CN105321702B - 一种提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法，属于稀土磁性功能材料制备技术领域。本发明采用不含重稀土元素的晶界扩散合金材料通过晶界扩散法提高烧结NdFeB磁体矫顽力；扩散合金的成分为Re_100‑x‑yAl_xM_y，Re为Ce、Pr、Nd中的一种或几种，M为Mg、Cu中的一种或几种，2≤X≤33，0≤y≤5。该工艺的具体步骤为：真空冶炼扩散合金，将扩散合金制备成粉末或快淬成薄带，将扩散合金包覆在烧结钕铁硼磁体表面，随后在真空炉中，于600‑1000℃扩散1‑10小时，500℃回火1‑5小时；本发明的优点在于不含重稀土、扩散效率高，晶界相分布均匀，矫顽力提升效果显著。

Description

一种提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法

技术领域

本发明属于稀土磁性功能材料制备技术领域，涉及一种采用不含重稀土元素的晶界扩散合金材料通过扩散法提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法。

背景技术

烧结钕铁硼具有原材料丰富，磁性能高等优点，但其矫顽力低，远远没有达到其理论值，限制了其应用。因此，提高矫顽力的技术就成为研究的热点。目前，最有效以及最常用的方法是在钕铁硼母合金中直接添加重稀土元素Dy或Tb，部分取代Nd₂Fe₁₄B化合物中的Nd形成(Nd,Dy)₂Fe₁₄B或(Nd,Tb)₂Fe₁₄B，这种方法使得矫顽力得到显著提高，但同时由于Dy和Tb与Fe是反铁磁性耦合，会显著降低化合物的饱和磁化强度。另外，Dy和Tb等重稀土属于稀缺资源，价格昂贵，产业成本高。

目前，晶界扩散工艺提高矫顽力成为一种比较常用和有效的方法，已知的晶界扩散工艺主要是磁体表面涂覆重稀土氟化物(DyF₃等)、重稀土氧化物(Dy₂O₃等)，或者是蒸发沉积和磁控溅射Dy金属薄膜，然后再进行扩散热处理。总之，这些方法中大都有重稀土元素的参与，成本高。另外，重稀土元素参与的合金大都熔点较高，扩散效率比较低，扩散深度也不够。而利用PrCu或NdCu合金粉末作为扩散材料已能够有效地提高NdFeB磁粉(包括快淬粉和HDDR磁粉等)的矫顽力，但Re-Cu合金具有极佳的延展性，采用常规的机械破碎方法难以破碎成粉末。

本发明开发了一种不含重稀土元素的晶界扩散合金材料及扩散方法，该晶界扩散合金材料的制粉和成带能力强，扩散效率高，晶界相分布均匀，矫顽力提升效果显著。

发明内容

本发明的目的在于开发不含重稀土且能有效地提高烧结Nd-Fe-B磁体矫顽力的扩散合金及扩散技术。

一种提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法，其特征在于：采用不含重稀土元素的晶界扩散合金材料通过晶界扩散法提高烧结NdFeB磁体矫顽力；晶界扩散合金材料为Re_{100-x- y}Al_xM_y，Re为Ce、Pr、Nd中的一种或几种，M为Mg、Cu中的一种或几种，2≤X≤33，0≤y≤5；以晶界扩散合金粉末或薄带为扩散源，将扩散源包覆在经过表面预处理的烧结Nd-Fe-B磁体表面，进行扩散处理。

扩散合金铸锭的制备工艺为真空感应炉冶炼；晶界扩散合金粉末的制备方法为两种：一种是铸锭在N₂保护下直接破碎成粉，作为扩散源，粉末尺寸为-150μm；另一种是铸锭通过快淬制成薄带，作为扩散源，或者再将薄带再破碎成粉末作为扩散源。

在扩散合金材料包覆前，烧结NdFeB磁体表面预处理工艺为：磨光、除油，酸洗，最后在无水乙醇中超声波清洗。

将扩散合金粉末覆盖在NdFeB磁体周围或将晶界扩散合金薄带放置于烧结NdFeB磁体的上下表面，扩散处理后，未扩散的合金粉末或薄带由于熔融将成为一体，随后与烧结NdFeB磁体剥离，剥离后的合金经破碎成粉或快淬成带后，可继续作为扩散合金材料使用。

扩散处理工艺为：首先抽真空至5×10^-3Pa，然后在Ar气的保护下，于600-1000℃扩散处理1-10小时，500℃回火1-5小时。如果扩散前的磁体是回火态的，省略此步骤。

所述的烧结NdFeB磁体为烧结态毛坯或回火态磁体。

本发明成分的确定是基于如下几个方面：

(1)Re_100-x-yAl_xM_y(Re＝Ce、Pr、Nd，M＝Mg、Cu，2≤X≤33，0≤y≤5)合金与烧结钕铁硼磁体具有良好的浸润性，其中Al₉Nd₉₁合金与烧结钕铁硼磁体的浸润角约为15°，良好的浸润性是利用扩散处理提高烧结NdFeB磁体矫顽力的基础。(2)熔点较低，熔点低于930℃，可以保证扩散处理时不含重稀土的扩散合金材料为液态，有利于扩散的进行。(3)脆性大，与ReCu合金相比，Re-Al-M合金的延展性差，脆性大，更有利于其制备成粉。片状薄带只适应于扁平状烧结NdFeB磁体的扩散源，而与片状薄带相比，以粉末态为扩散源，可以不受烧结NdFeB磁体形状的限制，适应性更强。(4)Re-Al-M合金中，Al元素对非晶的形成具有促进作用，一旦形成非晶，将显著提高其成带性；因此，通过控制不同的冷却速率，即可以获得平整的薄带亦可以获得细晶组织。与铸锭直接破碎相比，将铸锭通过快淬制成成分更加均匀的细晶组织薄带，然后破碎，可以使得粉末的成分更加均匀，有利于提高扩散效果。

不含重稀土的扩散合金材料Re_100-x-yAl_xM_y中，第三组元M的添加是为了进一步调整合金的熔点、成粉性及改善其与烧结钕铁硼磁体的浸润性，从而增强扩散处理提高磁体矫顽力的效果。

传统上，多以烧结NdFeB回火态磁体为基础进行扩散处理，扩散处理时间较长，甚至超过10小时，因此，采用扩散工艺制备高矫顽力烧结钕铁硼磁体，虽然降低了重稀土的含量，但同时增加了工艺成本。本发明当采用烧结NdFeB烧结毛坯作为扩散基体时，可以使得扩散处理和烧结NdFeB烧结毛坯的回火处理工艺合二为一，有效地降低了传统的扩散处理工艺带来的制备工艺成本提高的问题。

具体实施方式

以Al₉Nd₉₁扩散合金为例，所使用的烧结钕铁硼磁体全部为同一批次同一牌号的烧结态或回火态磁体，尺寸为Φ8×3mm。扩散处理工艺为：800℃，保温时间4h，并于500℃，回火4h。

实施例1：烧结钕铁硼磁体为烧结态毛坯，扩散源为铸锭在N₂保护下直接破碎得到的Al₉Nd₉₁粉末。

实施例2：烧结钕铁硼磁体为烧结态毛坯，扩散源为铸锭经真空快淬成薄带，然后快淬带破碎得到的Al₉Nd₉₁粉末。

实施例3：烧结钕铁硼磁体为烧结态毛坯，扩散源为铸锭经真空快淬得到的薄带。

对比例1：烧结钕铁硼磁体为烧结态毛坯，热处理时不添加其他物质。

对比例2：烧结钕铁硼磁体为烧结态毛坯，扩散源为Dy₂O₃粉末(8-15μm)。

表1.对比例1、2、实施例1、2、3中磁体的磁性能

表1为实施例以及对比例磁性能对照表。从表1中实施例1、2、3可以看出，经本发明的扩散工艺处理的磁体，其矫顽力得到了显著的提高，而剩磁和磁能积没有明显降低，相对于涂覆Dy₂O₃，其效果显著。

Claims (4)

1.一种提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法，其特征在于：采用不含重稀土元素的晶界扩散合金材料通过晶界扩散法提高烧结NdFeB磁体矫顽力；晶界扩散合金材料为Re_{100-x- y}Al_xM_y，Re为Ce、Pr、Nd中的一种或几种，M为Mg，2≤X≤33，0＜y≤5；以晶界扩散合金粉末或薄带为扩散源，将扩散合金粉末覆盖在NdFeB磁体周围或将晶界扩散合金薄带放置于经过表面预处理的烧结Nd-Fe-B磁体的上下表面，进行扩散处理，扩散处理后，未扩散的合金粉末或薄带由于熔融将成为一体，随后与烧结NdFeB磁体剥离，剥离后的合金经破碎成粉或快淬成带后，继续作为扩散合金材料使用；所述的烧结NdFeB磁体为烧结态毛坯或回火态磁体。

2.如权利要求1所述的提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法，其特征在于：扩散合金铸锭的制备工艺为真空感应炉冶炼；晶界扩散合金粉末的制备方法为两种：一种是铸锭在N₂保护下直接破碎成粉，作为扩散源，粉末尺寸为-150μm；另一种是铸锭通过快淬制成薄带，作为扩散源，或者再将薄带再破碎成粉末作为扩散源。

3.如权利要求1所述的提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法，其特征在于，在扩散合金材料包覆前，烧结NdFeB磁体表面预处理工艺为：磨光、除油，酸洗，最后在无水乙醇中超声波清洗。

4.如权利要求1所述的提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法，其特征在于，扩散处理工艺为：首先抽真空至5×10^-3Pa，然后在Ar气的保护下，于600-1000℃扩散处理1-10小时，500℃回火1-5小时。