CN105355413A - 一种降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法 - Google Patents

Abstract

一种降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法，属于稀土磁性材料技术领域。本发明将钕铁硼磁粉与适量的磷粉或磷的金属化合物粉在氩气保护介质中混合均匀，再进行取向压型和冷等静压，最后在真空烧结炉中1000-1080℃烧结1-3h，再经过850-900℃一级回火1-3h和480-550℃二级回火1-3h，制备得到高磁性烧结钕铁硼材料。材料中的P起到降低烧结温度，抑制晶粒长大的作用，从而提高磁体的矫顽力；同时，Co₂P、GaP、CuP等化合物中Co、Ga、Cu等合金元素存在可部分取代Fe，有利于降低基体相的饱和磁化强度，改善组织结构，提高矫顽力。采用本发明方法制备的烧结钕铁硼材料，可广泛应用于钢铁、冶金、能源等机械装备中，特别适合要求高温环境的场合。

Description

一种降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法

技术领域

本发明属于稀土磁性材料技术领域，提供了一种降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法。

背景技术

钕铁硼磁体被称为第三代稀土永磁材料，广泛应用在航空航天、汽车工业、电子电器、医疗器械、军事设备、仪器仪表、风力发电等领域。钕铁硼材料具有高磁能积、高矫顽力、高能量密度、高性价比和良好的机械特性等突出优势，已经在高新技术领域中担当了重要的角色。

烧结钕铁硼是以Nd₂Fe₁₄B化合物为基体的合金材料，有少量的富RE相沿晶粒边界分布，并包围每一个2:14:1相晶粒，使相邻2:14:1相晶粒磁绝缘起来，起到去交换耦合作用，实现硬磁化。经过20多年的研究发展，设计出了合理的合金成分和成熟的制备工艺，使磁体的剩磁B_r达到理论值的96.3％，最大磁能积(BH)_max达到理论值的91.5％，然而矫顽力H_c仅达到理论值的12％，使得磁体的温度稳定性不高，限制了其在高温环境领域的应用。因此，提高磁体的矫顽力迫在眉睫。

研究表明，烧结钕铁硼矫顽力H_c主要与物相成分、边界结构和晶粒尺寸有关。通过添加Dy和Tb元素，取代Nd₂Fe₁₄B相中的Nd，可有效地提高磁体的矫顽力，但降低了磁体的剩磁和磁能积，成本增加，资源有限。针对减少或不使用镝铽等重稀土的要求，同时提高烧结钕铁硼的矫顽力是不断研究的重点。因此，通过抑制晶粒长大来提高烧结钕铁硼矫顽力的方法得到了广泛的关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低烧结温度制备高磁性能烧结钕铁硼的方法，在矫顽力、使用温度范围、剩磁、最大磁能积和生产成本等方面都达到了令人满意的效果，Nd₂Fe₁₄B相晶粒分布较均匀，晶粒尺寸较小。

为了获得上述的烧结钕铁硼材料，本发明采用了如下技术方案：

所述的高磁性烧结钕铁硼材料按重量百分比构成如下：

磷粉或磷的金属化合物粉0.1％-2％，余量为烧结钕铁硼磁粉。

所述的高磁性烧结钕铁硼材料在上述构成下经过混合→压制→烧结制成，具体步骤如下：

(1)将符合配方要求的磷粉或磷的金属化合物粉和钕铁硼磁粉装入球磨罐中，放到球磨机上球磨，保护气氛为高纯氩气，球料比为5:1，球磨时间为30-60min；

(2)将步骤(1)中混合好的磁粉在1.2-2.0T的磁场下进行取向压型；

(3)将步骤(2)中压型完成的磁块进行150-220Mpa冷等静压，保压20s，使其压型成为生坯；

(4)将毛坯放入真空烧结炉中进行真空烧结、回火，制得最终磁体。

步骤(1)中所述烧结钕铁硼粉的粒度为3-5μm，磷粉或磷的金属化合物粉的粒度为3-5μm。

步骤(1)中所述磷的金属化合物为Co₂P、GaP、CuP等中的一种或几种。

步骤(4)中所述的烧结和回火条件为：1000-1080℃真空下烧结1-3h，再经过850-900℃一级回火1-3h和480-550℃二级回火1-3h。

本发明将钕铁硼磁粉与适量的磷粉或磷的金属化合物粉混合、压制和烧结，制备得到高磁性烧结钕铁硼材料。材料中的P起到降低烧结温度的作用，从而抑制晶粒长大，降低平均晶粒尺寸，可有效地提高磁体的矫顽力；同时，Co₂P、GaP、CuP等化合物中Co、Ga、Cu等合金元素存在可部分取代Fe，有利于降低Nd₂Fe₁₄B相的饱和磁化强度，改善显微组织结构与工艺性能，进一步提高磁体的矫顽力。

本发明的优点：

1、原料易得、价格低廉、制备工艺简单，适合大规模的工业化生产。

2、降低了材料的烧结温度，抑制了晶粒长大，提高了磁体的矫顽力。

3、Co₂P、GaP、CuP等化合物中Co、Ga、Cu等合金元素存在可部分取代Fe，有利于降低Nd₂Fe₁₄B相的饱和磁化强度，进一步提高磁体的矫顽力。

4、通过对材料成分的调整和优化，形成了均匀分布、尺寸较小的Nd₂Fe₁₄B相晶粒和的高磁性烧结钕铁硼材料。

5、可广泛应用于钢铁、冶金、能源等机械装备中，特别适合要求高温环境的场合。

具体实施方式

实施例1：

一种高磁性烧结钕铁硼材料按重量百分比构成如下：

P-0.2％，CuP-0.8％,余量为烧结钕铁硼粉；

步骤1：在氩气氛围的手套箱中，称取平均粒度为3μm的NdFeB粉，3μm的P粉，5μm的CuP粉，放入球磨罐中混合；

步骤2：将球磨罐从手套箱中取出，放在滚动球磨机上混合，时间30min；

步骤3：在氩气氛围的手套箱中，取出球磨后的磁粉；

步骤4：将混合磁粉在1.5T的磁场下进行取向成型，并在200MPa的冷等静压下制成生坯；

步骤5：采用高真空烧结炉将生坯分别在1050℃和1080℃下烧结1.5h，在900℃进行一级回火2h，在500℃下进行二级回火2h得到钕铁硼磁体；

步骤6：将制备好的钕铁硼磁体放入VSM测量磁性能，其结果详见表1。

对比例1：

采用主相合金：NdFeB，其余条件同实施例1。最后制备得到的钕铁硼磁体的磁性能详见表1。

表1.不同烧结温度对烧结钕铁硼试样的磁性能影响

实施例2：

一种高磁性烧结钕铁硼材料按重量百分比构成如下：

GaP-1.5％，余量为钕铁硼粉；

步骤1：在氩气氛围的手套箱中，称取平均粒度为5μm的NdFeB粉，5μm的GaP粉，放入球磨罐中混合；

步骤2：将球磨罐从手套箱中取出，放在滚动球磨机上混合，时间30min；

步骤3：在氩气氛围的手套箱中，取出球磨后的磁粉；

步骤4：将混合磁粉在2.0T的磁场下进行取向成型，并在150MPa的冷等静压下制成生坯；

步骤5：采用高真空烧结炉将生坯分别在1020℃下烧结2h，在850℃进行一级回火3h，在550℃下进行二级回火3h得到钕铁硼磁体；

步骤6：将制备好的钕铁硼磁体放入VSM测量磁性能，其结果详见表2。

对比例2：

采用主相合金：NdFeB，在1070℃下烧结2h，其余条件同实施例2。最后制备得到的钕铁硼磁体的磁性能详见表2。

表2.不同烧结温度对烧结钕铁硼试样的磁性能影响

实施例3：

一种高磁性烧结钕铁硼材料按重量百分比构成如下：

Co₂P-0.2％、GaP-0.2％、CuP-0.2％，余量为钕铁硼粉；

步骤1：在氩气氛围的手套箱中，称取平均粒度为3μm的NdFeB粉，3μm的Co₂P粉，3μm的GaP粉，3μm的CuP粉，放入球磨罐中混合；

步骤2：将球磨罐从手套箱中取出，放在滚动球磨机上混合，时间30min；

步骤3：在氩气氛围的手套箱中，取出球磨后的磁粉；

步骤4：将混合磁粉在1.8T的磁场下进行取向成型，并在220MPa的冷等静压下制成生坯；

步骤5：采用高真空烧结炉将生坯在1050℃下烧结3h，在920℃进行一级回火2h，在500℃下进行二级回火2h得到钕铁硼磁体；

步骤6：将制备好的钕铁硼磁体放入VSM测量磁性能，其结果详见表3。

对比例3：

采用主相合金：NdFeB，其余条件同实施例3。最后制备得到的钕铁硼磁体的磁性能详见表3。

表3.不同烧结温度对烧结钕铁硼试样的磁性能影响

Claims (4)

1.一种降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法，其特征在于，按照质量百分比由如下成分配比而成：磷粉或磷的金属化合物粉0.1％-2％，余量为烧结钕铁硼磁粉；具体制备步骤如下：

(1)将符合配方要求的磷粉或磷的金属化合物粉和钕铁硼磁粉装入球磨罐中，放到球磨机上球磨，保护气氛为高纯氩气，球料比为5:1，球磨时间为30-60min；

(2)将步骤(1)中混合好的磁粉在1.2-2.0T的磁场下进行取向压型；

(3)将步骤(2)中压型完成的磁块进行150-220Mpa冷等静压，保压20s，使其压型成为生坯；

(4)将毛坯放入真空烧结炉中进行真空烧结、回火，制得最终磁体。

2.根据权利要求1所述的降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法，其特征在于：步骤(1)中所述烧结钕铁硼粉的粒度为3-5μm，磷粉或磷的金属化合物粉的粒度为3-5μm。

3.根据权利要求1所述的降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法，其特征在于：步骤(1)中所述磷的金属化合物为Co₂P、GaP、CuP中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法，其特征在于：步骤(4)中所述烧结和回火条件为：1000-1080℃真空下烧结1-3h，再经过850-900℃一级回火1-3h和480-550℃二级回火1-3h。