烧结钕铁硼。

Claims (5)

1.一种高性能烧结钕铁硼气流磨加氢制备方法，其特征在于它的步骤为：

1)钕铁硼合金采用铸造工艺制成铸锭合金或用速凝薄片工艺制成速凝薄片；

2)通过氢爆工艺或破碎机将铸锭合金或速凝薄片破碎成粗粉；

3)粗粉通过气流磨破碎，制成平均颗粒直径为2-10μm细粉，其中气流磨是采用氮气和氢气的混合压缩气体；

4)将细粉、汽油和抗氧化剂在混料机中均匀混合，得到混合粉末，其中汽油占总重量的0.2-5％，抗氧化剂占总重量的0.01-1％；

5)混合粉末在1.2-2.0T的磁场中压制成型坯件；

6)将型坯件放入高真空烧结炉内，在1050-1120℃烧结2-4h，再经过500-650℃热处理回火2-4h，制得烧结磁体。

2.根据权利要求1所述的高性能烧结钕铁硼气流磨加氢制备方法，其特征在于所述的钕铁硼合金以原子百分比计，其成分为Nd_aFe_100-a-b-cB_bM_c，其中11≤a≤16，5.4≤b≤6.6，0≤c≤6，M为Dy、Tb、Nb、Co、Ga、Zr、Al、Cu元素中一种或几种。

3.根据权利要求1所述的高性能烧结钕铁硼气流磨加氢制备方法，其特征在于所述氮气和氢气混合压缩气体中的氢气含量占200-2000ppm。

4.根据权利要求1所述的高性能烧结钕铁硼气流磨加氢制备方法，其特征在于所述氮气和氢气混合压缩气体的压力为0.2-2MPa。

5.根据权利要求1所述的高性能烧结钕铁硼气流磨加氢制备方法，其特征在于所述的抗氧化剂为聚环氧乙烷烷基醚、聚环氧乙烷单脂肪酸酯或聚环氧乙烷烯丙基醚。