CN101996721A

CN101996721A - 一种提高烧结钕铁硼矫顽力的方法

Info

Publication number: CN101996721A
Application number: CN200910101744.1A
Authority: CN
Inventors: 郭帅; 闫阿儒; 李东
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: CN101996721B

Abstract

本发明涉及一种晶界相中添加稀土氢化物提高烧结钕铁硼矫顽力的方法，其特征在于采用单一稀土或混合稀土金属的氢化物作为晶界相加入钕铁硼主相合金达到提高烧结钕铁硼矫顽力。本发明提供了一种添加少量稀土氢化物提高矫顽力的工艺，控制添加元素在晶界的分布，避免了某些合金元素对主相的不利影响，充分挖掘NdFeB磁体性能的改进潜力。

Description

一种提高烧结钕铁硼矫顽力的方法

技术领域

本发明涉及一种晶界相中添加稀土氢化物提高烧结钕铁硼矫顽力的方法。

背景技术

作为第三代稀土永磁材料的钕铁硼稀土永磁材料，自从1983年由日本住友金属和美国GM公司首先商品化开发以来，由于具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积的特点，广泛应用于电力电子、通讯、信息、电机、交通运输、办公自动化、医疗器械、军事等领域，并使一些小型、高度集成的高新技术产品的应用成为可能，如硬盘用音圈电机(VCM)等。随着日益增长的环境保护需要，采用混合动力、电动或燃料电池汽车来替代传统内燃机车已成为未来的一种必然选择。2004年全球汽车年产量为6300万辆左右，2005年中国汽车年产量超过600万辆，这一转变将给钕铁硼永磁材料带来巨大的发展契机。例如，每辆丰田Prius混合动力汽车，其中电动机和发电机所用的钕铁硼永磁材料重量超过2kg，全球仅该车型就已销售50万辆以上。

中国钕铁硼稀土永磁材料年产量从1985年时的10吨，以年均50％左右的速度高速增长，烧结NdFeB磁体产量于2000年超过日本位居全球第一，已构成全球产量的主体，到2005年突破4.5万吨，占据世界总产量的80％以上。据2008年的统计资料，目前我国的生产能力为80000吨/年。生产厂家为130多家企业，其中产量大于3000吨的有5家，产量在1000～3000吨/年的有11家，产量在500～1000吨/年的有20家。预计到2010年中国各类磁体的产量均稳居世界之首，占全球的份额还将继续增大，到2020年，中国磁性材料的产量将占全球一半以上，成为世界磁性材料产业中心。另外，由于世界各类磁体配套件市场向中国转移，磁体的应用市场也在中国；加上中国磁体价廉物美，磁体的销售市场也在中国。然而，高市场占有率并不意味着高产值，由于我国生产的绝大部分为中低档低附加值产品，销售收入仅和占市场15％左右的日本相当。根本原因除生产装备落后外，未能采用新工艺进行技术革新也是一个重要的方面。目前我国稀土永磁产业正处于快速发展阶段，稀土永磁材料的研发应结合社会发展和国家安全的战略考虑，充分发挥人力资源，矿产资源，以及基础科学研究和工程研究方面的整体优势，将低成本高性能NdFeB系永磁体的设计，开发和应用作为研发的重点目标。

目前，国内钕铁硼生产企业普遍采用单合金工艺，添加中重稀土元素提高磁体性能，尤其是生产SH、UH和EH以上高矫顽力产品时，往往更是过量添加。而国外如日本Neomax、信越和德国VAC等钕铁硼制造先进企业，更为注重产品的微观组织结构和杂质控制，而非只通过中重稀土的添加来提高产品的性能。和中国同类产品相比，不但性能上有一定优势，而且制造成本明显降低，节约了宝贵的稀土资源。近年来随着稀土等原材料市场的不断快速上涨，国内钕铁硼制造企业普遍已感受到沉重的压力。

NdFeB磁体的磁性能不仅受控于主相的本征磁特性而且对晶间组织结构非常敏感。合金化改进NdFeB磁体性能主要是通过晶间组织结构的优化来实现。但是传统的单合金工艺均是通过熔炼工艺将合金元素直接熔入形成多元合金，合金元素进入磁体后在影响主相Nd₂Fe₁₄B本征磁特性的同时，亦改变了晶间的组织和结构，从而影响组织敏感参量。添加重稀土元素Dy和Tb都能使磁体矫顽力大幅度增加，显著提供NdFeB磁体的使用温度。但由于重稀土元素价格昂贵，因此显著增加了磁体的成本。同时由于重稀土元素与铁属反铁磁耦合，降低铁原子磁矩，从而导致Bs和Br下降。因此在提高磁体使用温度和保持高磁能积的前提下，应降低Co，Dy和Tb等贵重金属的加入量。

综上所述，通过合金化手段改善NdFeB磁体的性能，就必须控制各类合金化元素在磁体中的合理分布，使不同类型的合金元素能够“物尽其用，趋利避害”。NdFeB磁体的矫顽力由反磁化畴的形核控制，而反磁化畴一般容易在晶界区域形核，晶界区域是反磁化过程的薄弱环节，因而合金化的重点应该重点放在晶间区域，这一方面能够充分挖掘NdFeB磁体性能的改进潜力，较大范围地调整磁体性能，避免了某些合金元素对主相的不利影响；另一方面可望减少Dy、Tb等重稀土元素的添加量，降低高性能磁体的制造成本。基于以上思路，近期发展了一种新的制造烧结NdFeB磁体的方法，即双合金工艺。与单合金工艺相比，主要区别在于：冶炼两种合金，分别铸锭。其中主合金的成分与Nd2Fe14B相的成分十分接近；辅合金是富稀土(R＝Nd、Pr、Dy、Tb等)的，并含有Co、Al、Cu、Ga、V，Ti等一种或两种以上的元素，辅合金实际是晶界相。这一方面能够充分挖掘NdFeB磁体性能的改进潜力，较大范围地调整磁体性能；另一方面避免了某些合金元素对主相的不利影响。

发明内容

本发明主要针对现有的为提高烧结钕铁硼磁体的矫顽力，大量消耗稀土，且因为重稀土元素与铁属反铁磁耦合，降低铁原子磁矩，从而导致Bs和Br下降的缺点，提供了一种添加少量稀土氢化物提高烧结钕铁硼矫顽力的方法，控制添加元素在晶界的分布，可以弥补传统方法的缺点，本发明同时又解决了稀土直接添加不易破碎的难题，提高了稀土的利用率。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种提高烧结钕铁硼矫顽力的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将钕铁硼主相铸锭或速凝片置入氢破炉中通氢气破碎。即将钕铁硼合金置于可抽真空的烧结炉内，室温下通入氢气，使烧结炉内氢气压力保持在0.8～5×10⁵Pa，时间2～4小时，保持压力冷却至室温；然后将氢通过真空系统抽出，在真空度达到1kPa以下后开始升温，采用300～650℃保温1～6小时的脱氢工艺，脱氢结束后，冷却至室温。

2)将单一或混合稀土金属放入氢破炉内抽真空后，在室温～300℃通入氢气，使氢气压力保持在0.8～5×10⁵Pa，至稀土金属吸氢饱和后，冷却至室温。

3)将制得的主相氢破粉和稀土氢化物分别进行气流磨，在惰性气体(N₂、或者Ar)的保护下将料取出送入气流磨磨粉，至主相合金粉末的平均粒度在1～10μm，稀土氢化物粉末的平均粒度在1～10μm；

4)将获得的主相磁粉和稀土氢化物粉末按比例混合，其中稀土氢化物占总重量的0～10％，将两种粉末放入混粉机中进行混粉，再将此混合的粉料在磁场为1.2～2.0T的磁场中取向压制成型，再进行冷等静压；

5)将成型后产品送入烧结炉进行烧结，烧结过程如下：升温至300～600℃，保持温度0.5～6小时去氢；最后升温至1020～1120℃烧结，保持温度1～4小时，采用风冷或水冷进行降温冷却。

6)采用二级回火工艺，分别在800-950℃和450-650℃热处理回火1-4小时。

所述的采用速凝片或铸锭工艺所得的合金，其成分为Nd_aM_bFe_100-a-b-cB_c(wt％)，其中20≤a≤33，0≤b≤10，0.9≤c≤1.2，M为La，Ce，Pr，Dy，Tb，Ga，Co，Cu，Al，Nb元素中的一种或几种。

所述的稀土氢化物为La，Ce，Pr，Dy，Tb的单一稀土或混合稀土的氢化物。

本发明具有以下优点：

1、本发明采用充分利用稀土氢化物易于破碎，便于控制分布于晶界相的特点，改变了现有常规技术采用的元素复合替代使矫顽力提高的同时大幅度的降低了矫顽力的缺点，通过晶界添加氢化物，再通过与制作工艺的合理搭配，使得添加的稀土分布于晶界，达到充分利用的目的。

2、本发明采用的稀土氢化物在烧结时，由于增加了稀土液相，改善了磁体的烧结行为，促进了烧结行为的进行。

附图说明

图1为本发明的实施例2此题的晶界处能谱图

图2为本发明的实施例2磁体的晶粒处能谱图

具体实施方式

以下说明本发明的具体实施例：但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

采用设计成分为Nd₃₁Co_1.2Cu_0.04Fe_balB_0.96的速凝片为主相合金，进行氢破碎后放入气流磨进行磨粉，制得平均粒度为3.38μm的主相合金磁粉；

将纯度为99.9的稀土Tb放入氢破炉内，在200℃，300kpa的氢气压下吸氢饱和后，取出再送入气流磨内进行气流磨，制得平均粒度为1.84μm的TbHx粉末；

将两种粉末放入混粉机内进行混粉，其中TbHx粉末占混合粉体总质量的1.2％，混合均匀后，在惰性气体的保护下压型，在1050℃烧结2小时，之后再进行900℃和500℃各2小时的二级回火热处理；

加工成Φ10×10的样品，与不添加稀土氢化物的主相合金制作的磁体性能对比如表1所示

表1：添加TbHx与不添加磁体的性能对比

实施例2

将纯度为99.9的稀土Dy放入氢破炉内，在200℃，300kpa的氢气压下吸氢饱和后，取出再送入气流磨内进行气流磨，制得平均粒度为1.75μm的DyHx粉末；

将两种粉末放入混粉机内进行混粉，其中DyHx粉末占混合粉体总质量的2％，混合均匀后，在惰性气体的保护下压型，在1050℃烧结2小时，之后再进行900℃和500℃各2小时的二级回火热处理；

加工成Φ10×10的样品，与不添加稀土氢化物的主相合金制作的磁体性能对比如表2所示

表2：添加DyHx与不添加磁体的性能对比

实施例3

将纯度为99.9的稀土Dy和Tb按照2∶3的比例混合放入氢破炉内，在200℃，300kpa的氢气压下吸氢饱和后，取出再送入气流磨内进行气流磨，制得平均粒度为1.8μm的混合稀土氢化物粉末；

将两种粉末放入混粉机内进行混粉，其中混合稀土氢化物粉末占混合粉体总质量的1％，混合均匀后，在惰性气体的保护下压型，在1050℃烧结2小时，之后再进行900℃和500℃各2小时的二级回火热处理；

加工成Φ10×10的样品，与不添加稀土氢化物的主相合金制作的磁体性能对比如表3所示

表3：添加DyTb混和稀土氢化物与不添加磁体的性能对比

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种提高烧结钕铁硼矫顽力的方法，其特征在于步骤依次为：

1)主相合金采用铸造工艺制成钕铁硼铸锭合金或用速凝工艺制程钕铁硼速凝薄片；

2)采用氢破法将主相合金铸锭或速凝片破碎，采用纯稀土或混合稀土金属进行吸氢获得稀土氢化物合金；

3)将主相合金和稀土氢化物合金分别进行气流磨制粉，分别制成平均颗粒直径为1-10μm粉末；

4)将主相合金粉末和稀土氢化物合金粉末混合，稀土氢化物合金粉末重量占总重量的0～10％，在混料机中均匀混合成混合粉末；

5)混合粉末在1.2-2.0T的磁场中压制成型生坯；

6)将生坯放入烧结炉内，在1020-1120℃烧结1-4h，再经过800-950℃和450-650℃热处理回火1-4h，制得烧结磁体；使所述的添加的稀土氢化物的稀土在最终钕铁硼磁体中表现为分散于晶界处。

2.根据权利要求1所述的提高烧结钕铁硼矫顽力的方法，其特征在于采用速凝片或铸锭工艺所得的合金，其成分为Nd_aM_bFe_100-a-b-cB_c(wt％)，其中20≤a≤33，0≤b≤10，0.9≤c≤1.2，M为La，Ce，Pr，Dy，Tb，Ga，Co，Cu，Al，Nb元素中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的提高烧结钕铁硼矫顽力的方法，其特征在于所述的稀土氢化物为La，Ce，Pr，Dy，Tb的单一稀土或混合稀土的氢化物。

4.根据权利要求1所述的提高烧结钕铁硼矫顽力的方法，其特征在于所添加的稀土氢化物的稀土在最终钕铁硼磁体中表现为分散于晶界处。