CN102969110A - 一种提高钕铁硼磁力矫顽力的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钕铁硼加工领域，特别涉及一种能渗入到钕铁硼磁体表面并提高钕铁硼磁体矫顽力的装置及方法，所述装置包括真空容器及自上而下依次设置于所述真空容器内部的阳极、至少一个源电极和阴极，以及工件架，所述真空容器的顶部设置有惰性气体导入口和坩埚温控器，所述阳极与源电极通过等离子电源电连接，所述阳极与阴极通过等离子电源电连接。加工时，本发明通过辅助加热和离子化两种方式，使镝、铽或镝铽合金在900～1100℃之间挥发，此种加热方式不会对磁体造成伤害，磁体温度能准确控制，在磁体温度达到600～1000℃时迅速渗入到磁体晶间，从而极大的提高了矫顽力。
Description
技术领域
本发明涉及钕铁硼加工领域，特别涉及一种能渗入到钕铁硼磁体表面并提高钕铁硼磁体矫顽力的装置及方法。
背景技术
新型永磁材料NdFeB是1983年开始并逐渐发展起来的一种高性能永磁体，通常NdFeB是由富Nd和基相Nd2Fe14B相组成的，在国内得到了广泛的应用，通常钕铁硼的制造工艺为：熔炼-制粉-压型-烧结及热处理。
根据产品的不同要求，烧结后的工件有时还需进行各种后续热处理，以提高其表面性能。影响钕铁硼永磁体性能的因素相当多，如：成分、生产工艺及热处理方法等，但是当材料配方确定之后，磁性能决定于它的组织结构。钕铁硼磁体由三个相组成：Nd2Fe14B相是构成磁体的基相，是使钕铁硼具有优异磁性能的主要相，Nd2Fe7B6是富硼相，它在室温呈非铁磁性；还有约含90%钕的富钕相，弥散分布于基体相之间，把基体相和富硼相分隔开。
正是由于NdFeB永磁体是一种多孔烧结体，且极易氧化，因此在真空下使金属挥发到磁体表面，可明显改善和提高磁性能。金属的晶界渗入是公知的理论,日立金属株式会社申请号CN200780003883.X中提到其制造方法采用真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、IVD法、EVD法及浸渍法中的任一种方法实施。总结其上镀方法共三种：蒸镀、溅射及浸渍法，蒸镀的缺点是金属很难蒸发到磁体上，对磁体要求温度高，且在这种蒸发方式下，需对磁体高温加热，其磁体本身的性能会在一定程度上变差，不利于其磁性能的提高；溅射的缺点是速度慢，效率低；而浸渍法对整个工艺要求太高，其对应的成本也会相对高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种能渗入到钕铁硼磁体表面并提高磁体矫顽力的金属真空挥发方法及实施该方法的装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种提高钕铁硼矫顽力的装置，包括真空容器及自上而下依次设置于所述真空容器内部的阳极、至少一个源电极和阴极，以及工件架，所述真空容器的顶部设置有惰性气体导入口和坩埚温控器，所述阳极与源电极通过等离子电源电连接，所述阳极与阴极通过等离子电源电连接。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述源电极由挥发金属元素组成。
进一步，所述挥发金属元素为镝、铽或镝铽合金。
进一步，所述源电极置于坩埚内。
进一步，所述阴极固定在工件架一侧。
本发明还提供一种利用上述装置的提高钕铁硼矫顽力的方法，包括以下步骤：
1）将钕铁硼磁体放置于工件架上，将装置抽成真空，通过设置于真空容器的顶部的惰性气体导入口充入惰性气体；
2）开启电连接阳极与阴极的等离子电源，对钕铁硼磁体进行加热；
3）开启电连接阳极与源电极的等离子电源及设置于所述真空容器顶部的坩埚温控器，对源电极加热使其挥发、渗入钕铁硼表面，持续12～18个小时。
进一步，步骤1）所述的充入惰性气体后的压力为1～100Pa。
进一步，步骤2）所述的电连接阳极与阴极的等离子电源的电压为300～1500伏，对钕铁硼磁体加热至600～1000℃。
进一步，步骤3）所述的电连接阳极与源电极的等离子的电压为400～600伏，对源电极加热至900～1100℃，钕铁硼表面的温度为850～1500℃。
本发明的有益效果是：传统的烧结处理方式对温度要求严格：温度过高，金相组织结构会形成大晶粒，形成过烧；温度过低，晶粒空隙大，同样会影响产品性能；只有合适的温度才能保证产品的各项指标。磁体在800～1000℃进入晶间相，大于1000℃时进入主相，而镝的熔点是1412℃，铽的熔点是1356℃，传统的蒸镀方法是将镝或铽加热至2000℃挥发，但此种加热方式已经超过磁体所能承受的高温，磁体性能变差。而本发明通过辅助加热和离子化两种方式，使镝、铽或镝铽合金在900～1100℃之间挥发，此种加热方式不会对磁体造成伤害，磁体温度能准确控制，在磁体温度达到600～1000℃时迅速渗入到磁体晶间，从而极大的提高了矫顽力。
附图说明
图1为本发明结构图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、惰性气体入口，2、阳极，3、温控器，4、工件架，5、加热器，6、阴极，7、源电极，8、等离子电源，9、坩埚温控器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明包括真空容器及自上而下依次设置于所述真空容器内部的阳极2、至少一个置于坩埚内的源电极7和阴极6，所述真空容器的顶部设置有惰性气体导入口1和坩埚温控器9，所述阳极2与源电极7通过等离子电源8电连接，所述阳极3与阴极6通过等离子电源8电连接，所述阴极6固定在上方设有温控器3、下方设有加热器5的工件架4的一侧。
其中，所述源电极由挥发金属元素组成，所述挥发金属元素为镝、铽或镝铽合金。
本发明还提供一种提高钕铁硼磁体矫顽力的方法，通过以下实施例来解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
⑴在真空容器内设置阳极、阴极及预蒸发金属组成的源极；预挥发金属元素为镝，将镝放置于空心杯状的坩埚中。
⑵将钕铁硼磁体放入真空容器中旋转工件上，工件尺寸为40×30×2.2mm，启动真空泵，把真空室抽真空，真空度为1×10-1帕，后开始充入氩气，室内压力为1帕。
⑶开启等离子电源，阳极和阴极之间的电压为1200伏，用加热器对钕铁硼工件进行加热至850℃进行保压，工件间的距离为10MM。
⑷开启辉光放电加热及辅助加热装置，电压为500伏，对金属进行加热，温度为950℃时，开始挥发，并渗透在钕铁硼工件表面，在此过程中，钕铁硼工件升温区间为850℃，且不能超过850～1050℃，12小时后关闭加热装置和等离子电源。
⑸抽真空冷却开炉。
实施例2
⑴在真空容器内设置阳极、阴极及预蒸发金属组成的源极，预挥发金属元素为铽，将铽放置于空心杯状的坩埚中。
⑵将钕铁硼磁体放入真空容器中旋转工件上，工件尺寸为40×30×2.2mm，启动真空泵，把真空室抽真空，真空度为3×10-1帕，后开始充入氩气，室内压力为30帕。
⑶开启阳极和阴极之间的等离子电源，调节电压为1500伏，用加热器对钕铁硼工件进行加热至600℃进行保压，工件间的距离为20MM。
⑷开启阳极和源极之间电源及辅助加热装置，辉光放电电压为400伏，对金属铽进行加热，温度为900℃时开始挥发，渗入到钕铁硼工件表面，在此过程中，钕铁硼工件升温区间为850～1050℃，且不能超过1050℃，15小时后关闭加热装置和等离子电源。
⑸抽真空冷却开炉。
实施例3
⑴真空容器内设置阳极、阴极及预挥发金属组成的源极；预挥发金属元素为镝铽合金，将镝放置于空心杯状的坩埚中。
⑵将钕铁硼磁体放入真空容器中旋转工件上，工件尺寸为40×30×2.2mm，启动真空泵，把真空室抽真空，真空度为6×10-1帕，后开始充入氩气，室内压力为100帕。
⑵启等离子电源，阳极和阴极之间的电压为300伏，用加热器对钕铁硼工件进行加热至1000℃进行保压，工件间的距离为30MM。
⑷开启阳极和源极之间电源及辅助加热装置，辉光放电电压为600伏，对金属镝铽合金进行加热，温度为1100℃时，开始挥发，渗入到钕铁硼工件表面，在此过程中，钕铁硼工件升温区间为850～1050℃，且不能超过1050℃，18小时后关闭加热装置和等离子电源。
⑸抽真空冷却开炉。
表1实施例1～3产品成分对比
表2实施例1～3产品性能对比
从表1可以看出：采用以上三种工艺处理后的磁体，其渗入到磁体的金属量分别为：0.4%的镝，0.4%的铽，0.32%的镝。从表2的性能对比表可以看出：金属渗入到磁体表面后，磁体矫顽力均有不同程度的增加，实施案例2效果最为突出。由此可见，经本发明处理的钕铁硼磁体与常规磁体相比，在耐高温和矫顽力方面，性能得到了极大的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种提高钕铁硼矫顽力的装置，包括真空容器及自上而下依次设置于所述真空容器内部的阳极、至少一个源电极和阴极，以及工件架，其特征在于，所述真空容器的顶部设置有惰性气体导入口和坩埚温控器，所述阳极与源电极通过等离子电源电连接，所述阳极与阴极通过等离子电源电连接。
2.根据权利要求1所述的提高钕铁硼矫顽力的装置，其特征在于，所述源电极由挥发金属元素组成。
3.根据权利要求2所述的提高钕铁硼矫顽力的装置，其特征在于，所述挥发金属元素为镝、铽或镝铽合金。
4.根据权利要求1至3任一所述的提高钕铁硼矫顽力的装置，其特征在于，所述源电极置于坩埚内。
5.根据权利要求1至3任一所述的提高钕铁硼矫顽力的装置，其特征在于，所述阴极固定在工件架一侧。
6.一种提高钕铁硼矫顽力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将钕铁硼磁体放置于工件架上，将权利要求1至5任一所述的装置的真空容器抽成真空，通过设置于真空容器的顶部的惰性气体导入口充入惰性气体；
2）开启电连接阳极与阴极的等离子电源，对钕铁硼磁体进行加热；
3）开启电连接阳极与源电极的等离子电源及设置于所述真空容器顶部的坩埚温控器，对源电极加热使其挥发、渗入钕铁硼表面，持续12～18个小时。
7.根据权利要求6所述的提高钕铁硼矫顽力的方法，其特征在于，步骤1）所述的充入惰性气体后的压力为1～100Pa。
8.根据权利要求6所述的提高钕铁硼矫顽力的方法，其特征在于，步骤2）所述的电连接阳极与阴极的等离子电源的电压为300～1500伏，对钕铁硼磁体加热至600～1000℃。
9.根据权利要求6所述的提高钕铁硼矫顽力的方法，其特征在于，步骤3）所述的电连接阳极与源电极的等离子的电压为400～600伏，对源电极加热至900～1100℃，钕铁硼表面的温度为850～1050℃。
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