CN101740190B - 一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钕铁硼磁体及其制备方法，属于稀土永磁材料领域，具体为一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体及制备方法。一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体，钕铁硼磁体合金材料分子式的通式为：(PrNd)_aM_bB_cFe_(100-a-b-c)。经过研磨、氢爆处理、研磨、混料、成型、烧结步骤制备而成。本发明能够制得高性价比、高耐腐蚀性磁体，且工艺过程容易控制，适合批量生产。

Description

一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体及制备方法

技术领域

本发明涉及钕铁硼磁体及其制备方法，属于稀土永磁材料领域，具体为一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体及制备方法。

背景技术

烧结钕铁硼自1983年问世以来，以其优异的磁性能迅速得到推广和应用，被广泛应用于计算机、电子、通信、办公自动化、汽车、机械、医疗等产业。中国得天独厚的稀土资源优势为发展烧结钕铁硼产业提供了极为有利的条件，目前我国烧结钕铁硼磁体的生产能力与实际产量均处于世界领先地位。随着世界风电产业的兴起以及我国丰富的风能资源，必将带来我国烧结钕铁硼产业发展的新高潮。

烧结钕铁硼由于其超高磁能密度有力的促进了现代科学技术与信息产业向着集成化、小型化、轻量化和智能化方向发展。然而烧结钕铁硼的富钕相具有高的电化学活性，且烧结磁体的结构不够致密，存在大量孔隙，耐腐蚀性较差，大大限制了其使用范围。如在室温潮湿空气中，磁体的氧化主要是铁的氧化；在150℃干气或湿气中，主要是钕的氧化，这些都将显著降低磁体的磁性能。NdFeB磁体的腐蚀机理为电化学腐蚀。磁体中Nd₂Fe₁₄B、富钕相的电化学电位不同，引起电化学反应而形成原电池。磁体表面的污染物形成导电回路时，低电位的钕(-2.4V)成为阳极而被氧化。由于钕阳极和Nd₂Fe₁₄B阴极的相对量差别很大，形成小阳极和大阴极。富钕相承担很大的腐蚀电流密度，因此沿晶界加速腐蚀，形成晶间腐蚀，这将导致磁体矫顽力下降。同时通过磁颗粒孔隙的渗透性腐蚀还会造成磁体的结构性失效，这是烧结NdFeB磁体应用中最急待解决的问题，也是研究的热点之一。

目前对提高磁体防腐性能主要的解决办法有：通过添加合金元素降低主晶相与晶界相的电位差，或通过双合金法，用快淬技术得到晶间相的耐腐蚀非晶态合金，或在磁体表面镀覆各种防护性镀层等。实验证明Dy、Cu、Co、Al、V、Ni、Ga等元素的加入能显著改善磁体的耐腐蚀性，但合金元素的加入在一定程度上又影响了磁体的磁特性并增加配方成本。至于防腐涂层较为有效的有电镀镍、离子镀铝及电沉积环氧树脂等，但耐腐蚀能力仍然有限。专利名称为《高耐腐蚀性烧结钕铁硼的制备方法》(申请号200610053144.9)的专利文件公布了一种将磁粉镀铜以替代富钕相的磁体的制备方法，能够彻底改善磁体晶间腐蚀。但是由于将磁粉化学镀铜工艺较难控制，且铜在液相烧结时容易偏析，难以制备高性能磁体及批量生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，合理添加Dy、Cu、Co、Al、Ni、Ga、Nb等合金元素并配以合适的工艺制度，优化钕铁硼磁体显微组织结构，提高磁体致密度，从而制得高性价比、高耐腐蚀性烧结磁体。

本发明具体技术方案如下：

一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体，钕铁硼磁体合金材料分子式的通式为：(PrNd)_aM_bB_cFe_(100-a-b-c)，

其中a，b，c为质量百分比，且a＝26％～32％，b＝2％～8％，c＝1.0％～1.05％，M为Dy元素或Cu元素或Co元素或Al元素或Ni元素或Ga元素或Nb元素。

一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：将表面洁净的原材料按设计合金成分配料，在真空甩片炉中熔炼快淬得到平均厚度0.25～0.35mm的鳞片；

(2)氢爆处理：将所述鳞片装入旋转式氢碎炉，首先在70～90kPa的氢压力下吸氢1.5～3.5小时，然后在450～650℃真空脱氢3～5小时，达到5Pa左右，冷却8～12小时，得到平均粒度0.5mm左右粗粉；

(3)研磨：将氢爆的粗粉加0.1％抗氧化剂，然后通过气流磨磨成平均粒度3～3.5μm细粉；

(4)混料：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。其中汽油为120号航空汽油，占总量的2～3％，抗氧化剂分子式为C₈H₂₄O₂R，占总量的0.1％；

(5)成型：将混合粉末在N₂保护下，在1.5～2T磁场中取向成型，生坯单位初始压力≥200kg/cm^-2，初压后的生坯经过220Mpa冷等静压2～5分钟；

(6)烧结：将等静压后的生坯放入高真空烧结炉内，在1050～1130℃烧结3～4小时，后在850～920℃回火1～3小时，最后在450～630℃时效3～5小时，制得烧结磁体。

一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体，氢爆处理，首先在70～90kPa的氢压力下吸氢1.5～3.5小时，然后在450～650℃真空脱氢3～5小时，达到5Pa左右，冷却8～12小时，

一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体，烧结炉内真空，烧结温度为1050～1130℃，烧结时间为3～4小时，回火温度为850～920℃，回火时间1～3小时，最后在450～630℃时效3～5小时，制得烧结磁体。

本发明与现有技术相比具有如下特点：采用速凝薄片工艺，配方中降低稀土含量以减少合金元素添加带来的成本增加；采用氢爆工艺和气流磨制粉，得到平均粒度3～3.5μm粒度细粉，通过合理添加汽油和抗氧化剂，并在成型中采用低氧工艺，最后配以合适的烧结回火制度，得到高致密度、高磁性能磁体，弥补了合金元素添加带来的磁性能损失；在同等条件下进行PCT(高压蒸煮实验)实验，本发明方法比传统工艺制成的磁体失重减少80％以上，说明其具有更高的耐腐蚀性。

具体实施方式

实施例1

按设计成分(PrNd)_29.55Dy_2.2Nb_0.3Al_0.3Ga_0.1Cu_0.2Co_0.7Ni_0.2B_1.01Fe_65.74配制原料，在200kg甩片炉中熔炼，鳞片浇注时辊轮线速度为2～5m/s，最终得到0.25～0.35mm厚度的鳞片。将这些鳞片装入500kg旋转式氢碎炉氢碎，首先在70～90kPa的氢压力下吸氢1.5～3.5小时，然后在530℃左右真空脱氢3～5小时，达到5Pa左右，冷却8～12小时。将氢碎的粗粉加0.1％抗氧化剂，然后在N₂保护下进QLM300-5型气流磨，气流磨氧含量在100～150ppm，得到3～3.5μm细粉。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。其中汽油为120号航空汽油，占总量的2～3％，抗氧化剂分子式为C₈H₂₄O₂R，占总量的0.1％。将混合粉末在N₂保护下，在≥1.8T磁场中取向成型，生坯单位初始压力为300kg/cm^-2，初压后的生坯经过220Mpa冷等静压2分钟。将等静压后的生坯放入高真空烧结炉内，进行1080℃×4h烧结，然后通过890℃×1.5h和510℃×4h两级回火得到烧结磁体。将该法制得的磁体机加工后测其密度、磁性能，并做PCT(高压蒸煮实验)检测。PCT实验条件为120℃，100％RH，2.0bar，100h，检测结果列于表1。

对比例1

采用传统工艺，按实施例1设计成分配制原料，在50kg真空熔炼炉熔炼，浇注到双面冷却铜模中，冷却1小时左右得到18～22mm厚的铸锭。将铸锭在N₂保护下通过鄂式粗破碎和机械中破碎，得到平均粒度0.5mm左右的粗粉，将这些粗粉加0.1％抗氧化剂，然后在N₂保护下进QLM300-5型气流磨，气流磨氧含量在100～150ppm，得到3.5～4.5μm细粉。将这些细粉在混料机中混合均匀后在≥1.8T磁场中取向成型，成型直接在大气中进行，生坯单位初始压力300kg/cm^-2，初压后的生坯经过220Mpa冷等静压2分钟。将等静压后的生坯放入高真空烧结炉内，进行1130℃×4h烧结，然后通过890℃×1.5h和510℃×4h两级回火得到烧结磁体。将该法制得的磁体机加工后测其密度、磁性能，并做PCT(高压蒸煮实验)检测。PCT实验条件同实施例1，检测结果列于表1。

                表1、实验数据对比

 

性能	Br(KGS)	Hcb(KOe)	Hcj(KOe)	(BH)m(MGO)	Hk/Hcj％	密度(g/cm3)	失重(mg/cm2)
								传统工艺	12.72	12.16	16.59	38.64	94.87	7.44	15.3
实施例1	12.94	12.45	17.47	39.86	97.44	7.48	1.25

实施例2

按设计成分(PrNd)_26.8Dy_4.0Nb_0.3Al_0.2Ga_0.1Cu_0.15Co_1.2B_1.01Fe_66.24配制原料，原材料单价列于表2，该配方成本为110.3元/kg，按实施例1工艺制得烧结磁体。将该法制得的磁体机加工后测其密度、磁性能，并做PCT(高压蒸煮实验)检测。PCT实验条件同实施例1，检测结果列于表3。

        表2、原材料单价表

 

材料名称	PrNd	B(19.51％)Fe	Nb(63％)Fe	Dy	Al	Cu	Co	Fe	Ga
										材料单价(元/kg)	198	27	273	980	25.5	78	580	7.2	4000

对比例2

按设计成分(PrNd)_28.1Dy_4.4Nb_0.8Al_0.5Ga_0.1Cu_0.2Co_1.0B_1.04Fe_63.86配制原料，原材料单价同表2，该配方成本为113.7元/kg，按对比实施例1工艺制得烧结磁体。将该法制得的磁体机加工后测其密度、磁性能，并做PCT(高压蒸煮实验)检测。PCT实验条件同实施例1，检测结果列于表3。

             表3、实验数据对比

 

性能	Br(KGS)	Hcb(KOe)	Hcj(KOe)	(BH)m(MGO)	Hk/Hcj％	密度(g/cm3)	失重(mg/cm2)
								传统工艺	12.07	11.69	20.99	34.98	95.27	7.48	12.65
发明工艺	12.79	12.59	22.03	40.07	95.47	7.54	0.53

实施例3

按设计成分(PrNd)_23.7Dy_8.4Nb_0.5Al_0.7Cu_0.02Co_0.6B_1.05Fe_63.86配制原料，按实施例1工艺制得烧结磁体。将该法制得的磁体机加工后测其密度、磁性能，并做PCT(高压蒸煮实验)检测。PCT实验条件同实施例1，检测结果列于表四。

        表四、实验数据对比

 

性能

Br(KGS)

Hcb(KOe)

Hcj(KOe)

(BH)m(MGO)

Hk/Hcj％

密度(g/cm3)

失重(mg/cm2)

 

传统工艺	11.03	10.79	29.49	29.57	70	7.53	9.8
								发明工艺	11.11	10.89	30.55	30.13	71.15	7.62	0.45

对比例3

按实施例3设计成分配制原料，按实施例1工艺制得烧结磁体。将该法制得的磁体机加工后测其密度、磁性能，并做PCT(高压蒸煮实验)检测。PCT实验条件同实施例1，检测结果列于表四。

综上所述，本发明能够制得高性价比、高耐腐蚀性磁体，且工艺过程容易控制，适合批量生产。

Claims (2)

1.一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体，其特征在于：它是由如下方法制备得到的：

（1）配料：将表面洁净的原材料按如下设计合金成分配料，在真空甩片炉中熔炼快淬得到平均厚度0.25～0.35mm的鳞片；其中，所述钕铁硼磁体合金材料分子式的通式为：（PrNd)_aM_bB_cFe_(100-a-b-c)，a，b，c为质量百分比，且a=26%~32%，b=2%~8%，c=1.0%~1.05%，M为Dy元素或Cu元素或Co元素或Al元素或Ni元素或Ga元素或Nb元素；

（2）氢爆处理：将所述鳞片装入旋转式氢碎炉，首先在70～90kPa的氢压力下吸氢1.5～3.5小时，然后在450～650℃真空脱氢3～5小时，达到5Pa左右，冷却8～12小时，得到平均粒度0.5mm左右粗粉；

（3）研磨：将氢爆的粗粉加0.1%抗氧化剂，然后通过气流磨磨成平均粒度3～3.5μm细粉；

（4）混料：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，其中汽油为120号航空汽油，占总量的2～3%，抗氧化剂分子式为C₈H₂₄O₂R，占总量的0.1%；

（5）成型：将混合粉末在N₂保护下，在1.5～2T磁场中取向成型，生坯单位初始压力≥200kg/cm^-2，初压后的生坯经过220Mpa冷等静压2～5分钟；

（6）烧结：将等静压后的生坯放入高真空烧结炉内，在1050～1130℃烧结3～4小时，后在850～920℃回火1～3小时，最后在450～630℃时效3～5小时，制得烧结磁体。

2.一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（1）配料：将表面洁净的原材料按如下设计合金成分配料，在真空甩片炉中熔炼快淬得到平均厚度0.25～0.35mm的鳞片；其中，所述钕铁硼磁体合金材料分子式的通式为：（PrNd)_aM_bB_cFe_(100-a-b-c)，a，b，c为质量百分比，且a=26%~32%，b=2%~8%，c=1.0%~1.05%，M为Dy元素或Cu元素或Co元素或Al元素或Ni元素或Ga元素或Nb元素；

（2）氢爆处理：将所述鳞片装入旋转式氢碎炉，首先在70～90kPa的氢压力下吸氢1.5～3.5小时，然后在450～650℃真空脱氢3～5小时，达到5Pa左右，冷却8～12小时，得到平均粒度0.5mm左右粗粉；

（3）研磨：将氢爆的粗粉加0.1%抗氧化剂，然后通过气流磨磨成平均粒度3～3.5μm细粉；

（4）混料：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，其中汽油为120号航空汽油，占总量的2～3%，抗氧化剂分子式为C₈H₂₄O₂R，占总量的0.1%；

（5）成型：将混合粉末在N₂保护下，在1.5～2T磁场中取向成型，生坯单位初始压力≥200kg/cm^-2，初压后的生坯经过220Mpa冷等静压2～5分钟；

（6）烧结：将等静压后的生坯放入高真空烧结炉内，在1050～1130℃烧结3～4小时，后在850～920℃回火1～3小时，最后在450～630℃时效3～5小时，制得烧结磁体。