CN103310971A - 一种获得高性能烧结钕铁硼磁体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种获得高性能烧结钕铁硼磁体的制备方法，属于稀土永磁材料领域。其特征是在目前工艺的基础上，在对磁粉进行气流磨过程中加入质量分数为0.05%~0.3%的硫化物，硫化物可以是MoS₂、MnS、CaS，硫化物具有良好的润滑性能，使其在接下来的磁场取向压型过程中磁粉颗粒间的摩擦阻力大大降低，取向度得到提升，提高了剩磁。同时在烧结过程中，提高了液相的流动性，富钕相分布更加均匀，硫化物在晶界也起到了钉扎作用，抑制了晶粒的长大，晶粒尺寸均匀性得到改善，提高了矫顽力，从而提升了烧结钕铁硼磁体的整体磁性能。

Description

一种获得高性能烧结钕铁硼磁体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种获得高性能烧结钕铁硼磁体的制备方法，属于稀土永磁材料领域。

背景技术

在制造烧结Nd-Fe-B永磁体过程中，制粉阶段一般将其粉末颗粒研磨至3~5μm。一般来说，它们是单晶体，但不是单畴体，因为Nd₂Fe₁₄B的单畴临界尺寸D_c约0.3μm。在不施加取向场的情况下，尺寸为3~5μm的粉末颗粒是多畴体，并且各个粉末颗粒的c轴是混乱取向的，在取向场为零的状态，由于颗粒间静磁场的相互作用，各个粉末颗粒会出现团聚现象，从而形成二次粉末颗粒，使Nd-Fe-B磁粉的流动性变差。在施加取向场时，在没有阻力的情况下，各个粉末颗粒的c轴将沿取向磁场方向排列，这是一种理想的情况。实际上，粉末颗粒在转动过程中将遇到阻力。阻力主要来自粉末颗粒之间的静磁相互作用力，及团聚力和粉末颗粒相互接触时产生的摩擦力以及粉末形状不规则造成的机械阻力。前一种阻力即团聚力总是存在的，它的大小与Nd₂Fe₁₄B粉末颗粒的表面场有关。而单畴颗粒表面场可达1.5T以上，为打破粉末颗粒的团聚，使其沿磁场方向取向，在无其他阻力作用的情况下，取向场应大于1.5T。后两项阻力的大小与粉末松装密度、颗粒形状和粉末的流动性有关。当颗粒之间润滑效果好时，机械阻力就会很小。粉末装入模具，进行磁场取向之前的粉末初始密度将对磁场取向有重要影响。

所以，Nd-Fe-B磁性粉末在磁场取向的过程中，外磁场与粉末颗粒相互作用的静磁力矩是推动粉末颗粒的c轴转向外磁场方向的推动力，而粉末颗粒之间的静磁团聚力、外形不规则粉末之间的机械阻力和粉末颗粒相互接触的摩擦力是阻碍粉末颗粒的c轴转向外磁场的阻力。

粉末压型有两个目的：（1）按用户需求将粉末压制成一定的密度、形状与尺寸的压坯；（2）保持在磁场取向中获得的晶体取向度。目前普遍采用的压型方法为模压＋冷等静压法。

模压＋冷等静压的压型方法又称两次压型法。先用小压力（30～40MPa）进行垂直模压，得到一定密度（约3.0～4.0g/cm³）的压坯，，装乳胶套，抽真空，最后放入冷等静压机进行油冷等静压成型，把工件取出或放入与施压整个过程可在2min内自动完成，压力可以达到200~400Mpa。

Nd-Fe-B粉末压坯的相对密度一般为50%~70%，孔隙率为50%~30%，为了提高密度，改进粉末颗粒之间的接触性质，提高强度，使磁体具有高永磁性能的显微组织特征，需要将压坯进行烧结。

烧结过程使压坯发生一系列的物理化学变化。首先是粉末颗粒表面吸附气体的排除，有机物的蒸发与挥发，应力的消除，粉末颗粒表面氧化物的还原，变形粉末颗粒的回复和再结晶。接着是原子的扩散，物质的迁移，颗粒之间的接触由机械接触转化为物理化学接触，形成金属键或共价键的结合。

Nd-Fe-B系烧结永磁体由主相（Nd₂Fe₁₄B）、富Nd相和极少量的富B相（Nd_1.1Fe₄B₄）组成，主相熔点约为1185℃，而富Nd相的熔点为655℃（平衡态），Nd-Fe-B系磁体的烧结温度一般为1080℃左右，在烧结温度下，合金系由固态的主相和熔化了的富Nd相组成，为液相烧结。液相烧结体的致密化与液相数量、液相对固相的浸润性、界面能、粉末颗粒尺寸、固相与液相间溶解度等因素有关。

 

发明内容

本发明是通过在气流磨过程中添加一定量的硫化物，由于硫化物本身具有良好的润滑性能，从而起到固体润滑剂的作用，使在之后的取向压型中提高取向度，在烧结过程中也可起到钉扎作用，抑制晶粒长大，从而得到高磁性能的磁体。

一种获得高性能烧结钕铁硼磁体的制备方法，具体实现方式为：

单合金法工艺流程：配料→冶炼合金→鳞片铸锭（SC）→氢破→气流磨（添加质量分数为0.05%~0.3%的硫化物粉末）→磁场取向与模压→冷等静压→烧结→热处理→后续加工；

双合金法工艺流程为：采用配料→冶炼→鳞片铸锭（SC）→氢破→气流磨的工艺分别制备主合金和辅合金粉末（添加质量分数为0.05%~0.3%的硫化物粉末），然后按比例混合，再经磁场取向与模压→冷等静压→烧结→热处理→后续加工。

所加入的硫化物包括MoS₂、MnS、CaS等。

本发明的有益效果是：通过在气流磨过程中添加一定量的硫化物粉末，大大改善了磁粉的流动性，使得在取向压型过程中，磁体粉末颗粒之间的摩擦力大大降低，取向度得到提高，从而增加了剩磁；同时在烧结过程中，硫化物粉末改善了液相的流动性，富钕相分布更加均匀，同时在晶界处起到了钉扎的作用，抑制了晶粒的长大，矫顽力提高，从而使磁体整体的磁性能大幅度提高。

具体实施方式

实施例1

所选磁体成分为Nd_13.5Dy_0.5Fe_79.97B_6.03，真空熔炼炉冶炼合金，真空度为10^-4Pa，采用速凝铸片技术浇铸合金，SC片厚度大约0.25~0.35mm。氢破之后分两组，一组在气流磨过程中加入0.1%的MoS₂粉末和0.03%的抗氧化剂编号1^#，一组在气流磨过程中只加入0.03%的抗氧化剂编号2^#。将气流磨之后的粉末进行混料，然后进行磁场取向与压型，松装密度大约1.5g/cm³，取向场大约1.7T，压力3~5Mpa，取向之后进行180Mpa等静压，然后是烧结与回火，工艺为：炉温→600℃（保温1h）→880℃（保温3h）→1050℃（保温30min）→1080℃（保温4h）→Ar气风冷→580℃→930℃（保温2.5h）→N₂风冷→100℃→480℃（3.5h）→N₂风冷→60℃，测量磁性能如下表：

编号	Br/T	Hcb/kA·m-1	Hcj/kA·m-1	(BH)max/ kJ·m-3	ρ/g·m-3
						1#	1.423	1335.2	1599.6	403.7	7.51
2#	1.397	1310.0	1488.5	378.0	7.43

从上表可以看出，在气流磨过程中加入0.1%的MoS₂粉末，磁体的剩磁、矫顽力、最大磁能积和密度都有不同程度提高，这是因为MoS₂粉末有着良好的润滑作用，使得磁体在磁场取向压型过程中取向度得到很大程度的提升，在烧结过程中有效抑制了晶粒的长大，提高了晶界相的流动性，从而矫顽力和密度都得到了提升，整体磁性能得到提高。

实施例2

所选磁体成分为Nd_13.5Dy_0.5Fe_79.97B_6.03，真空熔炼炉冶炼合金，真空度为10^-4Pa，采用速凝铸片技术浇铸合金，SC片厚度大约0.25~0.35mm。氢破之后分两组，一组在气流磨过程中加入0.1%的MoS₂粉末和0.03%的抗氧化剂编号1^#，一组在气流磨过程中加入0.5%的MoS₂粉末和0.03%的抗氧化剂编号3^#。将气流磨之后的粉末进行混料，然后进行磁场取向与压型，松装密度大约1.5g/cm³，取向场大约1.7T，压力3~5Mpa，取向之后进行180Mpa等静压，然后是烧结与回火，工艺为：炉温→600℃（保温1h）→880℃（保温3h）→1050℃（保温30min）→1080℃（保温4h）→Ar气风冷→580℃→930℃（保温2.5h）→N₂风冷→100℃→480℃（3.5h）→N₂风冷→60℃，测量磁性能如下表：

编号	Br/T	Hcb/kA·m-1	Hcj/kA·m-1	(BH)max/ kJ·m-3	ρ/g·m-3
						1#	1.423	1335.2	1599.6	403.7	7.51
3#	1.172	1413.4	1623.9	381.0	7.48

从上表可以看出，在气流磨过程中加入0.5%的MoS₂粉末，剩磁却降低了很多，这是因为虽然MoS₂粉末的增多提高了取向度，但是过多的MoS₂粉末降低了Nd₂Fe₁₄B主相的质量分数，从而降低了剩磁，不利于获得高磁性能的烧结钕铁硼磁体。

所以，气流磨过程中加入的硫化物不易过多，质量分数控制在0.3%以下，有利于获得高磁性能的烧结钕铁硼磁体。

Claims (2)

1.一种获得高性能烧结钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于：在制造烧结钕铁硼磁体的气流磨阶段，加入一定量的硫化物粉末；

具体工艺流程为：

（a）单合金法工艺流程：配料→冶炼合金→鳞片铸锭（SC）→氢破→气流磨、添加质量分数为0.05%~0.3%的硫化物粉末→磁场取向与模压→冷等静压→烧结→热处理→后续加工；

（b）双合金法工艺流程为：采用配料→冶炼→鳞片铸锭（SC）→氢破→气流磨的工艺分别制备主合金和辅合金粉末并添加质量分数为0.05%~0.3%的硫化物粉末，然后按比例混合，再经磁场取向与模压→冷等静压→烧结→热处理→后续加工。

2.根据权利要求1所述的一种获得高性能烧结钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于：所加入的硫化物包括MoS₂、MnS、CaS。