CN104707990A - 一种提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉矫顽力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉矫顽力的方法。所述方法包括以下步骤：a、制备含低熔点合金的粉末悬浊液，所述粉末与溶剂的重量比为1：1～1：10；b、将按常规方法制得的钕铁硼快淬纳米晶磁粉与所述悬浊液混合，充分搅拌，使悬浊液中的所述粉末均匀覆盖在所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉的颗粒周围，然后滤出并真空干燥所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉；c、在真空或气氛保护的条件下对经步骤b处理后的所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉进行热处理，热处理温度为500～800℃，时间为5～30min；d、对热处理后的所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉进行水淬或油淬快冷处理。通过上述方法获得的磁粉矫顽力得到提高，充磁也变得容易。

Description

一种提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉矫顽力的方法
技术领域
本发明涉及一种提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉矫顽力的方法。
背景技术
钕铁硼快淬纳米晶永磁合金由三维尺寸小于100nm的各向同性晶粒组成，由于晶粒尺寸较小，其矫顽力提升的空间更大。细化晶粒是提高纳米晶磁体矫顽力的有效手段之一，比较流行的方法是在熔炼过程中添加微量的高熔点合金元素如Nb、Ti、Zr等，利用这些元素在晶界处的富集来抑制晶粒的生长，实现矫顽力的提高。
然而，由于粘结钕铁硼产品的矫顽力由钉扎场控制，晶粒减小，晶界总量则增大，钉扎场随之增强，虽然矫顽力有所提高，但是磁化难度却随之增大，这就对充磁工艺提出了一定的挑战。因此，如果能在不减小晶粒尺寸的前提下实现矫顽力的提高，则能够缓解充磁工艺的困难。
另一方面，对钕铁硼纳米晶快淬材料来说，大量紧密接触的纳米级晶粒间存在着强烈的磁晶交换耦合作用，这种作用会显著减弱矫顽力。有人尝试通过例如在合金熔炼过程中添加过量的Nd，或者添加Cu、Ga、Al、Nb等元素，以在晶粒间形成均匀的磁隔绝薄层，来实现晶粒间的适度脱耦。然而，矫顽力提高的效果并不好，很可能是由于晶粒间没有形成连续的非磁性相来起到磁隔绝作用。过量添加的Nd元素多富集在三角区，这样既浪费了资源，又不能有效提高磁体的矫顽力。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉矫顽力的方法，通过低熔点合金的热扩散作用来提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉的矫顽力。
所述提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉矫顽力的方法，包括以下步骤：
a、制备含有低熔点合金粉末的悬浊液，所述粉末与溶剂的重量比为1：1～1：10；
b、将按常规方法制得的钕铁硼快淬纳米晶磁粉与所述悬浊液混合，充分搅拌，使所述悬浊液中的所述粉末均匀覆盖在所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉颗粒的周围，然后滤出并真空干燥所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉；
c、在真空或气氛保护的条件下对经步骤b处理后的所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉进行热处理，热处理温度为500～800℃，时间为5～30min；
d、对热处理后的所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉进行水淬或油淬快冷处理。
优选地，所述低熔点合金的名义成分为NdxT100-x，其中x是原子百分比，5≤x≤95，T为选自Cu、Al、Zn、Sn、Ga中的至少一种元素。
优选地，所述低熔点合金的名义成分为T1 xT2 100-x，其中x是原子百分比，5≤x≤95，T1是选自Cu、Al、Zn、Sn、Ga中的一种元素，T2是选自Cu、Al、Zn、Sn、Ga中的至少一种元素，且T2不包含T1。
优选地，所述溶剂是无水酒精、汽油或石油醚。
钕铁硼快淬带的内部存在大量非晶结构，且最终的晶粒尺寸小于HDDR磁粉。针对这种热扩散基体，本发明选择含稀土元素Nd或不含稀土元素Nd的低熔点合金热扩散体系，降低了快淬非晶钕铁硼合金的晶化温度，同时有效地削弱了晶粒之间的交换耦合作用，提高了磁粉的矫顽力。此外，由于晶界处出现了无磁性相，对畴壁的钉扎作用减小，磁化曲线斜率变大，充磁变得容易。由于热处理过程有液相参与，因此改变了淬态带的晶化温度。此外，通过热扩散，实现了晶粒间的适度磁隔绝。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中对比例和实施例的磁粉矫顽力分布图。
图2是图1中A、B两点分别对应的磁粉的磁滞回线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
所述制备钕铁硼快淬纳米晶磁粉的具体过程如下。
第一步，制备含低熔点合金(下文称为“合金”)粉末的悬浊液。
本发明所涉及的低熔点合金包括金属间化合物或固溶体，可以含有稀土元素，也可以不含有稀土元素。
首先，制备低熔点合金的铸锭。
当使用含有稀土元素Nd的合金时，合金的名义成分为NdxT100-x，其中x是原子百分比，5≤x≤95，T为Cu、Al、Zn、Sn、Ga等元素中的至少一种。采用真空电弧熔炼或感应熔炼制备合金铸锭，保护气体为惰性气体或氮气。
当所用合金不含稀土元素Nd时，合金的名义成分是T1 xT2 100-x，其中x是原子百分比，5≤x≤95，T1为Cu、Al、Zn、Sn、Ga元素中的一种，T2为Cu、Al、Zn、Sn、Ga元素中的至少一种，且T2不包含T1。采用真空电弧熔炼或感应熔炼制备合金铸锭，保护气体为惰性气体或氮气。
接下来，先对铸锭进行粗破碎，然后在汽油保护下进行盘磨细化，盘磨时间为5～30min。也可以将第一步得到的铸锭先进行感应重熔快淬处理，得到快淬带片，然后在汽油保护下对快淬带片进行盘磨细化，盘磨时间为5～30min。
然后，通过普通球磨、行星球磨或者其它形式的高能球磨，对盘磨粉进行球磨得到合金粉末，研磨介质为汽油或石油醚，球磨时间为40～250min。
接着，真空干燥上述粉末，然后合金将粉末与溶剂混合，制成悬浊液或浆糊，合金粉末与溶剂的重量比为1：1～1：10。溶剂选自无水酒精、汽油或石油醚。
第二步，将按常规方法制得的任意粒径的钕铁硼快淬磁粉与上述悬浊液或浆糊混合，并充分搅拌，使悬浊液中的合金粉末均匀覆盖在钕铁硼快淬磁粉颗粒的周围，然后将钕铁硼快淬磁粉滤出，最后将钕铁硼快淬磁粉真空干燥。滤出可以用孔径为50微米左右的滤网。
第三步，对第二步干燥后的钕铁硼快淬磁粉在真空或气氛保护下进行热处理，保护气氛为氮气或惰性气体，热处理温度为500～800℃，热处理时间为5～30min。
第四步，热处理结束后对钕铁硼快淬磁粉进行水淬或油淬快冷处理。
在上述制备方法中，通过对钕铁硼快淬粉的表面涂覆及后续的热处理，实现了快淬粉晶化温度的降低和内禀矫顽力的提高。
实施例1
所用低熔点合金的名义成分(原子百分比)为Nd70Cu30，采用真空电弧熔炼制备合金铸锭。保护气体为高纯氩气，反正面共炼四次。
将合金铸锭放入盘磨机内盘磨10分钟，得到合金粉。
将盘磨后的合金粉放入有汽油保护的行星球磨罐中球磨100分钟，得到合金粉末，然后真空干燥。
将干燥后的合金粉末与无水乙醇混合，混合重量比为1：4，充分搅拌，形成悬浊液。
钕铁硼快淬粉的名义成分(原子百分比)为Nd11.8Dy0.5Fe79.7Zr0.8Nb0.8Cu0.4B6，平均颗粒度为300微米。将钕铁硼快淬粉与上述悬浊液混合，充分搅拌，使钕铁硼快淬粉与悬浊液中的合金粉末充分接触。然后用300目筛网滤出钕铁硼快淬粉，并在真空环境中干燥。
将上述干燥后的钕铁硼快淬粉封装在石英管中，然后对石英管进行真空热处理，温度为550～800℃，时间为10分钟。
热处理结束后，将封装有钕铁硼快淬粉的石英管放入冷水中，采用冷水快淬技术进行快冷。
实施例2
所用低熔点合金的名义成分(原子百分比)为Nd70Cu30，采用真空电弧熔炼制备合金铸锭，保护气体为高纯氩气，反正面共炼四次。
将合金铸锭放入盘磨机内，盘磨10分钟。
将盘磨后的合金粉在有汽油保护的行星球磨罐中球磨100分钟，得到合金粉末，然后对粉末进行干燥处理。
将干燥后的粉末与无水乙醇混合，混合重量比为1：4，充分搅拌，形成悬浊液。
将与实施例1相同的钕铁硼快淬粉与悬浊液混合，充分搅拌，使钕铁硼快淬粉与悬浊液中的颗粒充分接触。然后用300目筛网滤出钕铁硼快淬粉，并在真空环境中干燥。
将上述干燥后的钕铁硼快淬粉封装在石英管中，然后对石英管进行真空热处理，温度为550～750℃，时间为30分钟。
热处理结束后，将封装有钕铁硼快淬粉的石英管放入冷水中，采用冷水快淬技术进行快冷。
对比例
在石英管中对与实施例1相同的钕铁硼快淬粉进行真空热处理，温度为550～800℃，时间10分钟。热处理结束后采用冷水快淬技术对石英管中的钕铁硼快淬粉进行快冷。
实施例1、实施例2和对比例分别对同种钕铁硼快淬粉进行了热处理，实施例1和对比例的处理时间为10分钟，实施例2的处理时间为30分钟。实施例1和实施例2采用了NdCu涂覆渗镀的工艺，对比例未采用涂覆热处理工艺。
根据图1的结果，可以明显看出NdCu渗镀有效地降低了淬态合金带的初始晶化温度，这也就一定程度上降低了个别晶粒过度长大的几率，同时节约了电能。
此外，如图1所示，对实施例1和对比例的矫顽力分布进行比较，可以看出在热处理温度、处理时间相同的条件下，经过低熔点合金热扩散处理的磁粉，其最大矫顽力得到了提高。这说明采用表面涂覆热扩散工艺可以起到晶粒间适度脱耦的作用，最终使矫顽力得到增强。
图2示出了在相同温度、时间的条件下，图1中A、B两点对应的磁粉样品的磁滞回线，实线闭合曲线是A点对应磁粉的磁滞回线，虚线闭合曲线是B点对应磁粉的磁滞回线，位于闭合曲线内部的实线曲线段和虚线曲线段分别是A点和B点对应磁粉的磁化曲线。A点对应磁粉是未经热渗透处理的磁粉，B点对应磁粉是经过热渗透处理的磁粉。
从磁化曲线的走势可以看出，两种磁粉的磁化难度无明显区别，但矫顽力相差1000Oe。也就是说，经过热渗透处理的磁粉，其矫顽力得到了提高，但充磁难度并未增大。因此，利用上述技术方案，能在不减小晶粒尺寸的前提下实现矫顽力的提高，同时避免充磁困难的问题。
以上结合具体实施方式和实施例对本发明的技术方案进行了详细的说明，但本发明并不受限于此。在实现本发明目的的前提下，本领域技术人员可以对本发明作出各种改变和变形。

Claims (4)

1.一种提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉矫顽力的方法，包括以下步骤：
a、制备含低熔点合金的粉末悬浊液，所述粉末与溶剂的重量比为1：1～1：10；
b、将按常规方法制得的钕铁硼快淬纳米晶磁粉与所述悬浊液混合，充分搅拌，使所述悬浊液中的所述粉末均匀覆盖在所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉的颗粒周围，然后滤出并真空干燥所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉；
c、在真空或气氛保护的条件下对经步骤b处理后的所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉进行热处理，热处理温度为500～800℃，时间为5～30min；
d、对热处理后的所述钕铁硼快淬纳米晶磁粉进行水淬或油淬快冷处理。
2.根据权利要求1所述的提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉矫顽力的方法，其特征在于，所述低熔点合金的名义成分为NdxT100-x，其中x是原子百分比，5≤x≤95，T为选自Cu、Al、Zn、Sn、Ga中的至少一种元素。
3.根据权利要求1所述的提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉矫顽力的方法，其特征在于，所述低熔点合金的名义成分为T1 xT2 100-x，其中x是原子百分比，5≤x≤95，T1是选自Cu、Al、Zn、Sn、Ga中的一种元素，T2是选自Cu、Al、Zn、Sn、Ga中的至少一种元素，且T2不包含T1。
4.根据权利要求1所述的提高钕铁硼快淬纳米晶磁粉矫顽力的方法，其特征在于，所述溶剂是无水酒精、汽油或石油醚。
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