CN103831435B - 磁体合金粉末与其磁体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁体合金粉末与其磁体的制造方法。磁体合金粉末的制造方法依次包括铸造合金、氢破粉碎和气流粉碎，其中，对氢破粉碎之后、气流粉碎之前的合金粉末进行筛分，筛分的目数为1目以上、100目以下。磁体的制造方法是将气流粉碎后制得的粉末进行取向成型，然后烧结成磁体。本发明的制造方法有效去除合金粉末中存在的大颗粒粉末，降低烧结磁体中晶粒异常长大(AGG)发生的情况，提高磁体的性能，特别是方形度和耐热性获得飞跃性的提高。

Description

磁体合金粉末与其磁体的制造方法

技术领域

本发明涉及磁铁的制造技术领域，特别是涉及用于烧结钕铁硼稀土磁体的合金粉末与其磁体的制造方法。

背景技术

现有技术中，烧结钕铁硼稀土磁体的制作工序主要包括如下流程：原料配制→熔炼铸造→制粉→取向成形→烧结。其中，制粉工序一般包括粗粉和细粉两个工艺过程。粗粉一般采用氢破粉碎工艺。氢破粉碎是将铸造之后的合金投入氢破容器，使合金吸收氢气，利用合金中的主相R₂T₁₄B(R指稀土元素，T指过渡元素，B指硼元素)和富R相吸氢率的不同所造成的体积变化的变形进行粉碎的方法。细粉一般采用气流粉碎工艺。气流粉碎是利用高速惰性气体(例如氮气或氩气)喷射合金粗粉，使其互相碰撞碎裂的方法。

为了获得良好性能的磁体，要求制粉工序获得的合金粉末的颗粒尺寸小，而且尺寸分布要窄，一般要求3微米～8微米颗粒占80％～90％。实施气流粉碎的气流磨制粉机通过调整分级轮控制合金粉末的最大尺寸，通过调整旋风分离器控制合金粉末的最小尺寸，从而可以将气流粉碎之后的合金粉末的颗粒尺寸控制在规定范围内。因此，一般的制粉工序是将氢破粉碎后的合金粉末直接进行气流粉碎，如中国专利文献CN1114779A所揭示的。

中国专利文献CN1114779A涉及一种R-Fe-B永磁材料的制法，具体为，将熔融合金通过带坯连铸法造成主相为R₂Fe₁₄B相的0.03毫米～10毫米厚度的铸件后，将该铸件制成长度不超过50毫米的尺寸，然后盛装在可通入和排出空气的容器中，容器中的空气可用H₂气体取代并且通过包括在100℃～750℃加热0.5小时或更长时间的处理将由常温氢化得到的分级的合金粉脱氢，而后在惰性气流中粉碎至1微米～10微米平均颗粒尺寸的细粉，将该细粉装填入模具并通过瞬时施加10KOe或更高的脉冲磁场取向，然后模压、烧结并退火。其中，氢破粉碎之后的合金粉末直接被进行气流粉碎。其磁体的制造可以概括为如图1所示的流程。

然而发明人经过大量实验发现，排除杂质混入的可能，经过气流粉碎之后的合金粉末中仍存在超过规定尺寸范围的大颗粒。这些大颗粒的含量很低，使用激光粒度分布仪无法检测出它的存在。但是在烧结磁体的分析中，可以发现这些大颗粒所产生的不良影响，其导致磁体晶粒的异常长大(AGG)，从而降低烧结磁体的性能。因此，在现有的工序中，往往是通过对气流磨之后的粉末过筛，但由于粉末中含有大量易氧化的超细粉，有发生爆燃的可能性，操作难度极大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，更准确地控制用于烧结钕铁硼稀土磁体的合金粉末的尺寸范围。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

磁体合金粉末的制造方法，依次包括铸造合金、氢破粉碎和气流粉碎，其中，对氢破粉碎之后、气流粉碎之前的合金粉末进行筛分，筛分的目数为1目以上、100目以下。

本领域的技术人员认为经过符合规定操作的氢破粉碎和气流粉碎之后，合金粉末的尺寸均能处于某规定的范围内。例如，使用激光粒度分布仪对某次氢破粉碎和气流粉碎之后的合金粉末进行检测，合金粉末的尺寸范围如图3的粒度分布图所显示的，为0.1微米～12微米。因此，本领域的技术人员坚信：排除杂质的混入，经过氢破粉碎和气流粉碎之后的合金粉末中不可能存在超过规定尺寸范围的大颗粒。

然而发明人经过大量实验发现，排除杂质混入的可能，经过气流粉碎之后的合金粉末中仍存在超过规定尺寸范围的大颗粒。这些大颗粒的含量很低，使用激光粒度分布仪无法检测出它的存在。其原因在于：激光粒度分布仪用激光对颗粒群进行衍射，通过检测各特定角度的光能量在总光能量中的比例(各颗粒级的粒径对应各特定的散射角)，反映各颗粒级的分布丰度。其中，激光光源的功率、检测器的灵敏度及数据处理方法影响了激光粒度分布仪的粒度检测范围。当前述大颗粒的粒径超出激光粒度分布仪的检测范围，且大颗粒的含量与粉末总量呈大数量级的差距时，大颗粒的光能量在总光能量中的比例可忽略，即大颗粒会被漏检。如附图3所示，某合金粉末经激光粒度分布仪检测，其粒径范围为0.1微米～12微米。但是，如图4的微观照片所示，在排除杂质混入的可能之后，用该合金粉末所烧结的磁体中发现超过200微米的晶粒异常长大(AGG)的情况，由于采用惯用的烧结温度和烧结时间参数，因此判断，其原因在于合金粉末粒度，即合金粉末中混有大颗粒。经过大量的制粉工序过筛收集这些大颗粒，并对其氢含量进行分析，发明人发现：它的氢含量比一般合金粉末的氢含量小。基于此，发明人推断：这类大颗粒是由于氢破粉碎不良所产生的。氢破粉碎不良的原因主要包括以下3个因素：(1)铸造合金工序所产生的急冷合金的组织结构；(2)急冷合金的表面污染；(3)合金晶体中富稀土相中稀土元素的含量。通过对这些大颗粒的形态进行分析，发明人发现：它的形状呈薄片状。进一步对气流粉碎工序进行分析，发明人推断：由于氢破粉碎不良所产生的大颗粒在气流粉碎中难以被粉碎至规定范围的尺寸(其原因在于：气流粉碎是通过粉末之间的碰撞实现，而前述大颗粒的硬度高于一般的粉末颗粒，虽然其在碰撞中也会崩碎，但难以被粉碎至规定范围的尺寸)，其中薄片状的大颗粒碎片可以一定的概率通过筛分机构(其原因在于：筛分机构的配合存在微小间隙，而粉末经碰撞后以无序运动的方式进入筛分机构，无序运动的粉末可以小概率通过前述间隙)，从而保留在气流粉碎之后的合金粉末中。

经过大量的制粉工序收集这些大颗粒，并对其粒度分布进行分析。如图5所显示的，这些大颗粒的粒径主要分布在160微米～1.6毫米的范围内，因此，在氢破粉碎之后以1目以上、100目以下的目数进行筛分，可基本去除这些大颗粒。如目数低于1目，则合金粉末中保留一定量的大颗粒，将影响烧结磁体的性能。如目数高于100目，则一些尺寸较大的一般合金粉末也将被去除，将产生原材料的浪费。为达到筛分大颗粒和节约原材料的平衡，优选地，将筛分的目数规定为2目以上、40目以下。

上述的大颗粒混杂在一般的合金粉末中进行取向成形和烧结，会在烧结时引起晶粒的异常长大(AGG)，从而降低烧结磁体的性能。在过去，本领域的技术人员认为这些现象是由于混入的杂质或磁体配方的原因所造成，但是，即使严格控制工序或改良配方也不能显著地改善上述缺陷。现在，以本发明的技术方案进行处理后，烧结磁体的晶粒异常长大(AGG)的现象被有效控制，磁体的性能，特别是方形度和耐热性均得到飞跃性的提高，实际的实验数据容后详述。

在某推荐的实施方式中，对氢破粉碎之后、筛分之前的合金粉末进行再粉碎。再粉碎工序可使因氢破不良所产生的大颗粒的其中一部分进一步崩碎。这一部分大颗粒的硬度较小，经再粉碎后与一般的粉末颗粒相当，对后续工序影响较小。因此，经再粉碎工序有助于提高粉末收率，降低原料浪费。再粉碎可以采用机械粉碎的方式，例如，使用球磨机等。

在某推荐的实施方式中，合金粉末中混入复数个尺寸大于筛分目数的粉碎媒介一同进行筛分。粉碎媒介为硬度高于合金粉末的球状体。当合金粉末被振动时，粉碎媒介随之振动并相互撞击，从而会将其间的合金粉末进一步粉碎。另外，粉碎媒介的滚动和相互撞击也有利于分散合金粉末，降低合金粉末之间的团聚，从而提高筛分的效率。特别地，粉碎媒介为钢球或陶瓷球。

在某推荐的实施方式中，筛分的方法为三维过筛或超声波过筛。三维过筛可使用三元旋振筛设备，其由直立式电机作为激振源，电机上、下两端安装有偏心重锤，将电机的旋转运动转变为水平、垂直、倾斜的三次元，再把这个运动传递给筛面。超声波过筛可使用超声波振动筛设备，其通过超声波换能器对筛网引入一个低振幅、高频率的超声波振动波，可实现高效筛分和清网。

在某推荐的实施方式中，筛分为多级筛分。筛子的目数越小，筛分的效率越高。因此，采用目数递增的多级筛分较目数固定的单级筛分可提高筛分的效率。特别地，上述多级筛分可以为2级筛分，第一级筛分的目数为2目以上、15目以下，第二级筛分的目数为40目以上、50目以下。

在某推荐的实施方式中，铸造合金是将钕铁硼稀土磁体的原料合金熔融液用薄片铸造法铸造，制得平均厚度为0.2毫米～0.4毫米的急冷合金；氢破粉碎是将急冷合金在0.01MPa以上、1MPa以下的氢气压力下保持0.5～24小时制得合金粉末；气流粉碎是使用气流磨粉碎机对合金粉末再进行粉碎。

基于上述合金粉末制造方法的磁体制造方法，将气流粉碎后制得的粉末进行取向成型，然后烧结成磁体。因此，本发明的磁体的制造可以概括为如图2所示的流程。本发明的制造方法有效去除合金粉末中存在的大颗粒粉末，降低烧结磁体中晶粒异常长大(AGG)发生的情况，提高磁体的性能，特别是方形度和耐热性获得飞跃性的提高。

相关专利文献：

中国专利文献CN1114779A，公开日是1996年1月10日。

附图说明

图1是一般的磁体制造流程图。

图2是本发明的磁体制造流程图。

图3是使用激光粒度分布仪检测某经氢破粉碎与气流粉碎之后的合金粉末的粒度分布图。

图4是使用图3所示合金粉末所烧结的磁体中的晶粒异常长大(AGG)的微观照片。

图5是大颗粒的粒度分布图。

图6是用于本发明的筛分装置的示意图。

附图标记明细：10-筛分装置，11-进料口，12-第一出料口，13-第二出料口，14-第三出料口，15-第一筛面，16-第二筛面。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的合金粉末的制造方法作进一步详细说明。

实施例一

在原料配制过程：准备纯度99.5％的Nd、工业用Fe-B、工业用纯Fe、纯度99.9％的Co和纯度99.5％的Cu、Al、Zr；以原子百分比at％计，按照成分为R_eT_fA_gJ_hG_iD_k来配制。

各元素的含量如表1所示：

表1各元素的配比(at％)

按照表1中元素配比，配制100Kg的原料。

熔炼过程：将配制的原料投入氧化铝制的坩埚中，在高频真空感应熔炼炉中进行真空熔炼。气氛条件是10^-2Pa的真空，熔炼温度是1520℃。

铸造过程：在真空熔炼后的熔炼炉中通入氩气(Ar)，使气压达到5×10^-2MPa后，使用薄片铸造法进行铸造，以10²℃／秒～10⁴℃／秒的冷却速度，制得平均厚度为0.32毫米的急冷合金。

氢破粉碎过程：将急冷合金投入氢破用炉，在室温下抽真空，而后向氢破用炉内通入纯度为99.5％的氢气至压力0.1MPa，放置2小时，之后边抽真空边升温，升温至500℃，保持2小时，最后冷却至室温，取出合金粉末。将合金粉末分成8份，按1～8号进行编号。

筛分过程：1号合金粉末不进行筛分；2号合金粉末使用1目的机械筛网过筛；3号合金粉末使用2目的筛网进行机械过筛；4号合金粉末使用10目的筛网进行机械过筛；5号合金粉末使用20目的筛网进行机械过筛；6号合金粉末使用40目的筛网进行机械过筛；7号合金粉末使用100目的筛网进行机械过筛；8号合金粉末使用120目的筛网进行机械过筛。

气流粉碎过程：将经筛分过程的1～8号的合金粉末分批送入气流磨粉碎机进行气流粉碎。将气流粉碎之后的粉末取样送检，粉末的粒径范围是0.1微米～12微米。

取向成形过程：在经气流粉碎过程的1～8号的合金粉末中分别添加有机添加剂，其添加量为合金粉末重量的0.2％，再用V型混料机充分混合。有机添加剂可从矿物油、合成油、动植物油、有机酯类、石蜡、聚乙烯蜡或改性石蜡等中选择，在使用有机酯类时，可以从辛酸甲酯、硬脂酸锌、聚环氧乙烷烷基醚，聚环氧乙烷单脂肪酸酯、聚环氧乙烷烯丙基醚等中选择。有机添加剂的添加量为合金粉末重量的0.1‰～2％。

使用直角取向型的磁场成型机对1～8号合金分别进行取向成型。其中，取向磁场强度均设定为1.8T，成型压力均设定为0.2ton／cm²。将合金粉末一次成形成边长为25毫米的立方体，然后进行退磁。其中，退磁磁场强度设定为0.2T。

将一次成形后的成形体进行密封，然后使用等静压成形机进行二次成型，成型压力设定为1.4ton／cm²。至此，分别获得1～8号成形体。

烧结过程：将1～8号成形体搬至烧结炉进行烧结。将烧结炉的气氛调节至10^-3Pa的真空。以200℃和900℃的温度各保温2小时。再以1080℃的温度烧结2小时。之后向烧结炉内通入氩气(Ar)，使气氛达到0.1MPa的气压，并使烧结炉冷却至室温。至此，分别获得1～8号烧结磁体。

热处理过程：将1～8号烧结磁体在高纯度氩气(Ar)中，以620℃温度进行1小时热处理后，冷却至室温后取出。

磁性能评价过程：烧结磁铁使用中国计量院的NIM-10000H型BH大块稀土永磁无损测量系统对1～8号烧结磁体进行磁性能检测。

1～8号烧结磁体的性能检测结果如表2中所示：

表2 1～8号烧结磁体性能检测结果

将2～8号烧结磁体与1号烧结磁体的性能进行比较，可以发现在氢破粉碎之后增加筛分工序可以有效提高烧结磁体的性能。由2～8号的比较可以发现，随筛分目数的增加，磁体的性能有一定提高，但成品磁体的重量将减少。将筛分的目数选择为2目以上、40目以下时，可以达到筛分大颗粒和节约原材料的平衡。另外，由2～7号与8号的对比可以发现，进一步限制合金粉末的尺寸并不能显著地提高烧结磁体的性能，却使烧结磁体的重量产生较大的减少，形成很大的原材料浪费。

实施例二

实施例二的制造工序基本同实施例一，其区别在筛分过程。将氢破粉碎之后的合金粉末(90kg)分成3份，按1～3号进行编号。其中，1号粉末直接使用40目的筛网进行机械过筛；2号粉末先由球磨机进行再粉碎，其中，球磨机转速为200r／min，球料比为5∶1，磨球直径为20mm，球磨时间为1h，之后以40目的筛网进行机械过筛；3号粉末以40目的筛网进行机械过筛，且筛网上放置有不锈钢磨球，其中，球料比为5∶1，磨球直径为20mm。之后，分别烧结为1～3号磁体，对1～3号磁体进行性能检测，检测结果如表3所示。

表3 1～3号磁体性能检测结果

由1～3号磁体的性能检测结果可知，增加再粉碎工序或在筛分过程增加粉碎媒介，可提高粉末收率，即增加上述工序有助于降低成本，减小稀土资源的浪费；而且，与直接过筛所得的烧结磁体相比，其烧结磁体的性能也有提高，特别地，磁体最高工作温度有显著提高。

实施例三

实施例三的制造工序基本同实施例一，其区别在于筛分过程。特别地，其中的筛分目数适用于烧结钕铁硼稀土磁体的合金粉末。

将合金粉末分成5份，按1～5号进行编号。筛分过程为：1号合金粉末使用40目的筛网进行机械过筛；2号合金粉末使用2级机械过筛，第一级筛分的目数为2目，第二级筛分的目数为40目；3号合金粉末使用80目的筛网进行机械过筛；4号合金使用2级机械过筛，第一级筛分的目数为2目，第二级筛分的目数为80目；5号合金粉末使用3级机械过筛，第一级筛分的目数为2目，第二级筛分的目数为40目，第三级筛分的目数为80目。

1～5号合金粉末的筛分效率如表4中所示：

表4 1～5号合金粉末的筛分效率情况

由1号与2号、3号与4号和5号的对比可以发现，使用多级筛分可以提高筛分的效率。由4号与5号的对比可以发现，分级越多，筛分的效率越高，但所使用的筛子也增多，增加了设备成本。因此，多级筛分可根据生产的需求设定分级数目。

以下结合附图说明用于本发明的筛分装置的构造。特别地，其中的筛分目数及气氛调节机构适用于烧结钕铁硼稀土磁体的合金粉末的专用设备。

如附图6所示，筛分装置10具有：进料口11、第一出料口12、第二出料口13、第三出料口14、第一筛面15和第二筛面16。进料装置(图未示)可通过进料口11相筛分装置10供给经氢破粉碎的合金粉末。第一筛面15设置于进料口11之后，且其间连接有第一出料口12，特别地，本实施例中第一筛面15的目数是2目。合金粉末经第一筛面15的筛分，其中不合格粉末从第一出料口12被回收装置(图未示)回收。第二筛面16设置于第一筛面15之后，且其间连接有第二出料口13，特别地，本实施例中第二筛面16的目数是40目。合金粉末经的第二筛面16的筛分，其中不合格粉末从第二出料口13被回收装置回收。第三出料口14设置于第二筛面16之后。出料装置(图未示)通过第三出料口14收集合格的合金粉末。筛分装置10采用气密设计，其还连接有气氛调节机构(图未示)。气氛调节机构可向筛分装置10内注入惰性气体(例如氩气)，使筛分装置10的内部维持低氧气氛。

筛分装置10的工作过程为：1)启动气氛调节机构，检测并维持筛分装置10内部的低氧气氛(氧浓度低于100ppm)；2)启动进料装置，合金粉末通过进料口11进入筛分装置10；3)关闭进料装置，启动筛分装置10；4)合金粉末分别通过第一筛面15和第二筛面16，不合格粉末剩余；5)启动回收装置回收不合格粉末，启动出料装置收集合格粉末；6)关闭回收装置和出料装置；7)循环执行2)至6)的步骤，直至待筛分的合金粉末耗尽。

作为拓展的方式，筛分装置10包括2级以上的筛面，其连接方式、工作过程与上述内容基本相似，在此不再赘述。

本发明并不局限于上述具体实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.磁体合金粉末的制造方法，依次包括铸造合金、氢破粉碎和气流粉碎，其特征在于：对氢破粉碎之后、气流粉碎之前的合金粉末进行筛分，去除大颗粒，筛分的目数为10目以上、100目以下，将通过筛分机构的合金粉末送入气流磨粉碎机进行气流粉碎；所述铸造合金是将钕铁硼稀土磁体的原料合金的熔融液用薄片铸造法铸造，制得平均厚度为0.2毫米～0.4毫米的急冷合金；所述氢破粉碎是将急冷合金在0.01MPa以上、1MPa以下的氢气压力下保持0.5～24小时制得合金粉末；所述气流粉碎是使用气流磨粉碎机对过筛的合金粉末再进行粉碎。

2.如权利要求1所述的磁体合金粉末的制造方法，其特征在于：所述筛分的目数优选为10目以上，40目以下。

3.如权利要求1所述的磁体合金粉末的制造方法，其特征在于：对所述氢破粉碎之后、筛分之前的合金粉末进行再粉碎，所述再粉碎是在所述合金粉末中混入复数个尺寸大于所述筛分目数的粉碎媒介一同进行筛分。

4.如权利要求3所述的磁体合金粉末的制造方法，其特征在于：所述粉碎媒介为钢球或陶瓷球。

5.如权利要求1所述的磁体合金粉末的制造方法，其特征在于：所述筛分的方法为三维过筛或超声波过筛。

6.如权利要求1所述的磁体合金粉末的制造方法，其特征在于：所述筛分为多级筛分。

7.如权利要求6所述的磁体合金粉末的制造方法，其特征在于：所述多级筛分为2级筛分，第一级筛分的目数为2目以上、15目以下，第二级筛分的目数为40目以上、50目以下。

8.基于权利要求1的磁体的制造方法，其特征在于：将气流粉碎后制得的粉末进行取向成型，然后烧结成磁体。