CN105170976A - 一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法 - Google Patents

一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法 Download PDF

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高学绪
汤明辉
包小倩
孙璐
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Abstract

本发明属于稀土永磁材料领域，特别提供了一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法。其特征是将近正分钕铁硼合金铸锭、制粉、磁场取向压型并冷等静压，之后在压坯表面附着低熔点稀土－铜(铝)合金(稀土是La,Ce,Pr,Nd,Tb,Dy,Ho,Gd,Y中的一种或以上；M是Cu,Al中的一种或两种)，在略高于该合金熔点的温度下热处理，该合金熔融并快速扩渗入钕铁硼压坯，在2:14:1主相之间呈薄层状均匀分布。之后对经过扩渗的钕铁硼进行低温烧结，得到致密、细晶、晶界相分布均匀的组织，从而获得高矫顽力的烧结钕铁硼磁体。

Description

一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法
技术领域
本发明属于稀土永磁材料领域，特别涉及一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法。
技术背景
烧结NdFeB系合金因具有较高的剩磁、矫顽力和最大磁能积，综合性能优良，被称为“磁王”。自问世以来，在电子信息、家用电器、医疗器械、风力发电和汽车工业等各个领域得到广泛的应用。经过几十年的发展，烧结NdFeB系永磁合金的磁性能不断提高，其中剩磁Br和最大磁能积(BH)max已经接近极限值，然而烧结NdFeB的实际矫顽力不足理论值的30％左右，因此，提高矫顽力方面仍存有巨大空间。
烧结钕铁硼磁体矫顽力远低于理论值的主要是实际组织结构与理想组织结构存在较大差距，晶粒尺寸不够细小和2:14:1主相晶粒表面层的磁晶各向异性常数K1较低，晶界富Nd相不能在2:14:1相晶粒间呈薄层状连续地分布，实现完全有效地磁隔绝。因此，要获得高矫顽力的烧结钕铁硼磁体，除了细化晶粒尺寸和强化2:14:1晶粒表面层的各向异性外，必须保证富Nd相呈薄层状均匀地分布到所有Nd2Fe14B晶粒周围。
常见提高矫顽力的途径主要可归类于以下两类：1.改善磁体边界结构；2.减小晶粒尺寸。低温烧结是获得细小晶粒的一种手段，多畴晶粒中矫顽力对晶粒尺寸的依赖关系经验公式如下：
H i c = a + b D
式中a,b为常数，D是晶粒尺寸，当应用低温烧结工艺使晶粒尺寸降低后，矫顽力就会得到提升。JinWooKim等人采用低温烧结工艺，对比相同成分970℃下烧结20h和1070℃下烧结4h的磁体：二者致密度皆高于99％，然而前者晶粒平均尺寸为5.5μm，远低于后者7.2μm，前者矫顽力为1823kA/m，后者矫顽力为1672kA/m。(JinWooKim,SeHoonKim,etal.Nd–Fe–Bpermanentmagnetsfabricatedbylowtemperaturesinteringprocess[J].JournalofAlloysandCompounds551(2013)180–184.)
从相图可见，稀土－铜合金(稀土含量50－90％原子百分数)的熔点较低(400-800℃左右)，利用稀土－铜合金的这种特点，专利(申请号201510029340.1和201510335273.6)公开了一种晶界扩散稀土－铜合金制备高性能钕铁硼磁体的方法，由于稀土－铜合金与2:14:1相具有良好的润湿性，可以实现在2:14:1主相晶粒周围的均匀薄层状分布，因而提高矫顽力，但它是针对已经烧结致密的磁体的晶界扩渗实现晶界调控。还有专利(申请号201510335165.9)公开了一种晶界为低熔点轻稀土-铜合金的钕铁硼磁体的制备方法，它是利用双合金法，以轻稀土-铜合金粉为辅合金晶界相，与近正分2:14:1主合金粉混合制备高矫顽力钕铁硼烧结磁体。
发明内容
本发明提供了一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法，即直接在近正分钕铁硼压坯表面附着低熔点稀土－铜(铝)合金，在略高于该合金熔点的温度下热处理，该合金熔融并快速扩渗入压坯，均匀分布在2:14:1晶界，而后再进行低温烧结，得到致密、细晶、晶界相分布均匀的组织，从而获得高矫顽力的钕铁硼烧结磁体。
具体工艺步骤为：
(1)设计基于2:14:1相的钕铁硼基合金成分，随后进行铸锭，制粉，取向压型。
(2)设计稀土－铜(铝)合金成分(稀土是La,Ce,Pr,Nd,TbDy,Ho,Gd,Y中的一种或以上，铜(铝)是Cu,Al中的一种或两种，稀土含量50－90％原子百分数。)，随后进行铸锭。
(3)将步骤(2)中的合金制备成粉末或镀成薄膜或轧成薄板或速凝薄片或传统的铸锭粗破后附着在步骤(1)中钕铁硼压坯的表面。
(4)将步骤(3)附着稀土－铜(铝)合金的压坯置于真空烧结炉内进行扩渗处理，扩渗温度400℃-800℃，扩渗时间0.5-3h，真空度10-3Pa。
(5)扩渗处理后的磁体在较低温度下烧结，烧结温度850℃-1050℃，烧结时间0.5h-3h。
本发明的优点如下：
1.稀土－铜(铝)合金在压坯内扩渗充分，作为晶界相与主相有良好的润湿性，晶界相分布均匀，磁去耦效果优异，十分有利于矫顽力的提高；
2.低熔点稀土－铜(铝)合金熔点作为晶界相，还可作为烧结助剂，实现低温烧结，得到致密细晶的组织；
3.钕铁硼压坯表面的低熔点稀土－铜(铝)合金向压坯内扩渗快速充分，适合处理大块样品。
具体实施方式
实施例1：压坯扩渗Pr68Cu32(原子百分数)合金后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼磁体
采用鳞片铸锭工艺制备Nd11.8Fe82.2B6(原子百分数)速凝薄片，并用氢破加气流磨法制备3-5μm的粉末，将粉料在1.8T磁场下取向压型及200MPa冷等静压，得到20×20×15mm3压坯，压坯致密度达到约60％。通过速凝薄片铸锭工艺制备厚度为300μm的Pr68Cu32(原子百分数)薄片铸锭，并直接覆盖在压坯的周围，将样品置于真空热处理炉内，进行650℃/2h扩渗处理，真空度(3－5)×10-3Pa。经过扩渗处理的压坯进行低温烧结，1030℃/2h，真空度(3－5)×10-3Pa。将烧结后的样品置于真空炉中低温回火，抽真空至(3－5)×10-3Pa，加热至500℃，保温3h。得到磁体的致密度为98.8％，晶粒尺寸约5μm，剩磁和矫顽力分别为1.245T和18.1kOe。
实施例2：压坯扩渗Pr35Dy35Cu30(原子百分数)合金后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼磁体
采用鳞片铸锭工艺制备Nd11.8Fe82.2B6(原子百分数)速凝薄片，并用氢破加气流磨法制备3-5μm的粉末，将粉料在1.8T磁场下取向压型及200MPa冷等静压，得到20×20×20mm3压坯，压坯致密度达到约60％。通过速凝薄片铸锭工艺制备厚度为280μm的Pr35Dy35Cu30(原子百分数)薄片铸锭，并直接覆盖在压坯的周围，将样品置于真空热处理炉内，进行700℃/2.5h扩渗处理，真空度(3－5)×10-3Pa。经过扩渗处理的压坯进行低温烧结，1050℃/2h，真空度(3－5)×10-3Pa。经过烧结的样品置于真空炉中，抽真空至(3－5)×10-3Pa，加热至520℃，保温3h。得到磁体的致密度为99.1％，晶粒尺寸约5.5μm，剩磁和矫顽力分别为1.230T和19.8kOe。
实施例3：压坯扩渗Pr4Al(原子百分数)合金后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼磁体
采用鳞片铸锭工艺制备Nd11.8Fe80Co2.2B6(原子百分数)速凝薄片，并用氢破加气流磨法制备3-5μm的粉末，将粉料在1.8T磁场下取向压型及200MPa冷等静压，得到20×20×20mm3压坯，压坯致密度达到约60％。通过速凝薄片铸锭工艺制备厚度为250μm的Pr4Al(原子百分数)薄片铸锭，并直接覆盖在压坯的周围，将样品置于真空热处理炉内，进行720℃/2.5h扩渗处理，真空度(3－5)×10-3Pa。经过扩渗处理的压坯进行低温烧结，1050℃/2h，真空度(3－5)×10-3Pa。经过烧结的样品置于真空炉中，抽真空至(3－5)×10-3Pa，加热至520℃，保温3h。得到磁体的致密度为99.0％，晶粒尺寸约5.5μm，剩磁和矫顽力分别为1.255T和18.5kOe。

Claims (6)

1.一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法，其特征是直接对近正分钕铁硼压坯扩渗稀土－铜铝合金，而后再进行低温烧结，得到致密、细晶、晶界相分布均匀的组织，从而获得高矫顽力的烧结钕铁硼磁体。
具体工艺步骤为：先制备近正分钕铁硼压坯，即将近正分钕铁硼合金铸锭、制粉、磁场取向压型并冷等静压；接着在压坯的表面附着低熔点稀土－铜铝合金，然后在高于该合金熔点的温度1-5℃下进行扩渗处理，使该低熔点合金均匀分布在2:14:1主相晶粒之间，之后进行低温烧结得到致密钕铁硼磁体。
2.如权利要求1所述一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法，其特征在于：稀土－铜铝合金中的稀土是La,Ce,Pr,Nd,Tb,Dy,Ho,Gd,Y中的一种或以上，稀土－铜铝合金中的铜铝是Cu、Al中的一种或两种，稀土含量50－90％原子百分数。
3.如权利要求1所述一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法，其特征在于：轻稀土-铜(铝)合金以粉末、薄膜、薄带、薄板、块状铸锭中的任意一种形态附着在烧结钕铁硼磁体压坯的表面。
4.如权利要求1所述一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法，其特征在于：扩渗热处理温度400℃-800℃，扩渗时间0.5-3h，真空度10-3Pa。
5.如权利要求1所述一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法，其特征在于：扩渗处理后的磁体在较低温度下烧结，烧结温度850℃-1050℃，烧结时间0.5h-3h，真空度10-3Pa。
6.如权利要求1所述一种压坯扩渗后低温烧结制备高矫顽力钕铁硼的方法，其特征在于：通过压坯扩渗的低熔点稀土－铜铝合金既作为晶界相均匀分布，又可通过低温烧结，得到致密、细晶、晶界相分布均匀的组织，从而获得高矫顽力的烧结钕铁硼磁体。
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