CN101071668B - 一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，该方法是以重量份数计，在100份钕铁硼合金粉中加入0.01～0.2份抗氧化剂，混合均匀后磨成粒径为2.8～4.5μm的粉末；在磨好的钕铁硼粉末中加入0.01～0.5份润滑剂，在氩气或氮气保护下搅拌均匀，得到磁粉；将磁粉压制成形后烧结和热处理，获得最后产品。本发明通过在钕铁硼磁体制粉过程中添加抗氧化剂，在混料过程中加入润滑剂，使钕铁硼磁粉在压制成形过程中，在相同的磁场强度情况下提高粉末取向度，从而提高产品磁性能；如果是生产相同磁性能的磁体，就可以减少成形压力和时间，从而提高产能、降低成本。

Description

一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法 

技术领域

本发明涉及烧结磁性材料制备技术领域，具体是指一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法。 

背景技术

近年来，全世界钕铁硼产量的年平均增长率达到25％，我国的这一增长率达到40％。因此自2001年起，我国已经超过日本，成为钕铁硼磁体的生产大国，2004年产量占世界总产量的60％以上，并仍保持强劲的增长势头。但是，我国稀土永磁材料的磁体性能与国外相比还有不少差距。虽然我国的钕铁硼产量超过了日本，但因磁体的磁性能低，附加值不高，产值不足日本的1/2，产品的价格仅为国际市场的1/3～1/2。当前，随着烧结钕铁硼磁体应用领域的不断扩大，对其磁性能提出了越来越高的要求。因此，近年来，受市场竞争的驱动，国内外掀起了一股研发高性能钕铁硼磁体的热潮。日、欧、美的钕铁硼磁体厂家己经能批量生产(BH)_max＝382～412KJ/m³(48～52MGOe)的烧结磁体，而国内厂家高档品牌仍徘徊在(BH)_max＝334～358KJ/m³(42～45MGOe)之间，仅有个别厂家达到(BH)_max＝382KJ/m³(48MGOe)。众所周知，要制备超高性能的烧结钕铁硼磁体就必须满足如下三个条件：一是在配方上降低稀土总量，使钕铁硼合金成分趋近Nd₂Fe₁₄B正分成分，提高磁体中的Nd₂Fe₁₄B主相的含量；二是在生产设备上，提高装备水平，获得细小均匀的晶体结构，消除或降低有害的α-Fe相含量；三是在生产工艺上，设法降低磁粉的氧含量以及提高磁粉的润滑性。因为Nd₂O₃的形成是生产过程中富Nd相被氧化的结果，它的含量越多，永磁体剩磁和矫顽力下降越大。因此，生产过程应采取各种措施防止氧化，使磁体中Nd₂O₃含量减到最小。同时因为各向异性永磁体的磁性能，影响因素很大程度取决于磁性颗粒的排列方向，磁粉排列方向越高，磁性能就越高，所以在成形过程中设法提高磁粉的润滑性，以便有利于磁粉的转动取向。其中，前两项是在配方和设备上进行改进，且它们是相互依赖的，要降低稀土含量，提高主相Nd₂Fe₁₄B的比例，减少有害相，就必须改变NdFeB合金的熔炼设备(目前主要是采用快冷厚带设备)；提高了熔炼装备水平后，才能降低稀土含量，达到提高Nd₂Fe₁₄B主相比例，从而获得高性能钕铁硼磁体。第三项条件是在生产工艺上对传统的方法进行改进。 

中国专利申请02104122.9号和01141410.3号公开了采用先进的快冷厚带设备来制备高性能钕铁硼合金的技术，它采用水冷铜辊将熔融的钕铁硼合金液快速冷却成厚带，避免传统铸锭设备由于合金锭在冷却过程中内外冷却不均匀，成分产生偏析，形成有害的α-Fe相，从而达到降低稀土含量，提高Nd₂Fe₁₄B主相比例，最终达到提高磁性能的目的。 

但是，在充分分析钕铁硼磁体的生产过程可以发现，在生产工艺中存在如下两个问题：其一，由于钕铁硼永磁粉中含有30％左右的稀土元素，极易氧化、受潮；其二，在取向模压时，钕铁硼磁粉的流动性较差，影响其进入模腔后的均匀分散，以及成形时磁粉的转动取向度和密度。所以除了通过快冷厚带技术改变钕铁硼合金的制备方法外，还可以通过改进工艺，解决上述两个问题来达到提高钕铁硼磁体的性能。 

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法。该方法在不用更新原有钕铁硼合金生产设备的基础上，通过工艺上的改进，达到提高钕铁硼磁体性能的目的，同时降低钕铁硼磁体的生产成本，即：在相同的磁场强度下压制时产品的取向度得到提高，则产品的性能提高；在制备面积和性能相同的产品时可降低成型压力和时间，则降低产品的生产成本。 

本发明的目的通过如下技术方案实现：所述一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，包括如下步骤和工艺条件： 

第一步以重量份数计，在100份钕铁硼合金粉中加入0.01～0.2份抗氧化剂，混合均匀后磨成粒径为2.8～4.5μm的粉末； 

第二步在磨好的钕铁硼粉末中加入0.01～0.5份润滑剂，在氩气或氮气保护下搅拌均匀，得到磁粉； 

第三步将磁粉压制成形后烧结、热处理，获得最后产品； 

所述第三步中的磁粉烧结时，在30～420℃阶段缓慢升温，当温度达到420℃时，保温30～60分钟，让变成气体的抗氧化剂、润滑剂排出，然后充 氩气保护在1090℃下烧结、800℃下热处理。 

为了更好地实现本发明，所述第一步中的钕铁硼合金粉粒径＜2mm；所述抗氧化剂为二元或多元醇型非离子表面活性剂(可以是聚醇型，也可以是非聚醇型非离子表面活性剂)，包括C₁₅H₂₄O₂或C₁₂H₂₆O₃；所述第一步中的抗氧化剂以喷雾的方式加入到钕铁硼合金粉中；所述第一步中的钕铁硼合金粉在气流磨中磨成粒径为2.8～4.5μm的粉末；所述润滑剂为硬脂酸锌，分子式为：Zn(C₁₇H₃₅COO)₂；所述润滑剂按重量百分比浓度10～30％稀释于有机溶剂中，以喷雾的方式加入到钕铁硼粉末中；所述有机溶剂按体积百分比计，由50～60％乙醇、10～30％松节油和10～35％甲苯组成；所述第三步中的磁粉在带磁场压机中压制成形，在真空烧结炉中烧结。 

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果： 

1、本发明通过在钕铁硼磁体制粉过程中添加抗氧化剂(一种无色或浅黄色透明液体，溶于一般的有机溶剂而不溶于水，无毒，对金属有轻微腐蚀性)，在粉末颗粒表面形成一层保护膜，有效地防止了粉末进一步发生氧化；在混料过程中加入润滑剂(可以用有机溶剂来稀释润滑剂，有机溶剂没有特别的限制，获得混合均匀的、无色或浅黄色的润滑剂稀释液，稀释度也没有特别的限制，但是为了节约成本，一般把润滑剂的稀释浓度控制在10％以上)，有效地提高了磁粉的取向度和磁体的密度，降低粉末团聚性，增加流动性。通过上述处理，钕铁硼磁粉在压制成形过程中，在相同的磁场强度情况下提高粉末取向度，从而提高产品磁性能；如果是生产相同磁性能的磁体，就可以减少成形压力和时间，从而提高产能、降低成本。 

2、本发明没有改变原有钕铁硼合金生产设备，大大降低技术改进的成本，非常有利于推广应用。 

下面结合实施例，对本发明做进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。 

实施例一 

第一步以重量份数计，将100份经过粗破碎后的钕铁硼合金粉(粒径＜2mm)放于搅拌器中，通过喷雾的方式加入0.02份抗氧化剂C₁₅H₂₄O₂，边搅拌、边添加，添加完后，搅拌器继续运转30分钟，使之混合均匀，然后用容器装好已经包覆好抗氧化剂的钕铁硼粗粉，并逐步倒入气流磨中磨成粒径为2.8～4.5μm的粉末，这时由于在粉末颗粒表面包裹着一层抗氧化薄膜，阻止了粉末与氧接触发生反应，从而降低了磁粉的氧含量； 

第二步将磨好的钕铁硼粉末用容器装好后再倒入搅拌器中，在氩气或氮气保护下，通过喷雾的方式加入0.02份润滑剂Zn(C₁₇H₃₅COO)₂(上述润滑剂按重量百分比浓度10％稀释于有机溶剂中，有机溶剂按体积百分比计，由60％乙醇、30％松节油和10％甲苯组成)，边搅拌、边添加，添加完后，搅拌器继续运转120分钟，搅拌均匀，使粉末团聚性降低，流动性增加，得到合格的磁粉； 

第三步将磁粉在带磁场压机中压制成形后在真空烧结炉中烧结，在30～420℃阶段缓慢升温，将抗氧化剂和润滑剂逐步变成气体，当温度达到420℃时，保温30分钟，让变成气体的抗氧化剂、润滑剂通过真空机组排出炉外，然后充氩气保护在1090℃下烧结、800℃下热处理，获得最后产品。 

实施例二 

第一步以重量份数计，将100份经过粗破碎后的钕铁硼合金粉(粒径<2mm)放于搅拌器中，通过喷雾的方式加入0.04份抗氧化剂C₁₅H₂₄O₂，边搅拌、边添加，添加完后，搅拌器继续运转75分钟，使之混合均匀，然后用容器装好已经包覆好抗氧化剂的钕铁硼粗粉，并逐步倒入气流磨中磨成粒径为2.8～4.5μm的粉末； 

第二步将磨好的钕铁硼粉末用容器装好后再倒入搅拌器中，在氩气或氮气保护下，通过喷雾的方式加入0.05份润滑剂Zn(C₁₇H₃₅COO)₂(上述润滑剂按重量百分比浓度20％稀释于有机溶剂中，有机溶剂按体积百分比计，由50％乙醇、30％松节油和20％甲苯组成)，边搅拌、边添加，添加完后，搅拌器继续运转75分钟，搅拌均匀，得到合格的磁粉； 

第三步将磁粉在带磁场压机中压制成形后在真空烧结炉中烧结，在30～420℃阶段缓慢升温，将抗氧化剂和润滑剂逐步变成气体，当温度达到420℃时，保温45分钟，让变成气体的抗氧化剂、润滑剂通过真空机组排出炉外，然后充氩气保护在1090℃下烧结、800℃下热处理，获得最后产品。 

实施例三 

第一步以重量份数计，将100份经过粗破碎后的钕铁硼合金粉(粒径 <2mm)放于搅拌器中，通过喷雾的方式加入0.08份抗氧化剂C₁₅H₂₄O₂，边搅拌、边添加，添加完后，搅拌器继续运转120分钟，使之混合均匀，然后用容器装好已经包覆好抗氧化剂的钕铁硼粗粉，并逐步倒入气流磨中磨成粒径为2.8～4.5μm的粉末； 

第二步将磨好的钕铁硼粉末用容器装好后再倒入搅拌器中，在氩气或氮气保护下，通过喷雾的方式加入0.05份润滑剂Zn(C₁₇H₃₅COO)₂(上述润滑剂按重量百分比浓度30％稀释于有机溶剂中，有机溶剂按体积百分比计，由55％乙醇、10％松节油和35％甲苯组成)，边搅拌、边添加，添加完后，搅拌器继续运转30分钟，搅拌均匀，得到合格的磁粉； 

第三步将磁粉在带磁场压机中压制成形后在真空烧结炉中烧结，在30～420℃阶段缓慢升温，将抗氧化剂和润滑剂逐步变成气体，当温度达到420℃时，保温60分钟，让变成气体的抗氧化剂、润滑剂通过真空机组排出炉外，然后充氩气保护在1090℃下烧结、800℃下热处理，获得最后产品。 

实施例四 

抗氧化剂添加量为0.1份，润滑剂添加量为0.1份，其余制备条件同实施例一。 

实施例五 

抗氧化剂添加量为0.1份，润滑剂添加量为0.2份，其余制备条件同实施例二。 

实施例六 

抗氧化剂(C₁₉H₄₁O₄)添加量为0.2份，润滑剂添加量为0.5份，其余制备条件同实施例三。 

实施例七 

抗氧化剂(C₁₂H₂₆O₃)添加量为0.01份，润滑剂添加量为0.01份，其余制备条件同实施例二。 

对比实施例是将同样的钕铁硼合金按与实施例二相同的烧结和热处理工艺生产而成，只是在气流磨前不添加抗氧化剂，以及在压制成形前不添加润滑剂。实施例一至六制备的产品与对比实施例制备的产品性能比较见下表。

  

实施例	密度(g/cm3)	剩磁Br(T)	矫顽力Hcj(KA/m)	磁能积(BH)max (Kj/m3)
					实施例一	7.58	1.39	1140	369
实施例二	7.61	1.42	1130	388
					实施例三	7.62	1.44	1150	398
实施例四	7.60	1.41	1150	380
					实施例五	7.59	1.40	1120	374
实施例六	7.57	1.39	1100	368
					对比实施例	7.55	1.37	1090	358

如上所述，即可较好地实现本发明。

Claims (9)

1.一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤和工艺条件：

第一步以重量份数计，在100份钕铁硼合金粉中加入0.01～0.2份抗氧化剂，混合均匀后进一步磨成粉末；

第二步在磨好的钕铁硼粉末中加入0.01～0.5份润滑剂，在氩气或氮气保护下搅拌均匀，得到磁粉；

第三步将磁粉压制成形后烧结、热处理，获得最后产品；

所述第三步中的磁粉烧结时，在30～420℃阶段缓慢升温，当温度达到420℃时，保温30～60分钟，让变成气体的抗氧化剂、润滑剂排出，然后充氩气保护在1090℃下烧结、800℃下热处理。

2.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，其特征是，所述第一步中的钕铁硼合金粉粒径＜2mm。

3.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，其特征是，所述抗氧化剂为二元或多元醇型非离子表面活性剂，包括C₁₅H₂₄O₂或C₁₂H₂₆O₃。

4.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，其特征是，所述第一步中的抗氧化剂以喷雾的方式加入到钕铁硼合金粉中。

5.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，其特征是，所述第一步中的钕铁硼合金粉在气流磨中磨成粒径为2.8～4.5μm的粉末。

6.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，其特征是，所述润滑剂为硬脂酸锌，分子式为：Zn(C₁₇H₃₅COO)₂。

7.根据权利要求6所述的一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，其特征是，所述润滑剂按重量百分比浓度10～30％稀释于有机溶剂中，以喷雾的方式加入到钕铁硼粉末中。

8.根据权利要求7所述的一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，其特征是，所述有机溶剂按体积百分比计，由50～60％乙醇、10～30％松节油和10～35％甲苯组成。

9.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼合金磁性材料的制备方法，其特征是，所述第三步中的磁粉在带磁场压机中压制成形，在真空烧结炉中烧结。