CN104599803A - 一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体及其制备工艺，合金的质量百分比为（PrNd）_30.0Fe_67.4AlCu_0.5Co_0.6B，由包含下述主要步骤的方法制备而成：以纯度≥99.90%（PrNd）合金、Fe、Al、Cu、Co、B的质量百分比配料，在真空保护下熔炼，对甩带薄片采用不同的氢破碎加气流磨工艺进行制得不同氢含量及粉末粒度的粉体，然后采用相同的压型及烧结工艺制备钕铁硼磁体。采用该制备方法由高氢含量粉末为基体生产的钕铁硼具有较好的磁性能。本发明，有利于回收利用高氢含量的钕铁硼粉料，减少废品率，降低其成本，提高企业的经济效益，且工艺过程适于批量化生产。

Description

一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体及其制备工艺

技术领域

本发明属于磁性材料，具体是一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体及其制备工艺。

背景技术

永磁材料，特别是稀土R-Fe-B系永磁材料，是目前综合性能最好的一类永磁材料，已成为现代工业与科学技术中不可或缺的重要物质基础。其中烧结钕铁硼永磁材料由于具有优异的性价比而被迅速产业化，被广泛应用于计算机硬盘驱动器、硬盘音圈马达、电动机、发电机、核磁共振仪、音响、通讯设备等各个高新技术领域。其中部分应用领域如硬盘、核磁共振仪器等多趋于成熟，而永磁电机是钕铁硼永磁材料需求量增长最大的应用领域。随着社会的发展，钕铁硼产品的需求量仍然会以较快的速度增长，稀土铁系永磁材料将会成为永磁材料的主体产品。其中高性能钕铁硼产品由于其稀土总量较少，要求在材料制备的过程中尽量降低粉体的氧化，而且高性能的钕铁硼磁体要求磁体粒度分布均匀，这就需要在制粉时粉体的颗粒较为均匀分布。而氢爆破（HD）加气流磨(JM)的制备工艺恰好能够满足以上要求。其中粉体在HD工艺处理后的脱氢程度以及粉体所含氢含量对最终磁体产品的磁性能是如何影响的，氢含量以及粉体的粉末粒度应控制在什么水平可以获得较好综合性能的磁体，较少有研究者对其进行研究。系统研究氢含量以及粉末粒度对永磁体磁性能的影响对于研究开发高性能的永磁材料具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体及其制备工艺。本发明通过氢破碎加气流磨工艺来控制压型前的粉末粒度来制备由高氢含量粉末为基体的高性能的钕铁硼产品，实现由高氢含量粉末制备的烧结钕铁硼永磁体性能的改善。本发明，有利于回收利用高氢含量的钕铁硼粉料，减少废品率，降低其成本，提高企业的经济效益，且工艺过程适于批量化生产。

实现本发明目的的技术方案是：

一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体，其用料及用料用量的质量百分比为：

（PrNd）合金：30.0%，Fe：67.4%，Al：0.5%，Cu: 0.5%， Co：0.6%，B：1.0%，其中PrNd合金的Pr与Nd的质量比为20:80。

一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体的制备工艺，包括如下步骤：

（1）配料，熔炼制备母合金速凝铸片，其中配料的质量百分比为：（PrNd）合金：30.0%，Fe：67.4%，Al：0.5%，Cu: 0.5%， Co：0.6%，B：1.0%；

（2）甩带薄片进行氢破碎（HD）处理；

（3）气流磨(JM)处理；

（4）磁场取向压型及冷等静压处理；

（5）真空烧结以及时效热处理获得钕铁硼磁体。

步骤（1）所述熔炼，于标准的工业用真空感应熔炼甩带炉中进行，为了保证合金的成分均匀，合金在完全熔化后保温15～30分钟在进行浇铸甩带；

步骤（2）所述氢破碎（HD）处理采用工业化NdFeB氢破碎生产工艺，过程包括在150～350 ℃下活化0.5～1 h，然后进行吸氢2～4 h，之后在500～600 ℃下脱氢4～8 h，最后水冷到30 ℃以下；

步骤（3）所述气流磨（JM）处理采用工业化NdFeB气流磨工艺，把HD处理的合金粗粉放入系统氧含量为0.02%的气流磨粉机中，转速为2300～3000转/分钟，时间为4 h；

步骤（4）所述磁场取向压型处理，其取向磁场为1.0～2.0 T，在密封的无空气的手套箱中进行；

步骤（4）所述冷等静压处理处理，其压力为50～500 Mpa，磁体处于无氧或低氧环境中；

步骤（5）所述真空烧结以及时效热处理，于真空烧结炉内进行，烧结温度为1000～1200℃，烧结时间为4～6 h；

步骤（5）所述时效热处理，于真空烧结炉内进行，分两次进行，第一次时效热处理温度为800～900℃，时间为1～3 h；第二步时效热处理的时效温度为400～600℃，时间为4～6 h；

为了监控产品质量，同时使用排水法测试烧结钕铁硼产品的密度；

采用ONH 2000分析仪分别测试经氢破碎以及气流磨处理后的粉体的氢含量，采用大块稀土无损检测系统检测产品的磁性能以及激光粒度分析仪检测粉体的粉末粒度。

结果表明，当氢含量小于2200 PPm时，对磁体的剩磁的影响不大，但是当大于2200 PPm时，随着氢含量的增加，剩磁迅速降低；当氢含量小于2000 PPm时，对磁体的矫顽力以及最大磁能积的影响不大，但是当大于2000 PPm时，随着氢含量的增加，磁体的矫顽力以及最大磁能积迅速降低；综合考虑，在生产高性能的钕铁硼产品时，氢含量最好应控制在2000 PPm以下。在氢含量大于2000 PPm 的高氢含量粉末几乎生产不出合格的产品。与面积平均粒径D（3,2）= 5.58 μm 的高氢含量粉末所生产的钕铁硼产品的磁性能相比，由D（3,2）= 4.33μm左右的粉末所生产的钕铁硼产品的剩磁、矫顽力以及最大磁能积都有着显著提高，剩磁Br由12.34 kGs提高到12.82 kGs，同比提高了3.89%；矫顽力Hcj由17.0 KOe提高到18.1 KOe，同比提高了6.47%；最大磁能积(BH)m由37.17 MGsOe 提高到40.19 MGsOe，同比提高了8.12%。由高氢含量下不同粉末粒度制备的磁体性能对比表见表1：

表1

附图说明

图1是本发明的制备方法工艺流程图；

图2为HD+JM处理后的不同氢含量对磁体剩磁的影响关系图；

图3为HD+JM处理后不同氢含量对磁体矫顽力的影响关系图；

图4为HD+JM处理后不同氢含量对磁体最大磁能积的影响关系图。

具体实施方式

实施例1

一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体的制备工艺：具体实施步骤如下：

（1）以纯度≥ 99.90%的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd）合金：30.0%，Fe：67.4%，Al：0.5%，Cu: 0.5%， Co：0.6%，B：1.0%

的质量百分比配料；

2）在真空保护下的于标准的工业用真空感应甩带炉中熔炼；

3）将甩带好的薄片进行HD处理，在真空或氩气保护下150～350 ℃下活化1 h，然后进行吸氢2 h，之后在560℃下脱氢8 h，最后水冷到30 ℃以下取样，然后进行JM处理4 h，转速为2700转/min；

4）气流磨粉体在1.6 T的磁场下压制成型并在300 Mpa下进行冷等静压处理；

5）将压制坯件放入真空烧结炉，烧结温度为1100 ℃，烧结时间为5 h，然后进行时效热处理，时效处理工艺分两步进行，第一次时效热处理温度为850 ℃，时间为2.5 h；第二步时效热处理的时效温度为500 ℃，时间为5 h；

产品检测：采用ONH分析仪气流磨处理后的粉体的氢含量大约在1800 PPm，采用大块稀土无损检测系统检测最少5个产品的磁性能，取其平均值结果如下：

 

实施例2

一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体的制备工艺：具体实施步骤如下：

（1）以纯度≥ 99.90%的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd）合金：30.0%，Fe：67.4%，Al：0.5%，Cu: 0.5%， Co：0.6%，B：1.0%

的质量百分比配料；

2）在真空保护下的于标准的工业用真空感应甩带炉中熔炼；

3）将甩带好的薄片进行HD处理，在真空或氩气保护下150～350 ℃下活化1 h，然后进行吸氢2.5 h，之后在590℃下脱氢7 h，最后水冷到30 ℃以下取样，然后进行JM处理4 h，转速为2700转/min；

4）气流磨粉体在1.6T的磁场下压制成型并在300Mpa下进行冷等静压处理；

5）将压制坯件放入真空烧结炉，烧结温度为1100℃，烧结时间为5 h，然后进行时效热处理，时效处理工艺分两步进行，第一次时效热处理温度为850℃，时间为2.5 h；第二步时效热处理的时效温度为500℃，时间为5 h；

产品检测：采用ONH分析仪气流磨处理后的粉体的氢含量大约在2200 PPm，采用大块稀土无损检测系统检测最少5个产品的磁性能，取其平均值结果如下：

实施例3

一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体的制备工艺：具体实施步骤如下：

（1）以纯度≥ 99.90%的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd）合金：30.0%，Fe：67.4%，Al：0.5%，Cu: 0.5%， Co：0.6%，B：1.0%

的质量百分比配料；

2）在真空保护下的于标准的工业用真空感应甩带炉中熔炼；

3）将甩带好的薄片进行HD处理，在真空或氩气保护下150～350 ℃下活化1 h，然后进行吸氢3 h，之后在500℃下脱氢6 h，最后水冷到30 ℃以下取样，然后进行JM处理4 h，转速为2700转/min；

4）气流磨粉体在1.6T的磁场下压制成型并在300Mpa下进行冷等静压处理；

5）将压制坯件放入真空烧结炉，烧结温度为1100℃，烧结时间为5 h，然后进行时效热处理，时效处理工艺分两步进行，第一次时效热处理温度为850℃，时间为2.5 h；第二步时效热处理的时效温度为500℃，时间为5 h；

产品检测：采用ONH分析仪气流磨处理后的粉体的氢含量大约在3000 PPm，采用大块稀土无损检测系统检测最少5个产品的磁性能，取其平均值结果如下：

以上案例只是部分案例，展示其可行性，剩余的不同氢含量的制备案例不再陈述。不同氢含量对磁性能的影响规律见附图2-4。

实施例4

一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体的制备工艺：具体实施步骤如下：

（1）以纯度≥ 99.90%的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd）合金：30.0%，Fe：67.4%，Al：0.5%，Cu: 0.5%， Co：0.6%，B：1.0%

的质量百分比配料；

2）在真空保护下的于工业用真空感应甩带炉中熔炼；

3）将甩带好的薄片进行HD处理，在真空或氩气保护下150～350 ℃下活化1 h，然后进行吸氢3 h，之后在500℃下脱氢6 h，最后水冷到30 ℃以下取样

4）将氢爆样放入系统氧含量为0.01%，转速为2600转/min，然后进行JM处理4 h；

5）气流磨粉体在1.6 T的磁场下压制成型并在300 Mpa下进行冷等静压处理；

6）将压制坯件放入真空烧结炉，烧结温度为1100℃，烧结时间为5 h，然后进行时效热处理，时效处理工艺分两步进行，第一次时效热处理温度为850℃，时间为2.5 h；第二步时效热处理的时效温度为500℃，时间为5 h；

产品检测：采用ONH分析仪气流磨处理后的粉体的氢含量大约在3000 PPm左右，采用激光粒度分析仪检测粒度分布，测得其D（3,2）= 5.58 μm, D10=3.54 μm,

D50= 5.56 μm, D10= 8.69 μm,采用大块稀土无损检测系统检测产品的磁性能，其结果如下：

实施例5

一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体的制备工艺：具体实施步骤如下：

（1）以纯度≥ 99.90%的镨钕合金、Fe、Co、Nb、Gd、B为原料，按(PrNd）合金：30.0%，Fe：67.4%，Al：0.5%，Cu: 0.5%， Co：0.6%，B：1.0%

的质量百分比配料；

2）在真空保护下的于标准的工业用真空感应甩带炉中熔炼；

3）将甩带好的薄片进行HD处理，在真空或氩气保护下150～350 ℃下活化1 h，然后进行吸氢2.5 h，之后在500℃下脱氢6.5 h，最后水冷到30 ℃以下取样；

4）将氢爆样放入系统氧含量为0.01%，转速为2920转/min，然后进行JM处理4 h；

5）气流磨粉体在1.6 T的磁场下压制成型并在300 Mpa下进行冷等静压处理；

6）将压制坯件放入真空烧结炉，烧结温度为1100℃，烧结时间为5 h，然后进行时效热处理，时效处理工艺分两步进行，第一次时效热处理温度为850℃，时间为2.5 h；第二步时效热处理的时效温度为500℃，时间为5 h；

产品检测：采用ONH分析仪气流磨处理后的粉体的氢含量大约在3000 PPm左右，采用激光粒度分析仪检测粒度分布，测得其D（3,2）= 4.33 μm, D10=2.58 μm,

D50= 4.44 μm, D10= 7.61 μm,采用大块稀土无损检测系统检测产品的磁性能，其结果如下：

  结果分析：表1为面积平均粒径D（3,2）= 4.33μm左右的高氢含量粉末所生产的钕铁硼与由D（3,2）= 5.58 μm 粉末所生产的钕铁硼产品的磁性能对比表。由面积平均粒径D（3,2）= 5.58 μm 的高氢含量粉末所生产的钕铁硼产品的磁性能相比，由D（3,2）= 4.33μm左右的粉末所生产的钕铁硼产品的剩磁、矫顽力以及最大磁能积都有着显著提高，剩磁Br由12.34 kGs提高到12.82 kGs，同比提高了3.89%；矫顽力Hcj由17.0 KOe提高到18.1 KOe，同比提高了6.47%；最大磁能积(BH)m由37.17 MGsOe 提高到40.19 MGsOe，同比提高了8.12%。

尽管本发明已公开以上部分实施方案，但其并不仅仅局限于该说明书以及实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合于本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节以及所描述的实施例。

Claims (9)

1.一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体，其特征是：其用料及用料用量的质量百分比为：

（PrNd）合金：30.0%，Fe：67.4%，Al：0.5%，Cu: 0.5%， Co：0.6%，B：1.0%，其中PrNd合金的Pr与Nd的质量比为20:80。

2.一种由高氢含量粉末制备的钕铁硼永磁体的制备工艺，其特征是：包括如下步骤：

（1）配料，熔炼制备母合金速凝铸片，其中配料的质量百分比为：（PrNd）合金：30.0%，Fe：67.4%，Al：0.5%，Cu: 0.5%， Co：0.6%，B：1.0%；

（2）甩带薄片进行氢破碎（HD）处理；

（3）气流磨(JM)处理；

（4）磁场取向压型及冷等静压处理；

（5）真空烧结以及时效热处理获得钕铁硼磁体。

3.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征是：步骤（1）所述熔炼，于标准的工业用真空感应熔炼甩带炉中进行，合金在完全熔化后保温15～30分钟在进行浇铸甩带。

4.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征是：步骤（2）所述氢破碎（HD）处理采用工业化NdFeB氢破碎生产工艺，过程包括在150～350 ℃下活化0.5～1 h，然后进行吸氢2～4 h，之后在500～600 ℃下脱氢4～8 h，最后水冷到30 ℃以下。

5.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征是：步骤（3）所述气流磨（JM）处理采用工业化NdFeB气流磨工艺，把HD处理的的合金粗粉放入系统氧含量为0.02%的气流磨粉机中，转速为2300～3000转/分钟，时间为4 h。

6.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征是：步骤（4）所述磁场取向压型处理，其取向磁场为1.0～2.0 T，在密封的无空气的手套箱中进行。

7.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征是：步骤（4）所述冷等静压处理处理，其压力为50～500 Mpa，磁体处于无氧或低氧环境中。

8.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征是：步骤（5）所述真空烧结以及时效热处理，于真空烧结炉内进行，烧结温度为1000～1200℃，烧结时间为4～6 h。

9.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征是：步骤（5）所述时效热处理，于真空烧结炉内进行，分两次进行，第一次时效热处理温度为800～900℃，时间为1～3 h；第二步时效热处理的时效温度为400～600℃，时间为4～6 h。