CN102990057A

CN102990057A - 一种生产高性能钕铁硼粘接磁粉的工艺方法

Info

Publication number: CN102990057A
Application number: CN2012104835650A
Authority: CN
Inventors: 蔺继荣; 刘官员
Original assignee: BAOTOU KERUI WEICI NEW MATERIAL Co Ltd
Current assignee: BAOTOU KERUI WEICI NEW MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-11-26
Also published as: CN102990057B

Abstract

本发明涉及一种生产高性能钕铁硼粘接磁粉的工艺方法，其特征是：将快淬钕铁硼磁粉按照晶体显微结构的区别和磁粉内部晶体平均尺寸分为：过淬磁粉、欠淬磁粉、合理淬速磁粉三类；按所述分类标准对磁粉进行分离，将分离出的三种不同淬率的磁粉，采用不同的晶化热处理温度和时间进行热处理，从而得到最佳磁性能的磁粉。其优点是：应用精确计算的磁选分级方法，将不同淬率的磁粉分类，然后针对不同淬率磁粉，采用不同的晶化热处理温度和时间的热处理方式，使晶粒分布均匀，得到最佳的晶粒尺寸，从而得到最佳的磁性能，制成高性能的粘接磁粉，本工艺方法可以将同类磁粉的性能提高15～20%以上。

Description

一种生产高性能钕铁硼粘接磁粉的工艺方法

技术领域：

本发明涉及一种生产高性能钕铁硼粘接磁粉的工艺方法，属于金属冶金和电子工业技术领域。

技术背景：

钕铁硼稀土磁性材料按照生产工艺，基本上可以分为两种类型。一种是烧结钕铁硼，另一种是粘接钕铁硼。粘接钕铁硼磁体的基本原料称为钕铁硼快淬磁粉。快淬磁粉的大规模生产应用始于上世纪八十年代末。钕铁硼快淬磁粉的基本原料是稀土鐠钕金属，硼和金属铁。其生产工艺非常复杂，基本可以概括为：合金熔炼、合金快淬、磁粉粉碎、磁粉晶化、磁粉混合与包装。

由于钕铁硼快淬磁粉的生产工艺涉及许多方面的技术基础和工业基础，它的生产技术一直被国外公司所垄断。我国在这方面的开发研究已经有20多年的历史，但是基于上述方面的原因，在关键技术上尚没有最后突破。特别是在如何控制熔融合金快速凝固速率方面，进展缓慢。因此，国内除少数厂家可以小规模生产，尚没有形成生产高性能磁粉的能力和规模。

我们一直在尝试研发一种可以规模化生产高性能快淬钕铁硼磁粉的生产工艺。通过大量的实验研究发现，快淬钕铁硼磁粉熔融合金在快淬凝固过程中，由于流出喷嘴的流速随时会发生变化，合金溶液的温度不可能很稳定，冷却水的温度也会发生变化，考虑到这些因素，即使保持快淬轮的转速均匀，磁粉的冷凝速率也就是淬速是非常不均匀的。通过对不同淬率磁粉进行分选，然后用扫描电镜分析研究，我们发现：

1、不同淬率的磁粉，它们的晶粒尺寸和分布有着很大差异，其初始磁性能也也有很大区别。

2、通过对分选的磁粉进行晶化热处理，我们发现了一个重要的现象，过淬磁粉，晶粒尺寸小，初始磁性能比较低，在晶化过程中晶粒会有不同程度的长大，晶化热处理以后的性能显著提高，所需的晶化的温度高晶化时间长。

3、合理淬速磁粉的晶粒尺寸和分布都很理想，初始磁性能比较高，如果晶化温度合适，磁粉的晶粒分布和尺寸会有所改善，使得磁性能更高。

4、欠淬的磁粉，晶粒尺寸过大，初始磁性能比较低。如果用常规的晶化温度，会让晶粒尺寸继续长大，而且分布更差，性能进一步下降。如果大幅度降低晶化温度，会保持原来的性能不变，或者稍微改善。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种旨在改进磁粉的晶化工艺过程的生产高性能钕铁硼粘接磁粉的工艺方法，应用本方法能够将同类磁粉的性能提高15～20%以上。

本发明的目的还在于提供一种将快淬磁粉按照微观结构进行分类的标准。

本发明的另一个目的还在于提供一种磁选的分离方法，将不同淬率状态的磁粉安全快速地分离出来。

本发明的第三个目的在于针对上述三种淬率状态磁粉分别提供晶化热处理工艺方法和工艺参数，从而得到最佳性能的磁粉。

本发明的制造工艺如下：

将快淬钕铁硼磁粉按照晶体显微结构的区别和磁粉内部晶体平均尺寸进行分类，将快淬磁粉分为：过淬磁粉、欠淬磁粉、合理淬速磁粉三类；第一类过淬磁粉的平均微观晶粒尺度范围小于8纳米或者是非晶状态，第二类欠淬磁粉的微观晶粒尺度范围大于50纳米，第三类合理淬速磁粉的平均微观晶粒尺寸范围在8～50纳米；按所述分类标准对磁粉进行分离，将分离出的三种不同淬率的磁粉，采用不同的晶化热处理温度和时间进行热处理：过淬磁粉（第一类）晶化温度范围是675～750℃，晶化时间范围是20～25分钟；合理淬率磁粉（第三类）晶化温度范围是600～660℃，晶化时间范围是10～15分钟；欠淬磁粉（第二类）晶化温度范围是540 ～570℃，晶化时间范围是5～10分钟。

所述的制造工艺的特征还在于，热处理后的过淬磁粉、欠淬磁粉、合理淬率的磁粉中的两种或三种能够按任意比例进行混合；

所述磁粉的分离采用磁选的分离方法进行：用比较弱的磁场Q=10～150高斯/厘米,将过淬磁粉（第一类）分离出来；用比较强的磁场Q= 200～300 高斯/ 厘米,分离出欠淬磁粉（第二类）；用很强的磁场Q=500～1200 高斯/厘米,把合理淬速磁粉分离出来。

本发明的特征还在于，如果磁粉中混有其它杂质包括合金颗粒，都会在磁场分离工艺过程中分离出这些杂质或合金颗粒。

本发明的优点是：应用精确计算的磁选分级方法，将不同淬率的磁粉分类，然后针对不同淬率磁粉，采用不同的晶化热处理温度和时间的热处理方式，使晶粒分布均匀，得到最佳的晶粒尺寸，从而得到最佳的磁性能，制成高性能的粘接磁粉，本工艺方法可以将同类磁粉的性能提高15～20%以上。

具体实施方式

在大量实验研究的基础上，我们开发出了本发明的工艺方案，在合金熔淬和破碎以后，用精细设计的磁选设备，对磁粉进行分选，把不同的淬率磁粉分选为三种类型，即过淬磁粉，合理淬率磁粉，欠淬磁粉。然后选用不同的晶化温度和时间参数，分别对上述三种类型的磁粉进行晶化，以得到高性能的磁粉。根据磁粉的退磁曲线的分析，并且进行了大量的实验，发现磁粉在磁场中所受到的磁力除了跟磁场成正比，还跟 dM/dH 有关，也就是跟磁粉在第二象限的退磁曲线的形状有关，其中M 是磁化强度，H是磁选机的磁场强度。

1．实施工艺（工艺中所涉及的含量均为重量比含量）

1）合金熔炼

按照设计成分备料，使用99.9% 纯度的稀土金属鐠钕，其中氧含量小于300ppm, 氮含量小于 50ppm, 并且考虑到金属鐠钕的挥发损失补偿；使用电工纯铁，其中，碳含量小于500ppm, 硅含量小于1000ppm；使用硼铁，硼含量为20.4%；使用纯度为99.5% 的金属铌；使用99.9% 纯度金属钴,其中氧含量小于300ppm；氮含量小于50 ppm。每个批次配料100公斤左右，分两次放入50kg中频真空感应炉中在高真空条件下熔炼和精炼，熔炼温度为1380 oC，然后在1350 oC和5托氩气气氛下精炼10分钟，去除合金中的有害杂质。用ICP 测量合金成分，然后将合金溶液浇铸成25公斤左右的合金锭。

2）合金快淬

将合金锭放入100公斤真空感应快淬炉中，将合金溶液快速冷却凝固成钕铁硼快淬合金片。

3）合金片破碎

将合金片放入破碎机，破碎成40目的磁粉。

4）磁选分离

采用三级磁选机，磁选机料斗中的磁粉落到震动金属板，过淬磁粉首先被第一级弱磁场捕获，在旋转的滚筒离心力作用下，落入收集桶。依次欠淬磁粉和合理淬率磁粉被捕获和分离，最后无磁性物质落入传送带末端的废料收集桶。

磁选机的设计说明如下：

1．磁选机振动连续输料装置：

磁粉进入磁选机后在一个金属板上振动向前行进。磁粉首先进入第一级弱磁场区，这时过淬磁粉全部被分离；然后磁粉进入中磁场区，这时欠淬磁粉被选取分离；最后的合理淬率磁粉在强磁场区被选取分离。没有被选取的料渣、杂物在振动金属板上的顶端落入废料收集桶。为了防止磁粉的氧化和燃烧，磁选机内部充入氮气保护，氮气的含量超过95% 。

2．磁选区磁场的设计：

磁性物质在磁场中的受力和磁性物质的dM/dH有关，也就是跟磁粉在第二象限的退磁曲线的形状有关，其中M 是磁化强度，H是磁选机的磁场强度，利用这一特性可以利用磁场分离不同磁化强度的物质。为了提高分离能力，除了磁场足够大外，设计磁选机所选用磁体表面磁感应强度和磁选区的尺寸之比尤为重要。

定义： Q= B /h

B磁体磁感应强度单位高斯

h磁选区尺寸磁选机磁体下表面到传送板距离单位厘米

设计三个磁选区：

弱磁场区： 10 ～ 150 高斯/厘米分选过淬磁粉

中磁场区： 200 ～ 300 高斯/厘米分选欠淬磁粉

强磁场区： 500 ～ 1200 高斯/厘米分选合理淬率磁粉

调整磁体下表面到传送板距离可以改变Q值。

5）晶化热处理

1）将过淬磁粉放入真空晶化热处理炉内，抽真空，充入氩气，升温至675 ～ 750℃，保温20～25分钟，冷却至室温，将磁粉取出。

2）将欠淬磁粉放入真空晶化热处理炉内，抽真空，充入氩气，升温至540 ～ 570℃，保持5～10分钟，冷却至室温，将磁粉取出。

3）将合理淬率磁粉放入真空晶化热处理炉内，抽真空，充入氩气，升温至600 ～ 660℃，保持10～15分钟，冷却至室温，将磁粉取出。

6）测试混料包装

用VSM 测试三种类型的磁粉的磁性能。根据客户的需求，混料包装。

实施例1

按照设计重量百分比配料， 99.9% 纯度的稀土鐠钕金属，重量百分比26.4%；硼铁（B含量20.4%），重量百分比4.8%；使用99.5%纯度的金属铌，重量百分比0. 15%；99.9% 纯度金属钴，重量百分比2.0 %；余量为电工纯铁，共配料104公斤。按本发明工艺，分两批投入中频真空感应炉中熔炼，浇铸成合金锭。合金锭放入100公斤真空感应熔融快淬炉制成合金片大约95公斤。将合金片破碎。然后使用磁选机分类选出，其中Q值固定为：弱磁场区 55，中磁场区220，强磁场区 780；从中选出过淬磁粉29公斤，欠淬磁粉18.8 公斤，合理淬率磁粉46公斤，碎渣大约1.1公斤。按照本工艺所描述的过程，将这三种磁粉分别进行晶化热处理，过淬粉的晶化温度为705℃，时间为21分钟；过淬淬粉的晶化温度为555℃，时间为8分钟；合理淬率粉的晶化温度为635℃，时间为12分钟。将三种磁粉混合均匀得到磁粉94.8公斤，用VSM测量磁性能，Br = 8.88 kGs, Hci = 9.46 kGs, BHmax = 15.5 MGOe。

实施例2

按照设计重量百分比配料， 99.9% 纯度的稀土鐠钕金属，重量百分比26.7%；硼铁（B含量20.4%），重量百分比4.8%； 99.5%纯度的金属铌，重量百分比0. 15%； 99.9% 纯度金属钴, 重量百分比2.0 %；余量为电工纯铁，共配料106公斤，按本发明工艺，分两批投入中频真空感应炉中熔炼，浇铸成合金锭。合金锭放入100公斤真空感应熔融快淬炉制成合金片大约96公斤。将合金片破碎。然后使用磁选机分类选出，其中Q值固定为：弱磁场区 65，中磁场区210，强磁场区 880；从中选出过淬磁粉32.4公斤，欠淬磁粉12.6 公斤，合理淬率磁粉49.3公斤，碎渣大约1.4公斤。按照本工艺所描述的过程，将这三种磁粉分别进行晶化热处理，过淬粉的晶化温度为705℃，时间为21分钟；过淬淬粉的晶化温度为555℃，时间为8分钟；合理淬率粉的晶化温度为635℃，时间为12分钟。将三种磁粉混合均匀得到磁粉95.6公斤，用VSM 测量磁性能，Br = 8.89 kGs, Hci = 9.75 kGs, BHmax = 15.9 MGOe。

实施例3

按照设计重量百分比配料， 99.9% 纯度的稀土鐠钕金属，重量百分比27.1%；硼铁（B含量20.4%），重量百分比4.8%； 99.5%纯度的金属铌，重量百分比2.05%；余量为电工纯铁，共配料108公斤，分两批投入中频真空感应炉中熔炼，浇铸成合金锭。合金锭放入100公斤真空感应熔融快淬炉制成合金片大约98公斤。将合金片破碎。然后使用磁选机分类选出，Q值固定为：弱磁场区 98，中磁场区210，强磁场区 980；从中选出过淬磁粉52.4公斤，欠淬磁粉12.6 公斤，合理淬率磁粉31.3公斤，碎渣大约1.2公斤。按照本工艺所描述的过程，将这三种磁粉分别进行晶化热处理，过淬粉的晶化温度为725℃，时间为25分钟；过淬淬粉的晶化温度为570℃，时间为10分钟；合理淬率粉的晶化温度为655℃，时间为15分钟。将三种磁粉混合均匀得到磁粉97.4公斤，用VSM测量磁性能，Br = 8.41 kGs, Hci = 12.35 kGs, BHmax = 14.6 MGOe。

实施例4

按照设计重量百分比配料， 99.9% 纯度的稀土鐠钕金属，重量百分比26.0%；硼铁（B含量20.4%），重量百分比4.8%； 99.5%纯度的金属铌，重量百分比0. 15%；使用99.9% 纯度金属钴, 重量百分比2.0 %；余量为电工纯铁，共配料105公斤，按本发明工艺，分两批投入中频真空感应炉中熔炼，浇铸成合金锭。合金锭放入100公斤真空感应熔融快淬炉制成合金片大约96公斤。将合金片破碎。然后使用磁选机分类选出，其中Q值固定为：弱磁场区 45，中磁场区210，强磁场区 880；从中选出过淬磁粉30.4公斤，欠淬磁粉14.7 公斤，合理淬率磁粉49.3公斤，碎渣大约1.3公斤。按照本工艺所描述的过程，将这三种磁粉分别进行晶化热处理，过淬磁粉的晶化温度为675℃，时间为18分钟；欠淬磁粉的晶化温度为540℃，时间为8分钟；合理淬率磁粉的晶化温度为625℃，时间为12分钟。将三种磁粉混合均匀得到磁粉95.6公斤，用VSM 测量磁性能，Br = 8.92 kGs, Hci = 9.35 kGs, BHmax = 15.6 MGOe。

实施例5

按照设计重量百分比配料， 99.9% 纯度的稀土鐠钕金属，重量百分比25.0%；硼铁（B含量20.4%），重量百分比4.8%； 99.5%纯度的金属铌，重量百分比0. 35%；99.9% 纯度金属钴, 重量百分比1.8 %；余量为电工纯铁，共配料106公斤，按本发明工艺，分两批投入中频真空感应炉中熔炼，浇铸成合金锭。合金锭放入100公斤真空感应熔融快淬炉制成合金片大约98公斤。将合金片破碎。然后使用磁选机分类选出，其中Q值固定为：弱磁场区 15，中磁场区210，强磁场区 880；从中选出过淬磁粉17.3公斤，欠淬磁粉18.2 公斤，合理淬率磁粉60.3公斤，碎渣大约1.4公斤。按照本工艺所描述的过程，将这三种磁粉分别进行晶化热处理。过淬磁粉的晶化温度为690℃，时间为20分钟；欠淬磁粉的晶化温度为550℃，时间为8分钟；合理淬率磁粉的晶化温度为625℃，时间为12分钟。将三种磁粉混合均匀得到磁粉97公斤，用VSM测量磁性能，Br = 8.98 kGs, Hci = 9.25 kGs, BHmax = 15.1 MGOe。

实施例6

按照设计重量百分比配料， 99.9% 纯度的稀土鐠钕金属，重量百分比26.5%；硼铁（B含量20.4%），重量百分比4.8%； 99.5%纯度的金属铌，重量百分比0. 10%； 99.9% 纯度金属钴, 重量百分比2.05 %；余量为电工纯铁，共配料104公斤，按本发明工艺，分两批投入中频真空感应炉中熔炼，浇铸成合金锭。合金锭放入100公斤真空感应熔融快淬炉制成合金片大约96公斤。将合金片破碎。然后使用磁选机分类选出。其中Q值固定为：弱磁场区 85，中磁场区240，强磁场区 880；从中选出过淬磁粉27.2公斤，欠淬磁15.6 公斤，合理淬率磁粉51.3公斤，碎渣大约1.4公斤。按照本工艺所描述的过程，将这三种磁粉分别进行晶化热处理。过淬磁粉的晶化温度为715℃，时间为20分钟；过淬磁粉的晶化温度为555℃，时间为8分钟；合理淬率磁粉的晶化温度为635℃，时间为12分钟。将三种磁粉混合均匀得到磁粉95公斤，用VSM测量磁性能，Br = 8.85 kGs, Hci = 9.52 kGs, BHmax = 15.4 MGOe。

实施例7

按照设计重量百分比配料， 99.9% 纯度的稀土鐠钕金属，重量百分比26.2%；硼铁（B含量20.4%），重量百分比4.8%； 99.5%纯度的金属铌，重量百分比0. 15%; 99.9% 纯度金属钴, 重量百分比2.0 %；余量为电工纯铁，共配料105公斤，按本发明工艺，分两批投入中频真空感应炉中熔炼，浇铸成合金锭。合金锭放入100公斤真空感应熔融快淬炉制成合金片大约95公斤。将合金片破碎。然后使用磁选机分类选出，其中Q值固定为：弱磁场区 65，中磁场区210，强磁场区 980；从中选出过淬磁粉24.4公斤，欠淬磁粉20.6 公斤，合理淬率磁粉48.3公斤，碎渣大约1.4公斤。按照本工艺所描述的过程，将这三种磁粉分别进行晶化热处理。过淬磁粉的晶化温度为695℃，时间为21分钟；欠淬磁粉的晶化温度为555℃，时间为8分钟；合理淬率磁粉的晶化温度为625℃，时间为12分钟。将三种磁粉混合均匀得到磁粉94.6公斤，用VSM测量磁性能，Br = 8.86 kGs, Hci = 9.45 kGs, BHmax = 15.5 MGOe。

实施例8

按照设计重量百分比配料， 99.9% 纯度的稀土鐠钕金属，重量百分比24.5%；硼铁（B含量20.4%），重量百分比4.8%； 99.5%纯度的金属铌，重量百分比0. 10%； 99.9% 纯度金属钴, 重量百分比1.0 %；余量为电工纯铁，共配料102公斤，按本发明工艺，分两批投入中频真空感应炉中熔炼，浇铸成合金锭。合金锭放入100公斤真空感应熔融快淬炉制成合金片大约95公斤。将合金片破碎。然后使用磁选机分类选出，其中Q值固定为：弱磁场区 95，中磁场区220，强磁场区 880；从中选出过淬磁粉22.6公斤，欠淬磁粉14.6 公斤，合理淬率磁粉56.3公斤，碎渣大约1.4公斤。按照本工艺所描述的过程，将这三种磁粉分别进行晶化热处理，过淬磁粉的晶化温度为685℃，时间为19分钟；过淬磁粉的晶化温度为550℃，时间为8分钟；合理淬率磁粉的晶化温度为605℃，时间为12分钟。将三种磁粉混合均匀得到磁粉94.7公斤，用VSM测量磁性能，Br = 9.22 kGs, Hci = 7.25 kGs, BHmax = 15.3 MGOe。

Claims

1.一种生产高性能钕铁硼粘接磁粉的工艺方法，其特征是：将快淬钕铁硼磁粉按照晶体显微结构的区别和磁粉内部晶体平均尺寸进行分类，将快淬磁粉分为：过淬磁粉、欠淬磁粉、合理淬速磁粉三类；第一类过淬磁粉的平均微观晶粒尺度范围小于8纳米或者是非晶状态，第二类欠淬磁粉的微观晶粒尺度范围大于50纳米，第三类合理淬速磁粉的平均微观晶粒尺寸范围在8～50纳米；按所述分类标准对磁粉进行分离，将分离出的三种不同淬率的磁粉，采用不同的晶化热处理温度和时间进行热处理：过淬磁粉晶化温度温度范围是675～750℃，晶化时间范围是20～25分钟；合理淬率磁粉晶化温度范围是600～660℃，晶化时间范围是10～15分钟；欠淬磁粉晶化温度范围是540 ～570℃，晶化时间范围是5～10分钟。

2.根据权利要求1所述的生产高性能钕铁硼粘接磁粉的工艺方法，其特征是：热处理后的过淬磁粉、欠淬磁粉、合理淬率的磁粉中的两种或三种能够按任意比例进行混合。

3.根据权利要求1所述的生产高性能钕铁硼粘接磁粉的工艺方法，其特征是：所述磁粉的分离采用磁选的分离方法进行：用比较弱的磁场Q=10～150高斯/厘米,将过淬磁粉分离出来；用比较强的磁场Q= 200～300 高斯/厘米,分离出欠淬磁粉；用很强的磁场Q=500～1200 高斯/厘米,把合理淬速磁粉分离出来。