CN105390265B - 一种提高稀土铁硼永磁材料性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高稀土‑铁‑硼永磁材料性能的方法,包括以下步骤:步骤一、对稀土‑铁‑硼永磁材料进行致密化处理,制得致密化稀土‑铁‑硼永磁材料;步骤二、对所述致密化稀土‑铁‑硼永磁材料进行局部加热处理,并不断变换加热区域从而使所述致密化稀土‑铁‑硼永磁材料各个区域的加热温度始终处于不断变化的状态,且使所述致密化稀土‑铁‑硼永磁材料不同区域之间的温度始终存在温度梯度。本发明利用区域熔炼的原理,材料内部同一区域因温度的不断变化而产生的热胀冷缩效应以及不同区域间的温度梯度促使晶界物质进行迁移,从而使晶界相分布更加均匀,进而改善微观组织结构,并最终提高稀土‑铁‑硼永磁材料的矫顽力、耐温性等性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,属于磁性材料技术领域。
背景技术
磁性是物质的基本属性之一。磁性材料是古老而用途十分广泛的功能材料,包括永磁材料、软磁材料、磁致伸缩材料、磁制冷材料等。永磁材料又称“硬磁材料”,指的是磁化饱和后不易退磁而能长期保留磁性的一种功能材料。永磁材料的开发、生产和应用程度是现代国家经济发展程度的标志之一,在国民经济和社会活动中扮演着重要的角色,当代永磁材料的家庭平均使用量被用来作为衡量现代国民生活水平的标准。永磁材料已广泛应用于航空航天、国防军事、磁力传动装置、电子仪表、医疗器械、家用电器等诸多领域,并成为机械、动力、电子信息等产业赖以发展的物质基础。当前,稀土永磁材料是磁性能最高、应用最广、发展速度最快的新一代永磁材料。
稀土-铁-硼永磁材料作为稀土永磁材料中的典型代表,是目前应用最好的永磁材料,尤其是烧结NdFeB永磁材料,自1983年由日本住友金属和美国GM公司首先商品化开发以来,被广泛的应用于计算机工业、汽车工业、通讯信息产业和医疗交通等诸多领域,并使一些小型、高度集成的高新技术产品的应用成为可能。
永磁材料的主要磁性能指标有:剩磁(剩余磁感应强度B r、剩余磁化强度M r)、磁感矫顽力H cb、内禀矫顽力H cj、最大磁能积(BH)max,通常所说的永磁材料的磁性能指的就是这四项。相关的其它性能指标还有:居里温度T c、饱和磁化强度M s、剩磁温度系数α 、内禀矫顽力温度系数β 、退磁曲线方形度Q等。其中,居里温度、饱和磁化强度等主要由材料本身的化学成分决定,而与材料的制备工艺关系不大,称为非结构敏感参量;而剩磁、矫顽力、最大磁能积等除了与材料的内禀性能有关外还受材料的制备工艺和微观结构影响,因而称为结构敏感参量。
稀土-铁-硼永磁材料虽然获得了广泛的应用,但是由于其矫顽力相对较低,限制了这类材料在许多领域的应用,如电动汽车、混合动力汽车、风力发电等。为了提高烧结稀土-铁-硼永磁材料的矫顽力,人们进行了广泛的研究工作,总结出一些有效的方法,包括:在成分上添加重稀土元素Dy或Tb[Harland, J Alloy Compd, 1998, 281 (1): 37-40.]、粉末超细化[Sepehri-Amin, Scripta Mater, 2011, 65 (5): 396-399.]、致密化后的热处理[Vial, J. Magn. Magn. Mater, 2002, 242: 1329-1334.]等。其中,在材料致密化之后,将材料重新加热到某一温度并保温一段时间,有助于材料内部结构的改善,可以提高材料矫顽力等结构敏感性能。然而,当前使用的热处理工艺,主要是材料整体加热,材料内部物质移动、缺陷消除的驱动力不足,难以完全消除缺陷,材料内部微观结构仍然具有极大的提升空间,相应的矫顽力等结构敏感性能也具有极大的提升空间。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足,提供一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,通过改善稀土-铁-硼永磁材料内部微观结构,提高稀土-铁-硼永磁材料的性能。
为解决上述问题,本发明所采取的技术方案如下:
一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,包括以下步骤:
步骤一、对稀土-铁-硼永磁材料进行致密化处理,制得致密化稀土-铁-硼永磁材料;
步骤二、对所述致密化稀土-铁-硼永磁材料进行局部加热处理,并不断变换加热区域从而使所述致密化稀土-铁-硼永磁材料各个区域的加热温度始终处于不断变化的状态,且使所述致密化稀土-铁-硼永磁材料不同区域之间的温度始终存在温度梯度。
作为上述方案的进一步优选,在所述步骤一中,所述稀土-铁-硼永磁材料包括稀土元素、铁元素和硼元素。
作为上述方案的进一步优选,在所述步骤一中,对所述稀土-铁-硼永磁材料进行致密化处理的方法为烧结或热压。
作为上述方案的进一步优选,在所述步骤一中,所述致密化稀土-铁-硼永磁材料的实际密度为理论密度的95%以上。
作为上述方案的进一步优选,在所述步骤二中,对所述致密化稀土-铁-硼永磁材料进行局部加热处理时,所述致密化稀土-铁-硼永磁材料的加热区域为所述致密化稀土-铁-硼永磁材料整体体积的50%以下。
作为上述方案的进一步优选,在所述步骤二中,对所述致密化稀土-铁-硼永磁材料进行局部加热处理的加热方法为感应加热、电阻加热和等离子加热中的一种或多种。
作为上述方案的进一步优选,在所述步骤二中,对所述致密化稀土-铁-硼永磁材料进行局部加热处理的加热温度为460℃~950℃。
作为上述方案的进一步优选,在所述步骤二中,不断变换加热区域的方法为使加热体相对于所述致密化稀土-铁-硼永磁材料作周期运动,使加热体与所述致密化稀土-铁-硼永磁材料的相对位置始终处于不断调整的状态。
本发明所述的一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,主要利用区域熔炼的原理,对已经致密化的稀土-铁-硼永磁材料进行局部加热处理,并不断的变换加热区域,使材料内部的任意区域温度始终处于不断变化中,而不同区域间始终存在温度梯度;材料内部同一区域因温度的不断变化而产生的热胀冷缩效应以及不同区域间存在的温度梯度促使晶界物质进行迁移,从而使晶界相分布更加均匀,进而改善稀土-铁-硼永磁材料的微观组织结构,并最终提高稀土-铁-硼永磁材料的矫顽力、耐温性等性能。
与现有技术相比较,本发明所述的一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法具有以下优点:
1、本发明利用局部温度变化引起的热胀冷缩效应来促进晶界元素的均匀化分布,改善材料内部微观结构;
2、本发明利用材料内部不同区域的温度差引起的温度梯度来促进晶界元素的均匀化分布,改善材料内部微观结构;
3、本发明在固定加热体的情况下,利用永磁材料连续多次通过加热体的方式,可以实现批量化生产,具有良好的应用前景;
4、本发明在不改变材料成分的条件下,改善材料内部微观结构,显著提高材料的矫顽力、耐温性等性能。
附图说明
图1为本发明所述不断变换加热区域的方法示意图之一:所述致密化稀土-铁-硼永磁材料固定,加热体来回移动;
图2为本发明所述不断变换加热区域的方法示意图之二:加热体固定,所述致密化稀土-铁-硼永磁材料来回移动。
具体实施方式
如图1和图2所示,为本发明所述不断变换加热区域的方法的具体实施方式示意图。如图1所示,在固定致密化稀土-铁-硼永磁材料的情况下,加热体由致密化稀土-铁-硼永磁材料的A端匀速移动,通过致密化稀土-铁-硼永磁材料至致密化稀土-铁-硼永磁材料的B端,再由B端反向匀速移动,通过致密化稀土-铁-硼永磁材料至致密化稀土-铁-硼永磁材料的A端,如此往复循环5次以上;或如图2所示,在固定加热体的情况下,致密化稀土-铁-硼永磁材料由加热体的C端匀速移动,通过加热体至加热体的D端,再由D端反向匀速移动,通过加热体至加热体的C端,如此往复循环5次以上。致密化稀土-铁-硼永磁材料受加热的局部区域温度控制在460℃~950℃,根据材料的配方和性能不同,加热温度需要调整。
随着加热体和致密化稀土-铁-硼永磁材料相对位置的不断变化,材料内部温度处于不断变化之中,同一区域温度的高低变化,受热胀冷缩的影响,产生对晶界相的挤压作用,促进晶界相的均匀分布,改善材料的内部微观结构,提高材料的矫顽力和耐温性等性能。而不同区域存在温度梯度,受加热区域温度高,晶界相处于熔化或近熔化状态,附近未受加热区域温度相对较低,晶界相处于固态,随着加热位置的移动,产生对晶界相的热搅拌作用,促进晶界相的均匀分布,改善材料的内部微观结构,提高材料的矫顽力和耐温性等性能。
本领域技术人员可以直接联想到的,本发明所述不断变换加热区域的方法并不局限于图1和图2以及上文所记载的具体实施方法,本发明所述不断变换加热区域的方法还可以是使所述致密化稀土-铁-硼永磁材料各个区域的加热温度始终处于不断变化的状态,且使所述致密化稀土-铁-硼永磁材料不同区域之间的温度始终存在温度梯度的其它加热方法或加热体和致密化稀土-铁-硼永磁材料的其它相对运动方法。
下面将结合具体的实施例来进一步说明本发明的内容以及实施效果。
具体实施例1
选用烧结致密未经普通热处理的性能等级为42H的钕铁硼永磁材料作为初始材料,加工成Φ10 mm×10 mm和Φ10 mm×50 mm的圆柱,Φ10 mm×10 mm圆柱经普通热处理后作为空白对比样1,Φ10 mm×50 mm圆柱作为实验样。将实验样置于区域熔炼炉内,抽真空至1.0×10-2 Pa以下,充入氩气至0.05 MPa,选用宽度为20 mm的加热线圈作为加热体,先将永磁材料和加热线圈中部对齐,调整加热功率使受加热中心区域温度处于500℃~520℃(因加热温度难以精确控制,选用设备可以控制的温度区间来控制温度)。通过传动装置,将永磁材料完全移出加热线圈,以此作为起点,设定移动速度5 cm/h,使永磁材料缓慢通过并完全移出加热线圈至另一端后,以相同移动速度返回起点,作为一个循环。连续循环5次。5次循环结束后,关闭加热电源,待材料冷却至60℃以下后取出,加工成Φ10 mm×10 mm的圆柱。使用永磁材料高温测量系统测试对比样和实验样的室温(20℃)和高温(100℃)磁性能,结果列于表1。
具体实施例2
选用与实施例1相同的初始材料,加工成Φ10 mm×50 mm的圆柱作为实验样。将实验样置于区域熔炼炉内,抽真空至1.0×10-2 Pa以下,充入氩气至0.05 MPa,选用宽度为20mm的加热线圈作为加热体,先将永磁材料和加热线圈中部对齐,调整加热功率使受加热中心区域温度处于500℃~520℃(因加热温度难以精确控制,选用设备可以控制的温度区间来控制温度)。通过传动装置,将永磁材料完全移出加热线圈,以此作为起点,设定移动速度10 cm/h,使永磁材料缓慢通过并完全移出加热线圈至另一端后,以相同移动速度返回起点,作为一个循环。连续循环5次。5次循环结束后,关闭加热电源,待材料冷却至60℃以下后取出,加工成Φ10 mm×10 mm的圆柱。使用永磁材料高温测量系统测试对比样和实验样的室温(20℃)和高温(100℃)磁性能,结果列于表1。
具体实施例3
选用与实施例1相同的初始材料,加工成Φ10 mm×50 mm的圆柱作为实验样。将实验样置于区域熔炼炉内,抽真空至1.0×10-2 Pa以下,充入氩气至0.05 MPa,选用宽度为20mm的加热线圈作为加热体,先将永磁材料和加热线圈中部对齐,调整加热功率使受加热中心区域温度处于500℃~520℃(因加热温度难以精确控制,选用设备可以控制的温度区间来控制温度)。通过传动装置,将永磁材料完全移出加热线圈,以此作为起点,设定移动速度10 cm/h,使永磁材料缓慢通过并完全移出加热线圈至另一端后,以相同移动速度返回起点,作为一个循环。连续循环10次。10次循环结束后,关闭加热电源,待材料冷却至60℃以下后取出,加工成Φ10 mm×10 mm的圆柱。使用永磁材料高温测量系统测试对比样和实验样的室温(20℃)和高温(100℃)磁性能,结果列于表1。
表1:42H的钕铁硼永磁材料经不同条件热处理前后性能对比
具体实施例4
选用烧结致密并经普通热处理的性能等级为45M的钕铁硼永磁材料作为初始材料,加工成Φ10 mm×10 mm和Φ10 mm×50 mm的圆柱,Φ10 mm×10 mm圆柱作为空白对比样2,Φ10 mm×50 mm圆柱作为实验样。将实验样置于区域熔炼炉内,抽真空至1.0×10-2 Pa以下,充入氩气至0.05 MPa,选用宽度为20 mm的加热线圈作为加热体,先将永磁材料和加热线圈中部对齐,调整加热功率使受加热中心区域温度处于550℃~570℃(因加热温度难以精确控制,选用设备可以控制的温度区间来控制温度)。通过传动装置,将永磁材料完全移出加热线圈,以此作为起点,设定移动速度5 cm/h,使永磁材料缓慢通过并完全移出加热线圈至另一端后,以相同移动速度返回起点,作为一个循环。连续循环5次。5次循环结束后,关闭加热电源,待材料冷却至60℃以下后取出,加工成Φ10 mm×10 mm的圆柱。使用永磁材料高温测量系统测试对比样和实验样的室温(20℃)和高温(100℃)磁性能,结果列于表2。
具体实施例5
选用与实施例4相同的初始材料,加工成Φ10 mm×50 mm的圆柱作为实验样。将实验样置于区域熔炼炉内,抽真空至1.0×10-2 Pa以下,充入氩气至0.05 MPa,选用宽度为20mm的加热线圈作为加热体,先将永磁材料和加热线圈中部对齐,调整加热功率使受加热中心区域温度处于550℃~570℃(因加热温度难以精确控制,选用设备可以控制的温度区间来控制温度)。通过传动装置,将永磁材料完全移出加热线圈,以此作为起点,设定移动速度10 cm/h,使永磁材料缓慢通过并完全移出加热线圈至另一端后,以相同移动速度返回起点,作为一个循环。连续循环5次。5次循环结束后,关闭加热电源,待材料冷却至60℃以下后取出,加工成Φ10 mm×10 mm的圆柱。使用永磁材料高温测量系统测试对比样和实验样的室温(20℃)和高温(100℃)磁性能,结果列于表2。
具体实施例6
选用与实施例4相同的初始材料,加工成Φ10 mm×50 mm的圆柱作为实验样。将实验样置于区域熔炼炉内,抽真空至1.0×10-2 Pa以下,充入氩气至0.05 MPa,选用宽度为20mm的加热线圈作为加热体,先将永磁材料和加热线圈中部对齐,调整加热功率使受加热中心区域温度处于550℃~570℃(因加热温度难以精确控制,选用设备可以控制的温度区间来控制温度)。通过传动装置,将永磁材料完全移出加热线圈,以此作为起点,设定移动速度10 cm/h,使永磁材料缓慢通过并完全移出加热线圈至另一端后,以相同移动速度返回起点,作为一个循环。连续循环10次。10次循环结束后,关闭加热电源,待材料冷却至60℃以下后取出,加工成Φ10 mm×10 mm的圆柱。使用永磁材料高温测量系统测试对比样和实验样的室温(20℃)和高温(100℃)磁性能,结果列于表2。
表2:45M的钕铁硼永磁材料经不同条件热处理前后性能对比
。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明,不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,其特征是,包括以下步骤:
步骤一、对稀土-铁-硼永磁材料进行致密化处理,制得致密化稀土-铁-硼永磁材料;
步骤二、对所述致密化稀土-铁-硼永磁材料进行局部加热处理,并不断变换加热区域从而使所述致密化稀土-铁-硼永磁材料各个区域的加热温度始终处于不断变化的状态,且使所述致密化稀土-铁-硼永磁材料不同区域之间的温度始终存在温度梯度。
2.如权利要求1所述的一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,其特征是,在所述步骤一中,所述稀土-铁-硼永磁材料包括稀土元素、铁元素和硼元素。
3.如权利要求1所述的一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,其特征是,在所述步骤一中,对所述稀土-铁-硼永磁材料进行致密化处理的方法为烧结或热压。
4.如权利要求1所述的一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,其特征是,在所述步骤一中,所述致密化稀土-铁-硼永磁材料的实际密度为理论密度的95%以上。
5.如权利要求1所述的一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,其特征是,在所述步骤二中,对所述致密化稀土-铁-硼永磁材料进行局部加热处理时,所述致密化稀土-铁-硼永磁材料的加热区域为所述致密化稀土-铁-硼永磁材料整体体积的50%以下。
6.如权利要求1所述的一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,其特征是,在所述步骤二中,对所述致密化稀土-铁-硼永磁材料进行局部加热处理的加热方法为感应加热、电阻加热和等离子加热中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,其特征是,在所述步骤二中,对所述致密化稀土-铁-硼永磁材料进行局部加热处理的加热温度为460℃~950℃。
8.如权利要求1所述的一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,其特征是,在所述步骤二中,不断变换加热区域的方法为使加热体相对于所述致密化稀土-铁-硼永磁材料作周期运动,使加热体与所述致密化稀土-铁-硼永磁材料的相对位置始终处于不断调整的状态。
9.如权利要求8所述的一种提高稀土-铁-硼永磁材料性能的方法,其特征是,在所述步骤二中,不断变换加热区域的方法为:将加热体固定并使所述致密化稀土-铁-硼永磁材料在加热体上方的水平面内作直线往复运动,或者将所述致密化稀土-铁-硼永磁材料固定并使加热体在所述致密化稀土-铁-硼永磁材料下方的水平面内作直线往复运动。
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