CN103680919B - 一种高矫顽力高强韧高耐蚀烧结钕铁硼永磁体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于稀土永磁材料领域，特别提供了一种高矫顽力高强韧高耐蚀烧结钕铁硼永磁体的制备方法。其特征是用纯Cu纳米粉末完全替代晶界富Nd相实现液相烧结和磁隔绝。将平均粒径20‑150nm的Cu纳米粉末加入到3‑5μm的2:14:1钕铁硼基粉末中混合均匀，添加比例为2:14:1钕铁硼基粉末重量的2‑8％，在大于1.5T的磁场中取向压型并等静压；置入真空烧结炉内，在1000‑1100℃烧结2‑5h，最后进行二级热处理，即分别在600‑800℃（一级热处理温度）和300‑500℃（二级热处理温度）热处理1‑4h，得到烧结钕铁硼磁性材料。本发明的优点是用Cu纳米粉末完全替代晶界富Nd相实现液相烧结和磁隔绝，不仅可获得高的矫顽力、高强韧和耐腐蚀性，还可大大降低原材料成本，节约稀土资源。本发明操作简单，易于工业化生产。

Description

一种高矫顽力高强韧高耐蚀烧结钕铁硼永磁体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高矫顽力高强韧高耐蚀烧结钕铁硼永磁体的制备方法，属于稀土永磁材料领域。

背景技术

烧结钕铁硼永磁体由于具有比其他永磁体更高的剩磁和磁能积，良好的动态回复特性和很高的性价比，广泛应用于电子、汽车、计算机、电力、机械、能源、环保、国防、医疗器械等众多领域。近年来我国烧结钕铁硼制造技术进步显著，永磁设备不断发展与改进，新技术得到采用，产品档次迅速提升。比如由传统的铸锭技术改为近快冷凝固的鳞片铸锭技术SC；采用氢破HD加改进气流磨JM制粉技术，使其粉末颗粒更细尺寸分布更窄，用以替代传统的机械破碎制粉技术；采用橡皮模压和交替脉冲磁场加静磁场取向技术，很好地保持粉末的取向度，不受破坏；采用低温烧结技术替代传统的高温烧结以便控制精细的显微结构等。

烧结钕铁硼的剩磁和磁能积已接近其理论值，而矫顽力通常不足其理论值（大于70kOe）的1/3，还有很大的提升空间。矫顽力是一个组织结构敏感参量，实际矫顽力不高的因素主要有：(1) 边界富Nd相的缺乏或是分布不均，从而产生相邻晶粒原子磁矩的交换耦合；(2) 与富Nd相薄层相接触的Nd2Fe14B晶粒表面层的成分及结构与晶粒内部不一致，其有效各向异性常数K1和有效积分常数A均比Nd2Fe14B晶粒内部低，导致反磁畴的形核场降低；(3) 晶粒尺寸粗大形状不规则等。关键要控制好两个显微结构参数，一是边界结构的调控，二是2:14:1相晶粒尺寸的控制。其中边界结构既包括晶界富Nd相，也包括2:14:1相晶粒表面层（即低K1区）。富Nd相主要起两方面作用：一是分布在2:14:1主相晶粒的周围，起着对主相晶粒的去磁耦合作用，是烧结钕铁硼磁体获得高矫顽力的关键；二是富Nd相在烧结过程中呈液态，对于磁体的致密化和显微组织的均匀化起着重要作用。目前通过双合金技术及磁体表面渗镀镝铽等技术已经对边界结构有了明显的改善，然而还是无法做到让晶界富Nd相均匀连续地分布在2:14:1相晶粒的周围实现完全去磁耦合。

晶界富Nd相是烧结钕铁硼磁体获得高矫顽力的关键，然而富Nd相本身又是力学和腐蚀弱化相，材料容易从晶界富Nd相处断裂和腐蚀。目前已经有在烧结钕铁硼中添加Cu纳米颗粒提高磁体矫顽力和耐腐蚀性的专利公开[201110460588.5,刘卫强,岳明,孙超,张东涛，张久兴. 铜纳米颗粒掺杂制备的高矫顽力和高耐蚀性烧结钕铁硼基永磁材料及制备方法]和文献报道[C. Sun, W.Q. Liu, H. Sun, M. Yue, X.F. Yi, J.W. Chen.Improvement of Coercivity and Corrosion Resistance of Nd-Fe-B SinteredMagnets with Cu Nano-particles Doping. J. Mater. Sci. Technol., 2012, 28(10),927–930]。但他们的研究重点是在晶界中少量掺杂Cu纳米颗粒形成Nd-Fe-Cu晶界相提高磁体的耐腐蚀性能。大块金属Cu的熔点为1083℃，但Cu做成纳米级的粉末后，其熔点大幅下降，可以实现液相烧结，其次Cu本身没有磁性，可以实现磁隔绝。并且纳米Cu具有良好的强韧性，可以提高整个磁体的强韧性，Cu还可提高钕铁硼磁体的耐腐蚀性。本发明是通过Cu纳米粉末完全替代晶界富Nd相实现液相烧结和磁隔绝，力求避免某些晶界不存在晶界相和某些晶界相层特厚。

发明内容

本发明的目的是为了达到晶界相的连续分布，实现完全去磁耦合作用，提高矫顽力，用纯Cu纳米粉末完全替代晶界富Nd相实现液相烧结和磁隔绝，同时可以提高晶界相的强韧性和耐腐蚀性。

本发明的具体实施步骤为：

(1)设计基于2:14:1相的钕铁硼基合金成分并配料；

(2)采用鳞片铸锭工艺制备钕铁硼基速凝薄片，并用氢破加气流磨制备3-5μm的近正分2:14:1钕铁硼基原料粉末；

(3)在近正分2:14:1钕铁硼基粉末中加入平均粒径20-150nm的纯Cu纳米粉末，添加比例为2:14:1钕铁硼基粉末重量的2-8％，将两种粉末混合均匀；

(4)将经过均匀混合后的粉末在大于1.5T的磁场中取向压型并等静压；

(5)将得到的压坯置入真空烧结炉内，在1000-1100℃烧结2-5h，最后进行二级热处理，即分别在600-800℃（一级热处理温度）和300-500℃（二级热处理温度）热处理1-4h，得到烧结钕铁硼磁性材料。

经过混粉后，Cu纳米粉均匀分散在2:14:1粉末颗粒的周围，经烧结后Cu呈连续、薄层地分布在2:14:1晶粒的周围，实现完全磁隔绝，可获得高矫顽力烧结钕铁硼磁体。晶间富Cu相本身强韧性高，耐腐蚀性强，因此可获得高强韧和高耐蚀烧结钕铁硼磁体。

本发明优点在于：

1.可获得高矫顽力磁体；

2.可获得高强韧和高耐腐蚀磁体；

3.可最大限度地降低了Nd的用量，由于金属Cu的价格远低于稀土Nd，因此可大大降低原材料成本，节约稀土资源；

4.该材料制备可全部使用原有的设备及工艺，不需任何新投入；

3.本发明操作简单，易于工业化生产。

具体实施方式

实施例1：

设计基于2:14:1相的钕铁硼基合金成分Nd11.8Fe82.2B6(原子百分数)，按照设计的成分配料，并考虑稀土Nd的烧损3％（重量百分数），用鳞片铸锭工艺制备厚度约为300μm的钕铁硼基速凝薄片，用氢破加气流磨制备平均颗粒尺寸为3.5μm的2:14:1钕铁硼基粉末，在其中加入重量分数为4％、平均粒径为40 nm的纯Cu纳米粉末，在混料机中将两种粉末混合均匀，经过均匀混合后的粉末在2.0T的磁场中取向压型并等静压，将得到的压坯置入真空烧结炉内，在1050℃烧结2h，最后进行二级热处理，即分别在750℃（一级热处理温度）和350℃（二级热处理温度）热处理2h，得到烧结钕铁硼磁性材料。测量其磁性能，所得结果如下表：

实施例2：

设计基于2:14:1相的钕铁硼基合金成分Nd11.8Fe82.2B6(原子百分数)，按照设计的成分配料，并考虑稀土Nd的烧损3％（重量百分数），用鳞片铸锭工艺制备厚度约为300μm的钕铁硼基速凝薄片，用氢破加气流磨制备平均颗粒尺寸为3.5μm的2:14:1钕铁硼基粉末，在其中加入重量分数为3％、平均粒径为60 nm的纯Cu纳米粉末，在混料机中将两种粉末混合均匀，经过均匀混合后的粉末在2.0T的磁场中取向压型并等静压，将得到的压坯置入真空烧结炉内，在1050℃烧结2h，最后进行二级热处理，即分别在750℃（一级热处理温度）和350℃（二级热处理温度）热处理2h，得到烧结钕铁硼磁性材料。测量其磁性能，所得结果如下表：

Claims (2)

1.一种高矫顽力高强韧高耐蚀烧结钕铁硼永磁体的制备方法，其特征是：设计基于 2:14:1 相的钕铁硼基合金原子百分数成分 Nd11.8Fe82.2B6，按照设计的成分配料，并考虑稀土 Nd 重量百分数的烧损 3％，用鳞片铸锭工艺制备厚度为 300μm 的钕铁 硼基速凝薄片，用氢破加气流磨制备平均颗粒尺寸为 3.5μm 的 2:14:1 钕铁硼基粉末，在其 中加入重量分数为 4％、平均粒径为 40 nm 的纯 Cu 纳米粉末，在混料机中将两种粉末混合 均匀，经过均匀混合后的粉末在 2.0T 的磁场中取向压型并等静压，将得到的压坯置入真空烧结炉内，在 1050℃烧结 2h，最后进行二级热处理，即分别在一级热处理温度750℃和二级热处理温度350℃热处理 2h，得到烧结钕铁硼磁性材料。

2.一种高矫顽力高强韧高耐蚀烧结钕铁硼永磁体的制备方法，其特征是：设计基于 2:14:1 相的钕铁硼基合金原子百分数成分 Nd11.8Fe82.2B6，按照设计的成分配料，并考虑稀土 Nd 重量百分数的烧损 3％，用鳞片铸锭工艺制备厚度为 300μm 的钕铁 硼基速凝薄片，用氢破加气流磨制备平均颗粒尺寸为 3.5μm 的 2:14:1 钕铁硼基粉末，在其中加入重量分数为 3％、平均粒径为 60 nm 的纯 Cu 纳米粉末，在混料机中将两种粉末混合 均匀，经过均匀混合后的粉末在 2.0T 的磁场中取向压型并等静压，将得到的压坯置入真空 烧结炉内，在 1050℃烧结 2h，最后进行二级热处理，即分别在一级热处理温度750℃和二级热处理温度350℃热处理 2h，得到烧结钕铁硼磁性材料。