CN104051105A - 一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法，涉及一种永磁材料的制粉工艺方法，该方法将原料通过适宜配比，并运用多种新式工艺方法直接制备适宜于微米级及亚微米级粉末，粉末粒度范围为0.05μm-50μm，采用200-400目振动筛分，筛分后吻合粒度要求小颗粒直接进入混料，大颗粒进入磁球磨机湿法（或者真空）高速搅拌研磨至2.5-3.5μm后按一定配比混料成型，新工艺方法采用气流磨工艺进行高速研磨；作为磁性粉末直接用于制备磁性流体、粘接钕铁硼磁体也可用以制备常规烧结钕铁硼磁体及磁性器件。该工艺方法简单，成本低，产品性能优异，适于批量生产是永磁材料制粉工艺的突破。

Description

一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法

技术领域

本发明涉及一种永磁材料的制粉工艺方法，特别是涉及一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法。

背景技术

进入21世纪以来，由于我国有丰富的稀土资源，在发达国家中的磁性材料生产成本过高，世界范围内磁性材料生产基地纷纷向中国转移。截止至2011年，我国稀土钕铁硼永磁体实际产量已经超过10万吨，可实现产量达到15-20万吨，跃居世界首位，但是由于我国生产的大多数永磁性材料都属于低端产品，只能靠廉价的劳动力和低廉的商品价格掺与国际市场的竞争，造成我国虽然是永磁体生产技术大国，却非生产技术强国的现状。当前钕铁硼工艺的研发基本接近于行业瓶颈，近2-3年内都未能有所突破，究其主要原因在于工艺的革新进度。每一次性能的大幅度提升，都源于工艺的改进。如从传统球磨到气流磨，增加氢破工艺，甩片工艺，无氧工艺、渗Dy工艺。因此眼前钕铁硼的研发重点必然是工艺的改进和与不同工艺成分控制相结合。

传统的钕铁硼工艺（目前部分中小企业生产使用）是配料后熔炼铸锭、粗碎、中碎、细碎后球磨或者气流磨，最终制备平均粒度在2μm-5μm左右的粉末。目前广泛使用的为SCHD工艺，工艺方案为采用速凝甩带炉制备0.2mm左右薄片，后采用氢破、气流磨工序，最终制备平均粒度在2μm-5μm左右的粉末性，也有相关科研工作者制备纳米级粉末。虽然SC-HD工艺较原始工艺更有利于钕铁硼主相的生产，也较铸锭工艺把稀土使用量由传统的30-33.5%wt降低到28.5-30.5%wt，同时改善了磁性能。然而整体工艺复杂，效率低下，同时氢破工艺为危险工艺，气流磨工艺工作效率低且容易提高氧含量。并且成品中富稀土相广泛存在，详见附图二。通过采用了新式工艺可进一步降低了稀土使用量0.5-3%wt，并提升产品性能，有望开发出N50UH、N45EH、N40AH系列产品。

专利号88108934.6，吴成义等人于1988年介绍了一种钕铁硼球形非晶微晶粉末制备方法，该工艺方法为高速气雾法，采用传统工艺制备了钕铁硼母合金后采用雾化气体压力1-18MPA，该工艺方法所制备的磁体为粘接钕铁硼磁粉，所制备的磁体性能为7-20MGOe。专利号93109121.7李岫梅等人在此基础上进一步改进，介绍了一种环形气雾化方法，其原理也是采用传统工艺制备钕铁硼母合金后，在环形气体下制备平均粒度D50大于27μm的非晶粉体，气体压力为1MPA -2MPA。而本发明所述的气雾化法制备工艺设备主要构成为，中频感应熔炼炉、保温炉、雾化系统、雾化罐体、粉尘收集系统、供气水冷系统，从设备、原理、压力和工艺机制以该方法有明显的不同，金属液体经过保温坩埚、导流嘴流出，由高压气体或者高压液氮为20-600MPA将金属液体雾化破碎，并制备得到粒度范围在0.05-50μm颗粒，D50小于25μm，以上述工艺有着显著的不同。

专利号201010033732.2郭志猛等人介绍了一种微细球形钕铁硼粉的制备方法，通过氢破和射频等离子熔融的方法制备了钕铁硼球形粉末。该工艺在传统铸锭、甩片后吸氢钕铁硼原料为原料采用RF等离子方法，其中原料为钕铁硼成品原料粒度为100-350μm，其制备粉末粒度为10-100μm。专利号200510021982.3介绍了一种以钕铁硼磁块为原料通过真空电弧法制备纳米晶钕铁硼磁粉的一种方法，该工艺制备的粒度为纳米级；专利号200510030737.9介绍了一种爆炸法制备纳米晶钕铁硼粉末的方法，采用原料为纳米晶钕铁硼，以上两种方法用于制备纳米晶钕铁硼，且无法批量生产，以本发明微米级工业级无论从原料还是粒度都有显著的不同。专利号201010592906.9介绍了一种超细颗粒的钕铁硼磁粉，该工艺采用普通钕铁硼磁粉为原料，通过气流磨的方式制备粒度小于30μm的钕铁硼磁粉。以上专利所用原材料均为钕铁硼原材料，与本发明所述的生产所用采用稀土、稀土铁合金、硼铁、金属铁等工业生产用钕铁硼配料直接制备的钕铁硼粉末微米级磁粉的工艺方法有着本质的区别。

从国内专利检索得出国内没有通过钕铁硼配料直接制备0.05-50μm的钕铁硼磁体粉末的报道，此外该新式永磁材料制粉工艺还可广泛应用于其它磁性材料如铁氧体、AlNiCo、SmFeN及很多粉末冶金领域，具有广阔的发展和应用空间，同时由于该工艺方法适宜工业化批量生产，成本低廉，具有极高的市场应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法，本发明采用稀土、稀土铁合金、硼铁、金属铁等工业生产用钕铁硼配料直接制备的钕铁硼粉末微米级磁粉的工艺，该工艺还可应用于其它磁性材料如铁氧体、AlNiCo、SmFeN及很多粉末冶金领域，具有广阔的发展和应用空间，由于该工艺方法适宜工业化批量生产，成本低廉，具有极高的市场应用价值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法，所述方法包括以下工艺方法：直接从原始配料制备钕铁硼磁性材料、粉末粒度范围在0.05μm-50μm的工艺方法，该工艺从原料一次制备成型，用于混料后压制烧结成型的适宜粒度大小的钕铁硼粉末材料；工艺中通过原料配比直接制备0.05-50μm级钕铁硼磁性粉末，其颗粒粒度值由工艺参数调节，其中D50小于25μm，D97小于45μm；该钕铁硼粉末工艺方法包含但不仅限于以下方式：旋转电极法、等离子旋转电极雾化制粉法、电子束旋转盘雾化制粉法、真空雾化制粉、水气联合雾化制粉、超高压水雾化制粉及气雾制粉法等直接由稀土、稀土合金、硼铁，钕铁硼废料、金属铁等常规钕铁硼生产所用原料经适宜配比经过熔融制粉直接一步制备D50小于25μm，D97小于45μm级粉末颗粒的方法；所制备材料为磁性材料，主要成分为Re-Fe-B系钕铁硼，其中RE为稀土元素，占比重为25%-33%，B占比重0.9-1.1%，Fe含量占比重63%-74%；工艺制备的粉末直径为0.05-50μm，后续工艺采用200-400目震动筛筛分，大颗粒进入高速内搅拌球磨机湿法或者真空高速搅拌研磨至2.5-3.5μm后按配比混料成型，该研磨工艺自动形成工艺流水线，并配以脱脂混料，使用气流磨工艺进行研磨即可。

所述的一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法，所述工艺所制备的钕铁硼粉末直径为0.05-50μm，作为磁性粉末直接用于制备磁性流体、粘接钕铁硼磁体也可用以制备常规烧结钕铁硼磁体及磁性器件。

所述的一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法，所述工艺制备的钕铁硼粉末在后续混料成型时所添加稀土及混合稀土使用量低于1%wt。

本发明的优点与效果是：

1、通过直接由熔融成型减少了多种碎、破、磨工序，降低了生产成本。

2、微米级及亚微米级粉末比大块或者薄片状材料更有利于控制晶体结构，成型温度，可以降低稀土使用量并使整体成分中廉价的Fe系过渡金属的含量增加，降低成本。

3、可以进一步减少晶界相比例，减少混料掺杂稀土含量，提高磁性能。

4、所述工艺方法可以使用于批量生产，且减少工序，降低后续烧结温度，因此生产成本降低达10%以上，由于钕铁硼永磁材料行业在我国产值巨大，因此具有重大的现实意义。

5、本发明依据传统磁性材料生产工艺进行了材料成分配比，由于制备工艺的不同在配比上进行了一系列的调整。其次采用新式工艺方法将原材料进行了高温熔炼，直接制备了粒度范围为0.05μm-50μm的原料，并分三种方式应用于后续处理：一、通过200-400目震动筛进行筛分，合格粉料直接进入混料，粗颗粒进入磁球磨机中高速搅拌研磨至2.5-3.5μm后按一定配比混料成型；二、采用气流磨工艺进行高速研磨；三、作为磁性粉末直接用于制备磁性流体、粘接钕铁硼磁体也可用以制备常规烧结钕铁硼磁体及磁性器件。新工艺方法在后续处理中降低了稀土添加使用量，后续混合稀土使用量低于1%wt，且烧结温度降低20-100度。

附图说明

附图1为本发明的工艺原理示意图；

附图2为主流钕铁硼制备工艺示意图；

附图3为传统工艺N45钕铁硼成品SEM形貌图；

附图4为N45钕铁硼成品晶界能谱物相分析图；

附图5为新工艺42M钕铁硼成品SEM形貌图；

附图6为采用本发明制备的钕铁硼粉末SEM形貌图；

附图7为采用本发明制备的50M钕铁硼成品SEM形貌图；

附图8为采用本发明制备的50M钕铁硼成品能谱分析图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。

本发明将稀土、稀土铁合金、硼铁、金属铁等常规钕铁硼原料通过适宜配比，并运用多种新式工艺方法直接制备适宜于微米级及亚微米级粉末，粉末粒度范围为0.05μm-50μm，平均粒度D50小于25μm，D97小于45μm，后续工艺依据成品性能要求处理该工艺方法简单，成本低，产品性能优异，可大大降低生产成本，同时还能进一步改善产品性能，是一直以来科研工作者寻求永磁材料制粉工艺的重大突破。后续处理工艺分为以下三种：

1、采用200-400目震动筛筛分，大颗粒进入高速内搅拌球磨机湿法（或者真空）高速搅拌研磨至2.5-3.5μm后按一定配比混料成型与传统球磨机研磨方式不同的是，该研磨工艺可自动形成工艺流水线，并配以脱脂混料。

2、采用气流磨工艺进行研磨，但不同于以往钕铁硼制备工艺，新工艺由于入料粒度细所需气流磨能耗大大降低，小时产量为常规气流磨5倍以上。

3、作为磁性粉末直接用于制备磁性流体、粘接钕铁硼磁体也可用以制备常规烧结钕铁硼磁体及磁性器件。

本发明永磁材料制粉工艺，主要采用旋转电极法、等离子旋转电极雾化制粉法、电子束旋转盘雾化制粉法、真空雾化制粉、水气联合雾化制粉、超高压水雾化制粉及气雾制粉法等直接由原料高温熔炼后直接生成微米级及亚微米级钕铁硼磁性材料的方法。

为详细阐述本发明的实施方式，本发明取了其中8组样品作为分析数据，其性能参数表如表1所示：

表1 实施实例1至8性能工艺表

实施例1至8原料分别如下：

实施例1：采用业内标准PrNd_30.5B_1.0Al_0.3Cu_0.2Nb_0.3Co_0.5Ga_0.1Fe_余，首先采用该配比工艺方案按照传统工艺方案实施，如图2所示，粒度3.5μm，混料时添加2%混合稀土PrNdDy，压制成50*50*25方块，每批20块，烧结温度1088/3+920/3+520/4后，其最终测试产品性能为N45，其形貌图如图3所示，通过能谱分析其富晶界相得出晶界处存在一定的氧化现象，稀土总量也高达35以上，而且边界处Dy含量较高，这充分说明二元工艺对于烧结性能提高更优，因此后续方案也全部采用二元工艺。

实施例2：采用材料配比PrNd_30.5B_1.0Al_0.3Cu_0.2Nb_0.3Co_0.5Ga_0.1Fe_余，首先采用该配比工艺方案按照新工艺方案中高压气雾法实施，工作压力300MPA，如图1所示，所制备粉末筛分后大颗粒采用磁球磨机湿法高速搅拌研磨后处理，平均粒度同样控制在3.5μm，混料时添加2%混合稀土PrNdDy，压制成50*50*25方块，烧结温度同样1088/3+920/3+520/4后，其最终测试产品性能为N45，所不同的是其SEM形貌图案有着显著的不同，新工艺的形貌主要区别在于粉末间由于细微颗粒比例较高，球形率较高。

实施例3：采用材料配比PrNd_30.5B_1.0Al_0.3Cu_0.2Nb_0.3Co_0.5Ga_0.1Fe_余，首先采用该配比工艺方案按照新工艺方案中高压气雾法实施，工作压力300MPA，如图1所示，所制备粉末筛分后大颗粒采用气流磨处理，平均压强0.8MPA，平均粒度同样控制在3.5μm，混料时添加2%混合稀土PrNdDy，压制成50*50*25方块后烧结温度同样1088/3+920/3+520/4后，其最终测试产品性能为N45，和实例2基本相似。

由于上述实验虽然证实了新工艺的可行性，但无法证实烧结温度和粒度，形貌的关系，因此后续进行了实施实例4、5、6进行校正。

实施例4：采用材料配比PrNd_30.5B_1.0Al_0.3Cu_0.2Nb_0.3Co_0.5Ga_0.1Fe_余，首先采用该配比工艺方案按照新工艺方案中高压气雾法实施，工作压力300MPA，如图1所示，所制备粉末筛分后大颗粒采用气流磨处理，平均压强0.8MPA，平均粒度同样控制在3.5μm，混料时添加2%混合稀土PrNdDy，压制成上述一样的方块，烧结温度降低到1050/3+900/3+500/4后，其最终测试产品性能为N45M，其磁性能略有提升，因此可以初步判断球形粉末烧结温度比传统工艺下降。

实施例5：采用材料配比PrNd_30.5B_1.0Al_0.3Cu_0.2Nb_0.3Co_0.5Ga_0.1Fe_余，首先采用该配比工艺方案按照新工艺方案中高压气雾法实施，工作压力500MPA，如图1所示，所制备粉末筛分后大颗粒采用气流磨处理，平均压强0.8MPA，平均粒度同样控制在3.5μm，混料时添加2%混合稀土PrNdDy，压制成上述一样的方块，烧结温度降低到1050/3+900/3+500/4后，其最终测试产品性能为N45M，但其磁性能略有提升，初步分析这可能是因为球形粉末和细粒度粉末增加所以钕铁硼性能略微提高。

实施例6：采用材料配比PrNd_30.5B_1.0Al_0.3Cu_0.2Nb_0.3Co_0.5Ga_0.1Fe_余，首先采用该配比工艺方案按照新工艺方案中高压气雾法实施，工作压力500MPA，如图1所示，所制备粉末筛分后大颗粒采用湿法高速搅拌研磨后处理，平均粒度同样控制在3.25μm，混料时添加2%混合稀土PrNdDy，压制成上述一样的方块，烧结温度降低到1030/3+880/3+490/4后，其最终测试产品性能为N45M，但其磁性能略有提升，初步分析这可能是因为球形粉末和细粒度粉末增加所以钕铁硼性能略微提高同时烧结温度可进一步下降。

以上3组实验证实了新工艺可以降低烧结温度并提高产品磁性能，但无法比较增加或者降低稀土配比调整后的配比，因此后续作为实施实例7、实施实例8改变配比作为对比分析。

实施例7：降低配比至PrNd_29.5B_1.0Al_0.3Cu_0.2Nb_0.3Co_0.5Ga_0.1Fe_余，首先采用该配比工艺方案按照新工艺方案中高压气雾法实施，工作压力500MPA，如图1所示，所制备粉末筛分后大颗粒采用湿法高速搅拌研磨后处理，平均粒度同样控制在3.25μm，混料时添加1%混合稀土PrNdDy，压制成上述一样的方块，烧结温度降低到1050/3+900/3+500/4后，其最终测试产品性能为N48M，其磁性能反而提升，初步分析这可能是因为新工艺进一步减少氧化降低稀土含量，同时新工艺改善了钕铁硼成型条件，因此降低了稀土含量。

实施例8：降低配比至PrNd₂₉B_1.0Al_0.3Cu_0.2Nb_0.3Co_0.5Ga_0.1Fe_余，首先采用该配比工艺方案按照新工艺方案中高压气雾法实施，工作压力500MPA，其形貌图如图6所示，所制备粉末筛分后大颗粒采用湿法高速搅拌研磨后处理，平均粒度同样控制在3.25μm，混料时添加1%超细0.5μm左右混合稀土PrNdDy，压制成上述一样的方块，烧结温度降低到1030/3+880/3+480/4后，其最终测试产品性能为N50M，其磁性能随烧结温度的提升进一步提升，初步分析这可能是因为新工艺进一步减少氧化降低稀土含量，同时超细添加剂改善了钕铁硼边界工艺条件，通过图7形貌图可以看出晶粒得到细化，大颗粒氧化现象较少，因此降低了总稀土含量，为止进一步分析了其中主相能谱分析，如图8所示，该结果证实了29%含量的主体相构成了大部分晶体结构，最终产品性能也得到进一步提升。

Claims (3)

1.一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法，其特征在于，所述方法包括以下工艺方法：直接从原始配料制备钕铁硼磁性材料、粉末粒度范围在0.05μm-50μm的工艺方法，该工艺从原料一次制备成型，用于混料后压制烧结成型的适宜粒度大小的钕铁硼粉末材料；工艺中通过原料配比直接制备0.05-50μm级钕铁硼磁性粉末，其颗粒粒度值由工艺参数调节，其中D50小于25μm，D97小于45μm；该钕铁硼粉末工艺方法包含但不仅限于以下方式：旋转电极法、等离子旋转电极雾化制粉法、电子束旋转盘雾化制粉法、真空雾化制粉、水气联合雾化制粉、超高压水雾化制粉及气雾制粉法等直接由稀土、稀土合金、硼铁，钕铁硼废料、金属铁等常规钕铁硼生产所用原料经适宜配比经过熔融制粉直接一步制备D50小于25μm，D97小于45μm级粉末颗粒的方法；所制备材料为磁性材料，主要成分为Re-Fe-B系钕铁硼，其中RE为稀土元素，占比重为25%-33%，B占比重0.9-1.1%，Fe含量占比重63%-74%；工艺制备的粉末直径为0.05-50μm，后续工艺采用200-400目震动筛筛分，大颗粒进入高速内搅拌球磨机湿法或者真空高速搅拌研磨至2.5-3.5μm后按配比混料成型，该研磨工艺自动形成工艺流水线，并配以脱脂混料，使用气流磨工艺进行研磨即可。

2.根据权利要求1所述的一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法，其特征在于，所述工艺所制备的钕铁硼粉末直径为0.05-50μm，作为磁性粉末直接用于制备磁性流体、粘接钕铁硼磁体也可用以制备常规烧结钕铁硼磁体及磁性器件。

3.根据权利要求1所述的一种钕铁硼永磁材料的制粉工艺方法，其特征在于，所述工艺制备的钕铁硼粉末在后续混料成型时所添加稀土及混合稀土使用量低于1%wt。