CN106601402A - 提高烧结钕铁硼的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种提高烧结钕铁硼的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的方法及其装置，装置包括吹气装置和速凝片粗破碎装置，其方法包括：在获得速凝片后和氢破碎工艺前，增加速凝片的清洁和粗破碎工艺，速凝片的清洁是将速凝片经过吹气风带，使用风力将附着在速凝片表面的灰尘和针状的非晶钕铁硼合金等杂质清理掉，清洁后的速凝片经过反向转动的表面粗糙的轧辊碾压破碎，然后再进行氢破碎和气流磨等后续处理。使用吹气风力能够有效除去速凝片表面的外来杂质，同时不会再次引入外来杂质，最终提高基体磁体的成分与结构的均匀性，减少酸洗后或者电镀后表面的黑点，从而提高磁体退磁曲线的方形度和耐腐蚀性。

Description

提高烧结钕铁硼的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的方法及其 装置

技术领域

本发明涉及提高烧结钕铁硼磁性能的方法和装置，特别是关于提高烧结钕铁硼的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的方法及其装置。

背景技术

钕铁硼永磁材料现在已经应用在智能手机、汽车电机和风力发电等领域上。这些领域应用的磁钢磁取向方向的厚度薄，容易在高温下发生退磁。因此，这些磁钢不仅要求具有足够高的矫顽力，其退磁曲线还必须要有高的方形度。方形度（SF）是退磁曲线上磁钢膝点矫顽力和内禀矫顽力的比值（Hk/Hcj）。这个比值高低反映了磁钢内部微观结构均匀性的好坏和同等内禀矫顽力情况下的磁钢抗退磁能力的强弱，方形度低的磁体在退磁场或者温度的作用下，部分晶粒边界上容易形成反磁化核，更容易被反磁化。磁钢在温度和外场作用下，反磁化核首先在晶粒边界上有缺陷的地方生成，这种缺陷主要包括晶界相不连续，或者晶界上有杂质。杂质主要是在制备过程中产生产生的。如专利CN1510700A中所述的方法，烧结钕铁硼永磁材料使用速凝—氢破—制粉—成型—烧结的方法制备。其过程中外来杂质的引入主要发生在速凝工艺中。速凝工艺中熔融液经过导流槽流向铜辊，然后形成平均厚度为300 μm的速凝片。导流槽是用莫来石做制作，其成分是氧化铝，铜辊转动过程会将导流槽上的氧化铝颗粒刮下。这些氧化铝颗粒就附着在速凝片上，如果不清理就进入到磁体中。另外，速凝过程中炉体内部附着富含稀土氧化物的灰尘，在速凝片制备过程中这种飞扬灰尘，粘附在速凝片上也会将其引入到磁体中。这些氧化铝和稀土氧化物杂质，它们颗粒小、质量轻，在后续的制粉和烧结过程中很难去除。磁钢在酸洗电镀之后形成一个凹坑。如果是氧化铝颗粒，由于其不导电，所以电镀的镀层镀不上，故形成凹坑。如果杂质点是稀土氧化物，在酸洗过程中很容易洗掉，则形成一个凹坑，电镀过程中很难镀上镀层。因此，熔炼和速凝过程中需要去除速凝片表面的杂质，才能提高磁体方形度和磁体的耐腐蚀性的，以满足磁体在高端领域中的应用。

发明内容

本发明通过清除速凝片上附着的氧化铝和稀土氧化物颗粒等杂质，同时将速凝片进行粗破碎，增加速凝片内的裂纹，使速凝片在氢破碎过程中吸氢更充分，破碎得更细，在气流磨过程中更容易破碎成棱角较少的单晶粉末。最终提高磁体的方形度和耐腐蚀性。

一种提高烧结钕铁硼磁体的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的装置，其特征包括吹气清洁装置和速凝片粗破碎装置，所述吹气清洁装置包括集料桶，设在集料桶下的吹气桶，设在所述吹气桶一侧的鼓风机，设在所述吹气桶另一侧的出风口和杂质收集槽，以及设在所述吹气桶下端的收集漏斗，所述速凝片粗破碎装置包括设在所述收集漏斗下方的滚子链、反向转动轧辊、驱动链轮，以及出料口和接料桶。

一种提高钕铁硼磁体的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的方法，包含以下步骤：

将钕铁硼熔炼合金制成平均面积为2400-2500 mm²厚度为250-400μm的速凝片，放在带过滤器的集料桶内，打开集料桶下的蝶阀使桶里面的速凝片经进料口自由落下，然后用鼓风机对准自由落下的速凝片吹射空气流，使空气流将速凝片上的杂质吹走，脱离速凝片的杂质颗粒顺从气流至出风口下落进入杂质收集槽内，被气流吹扫过的速凝片在自身重力作用下落到收集漏斗，经两个反向转动的轧辊碾压成平均面积为90-100 mm²速凝小片，这些速凝片经过出料口进入到接料桶，进行其他的后续处理。

所述鼓风机的风速为5-10 m/s，风向与自由落下的速凝片相垂直，风速不能过大，过大容易将速凝片吹到杂质收集池里，风速也不能过小，过小不能够将速凝片上的灰尘吹掉。

所述反向转动轧辊间缝隙距离为3-6mm，轧辊的转速为5-20转/分，转速可调，转速不宜过快，过快会导致轧辊卡住，过慢又容易造成速凝片在轧辊上面堆积，从而影响操作效率。轧辊的材料为304不锈钢或者45钢。轧辊直径为100-200 mm。轧辊的长度为200-300 mm。轧辊表面粗糙度宜大于50 μm，速凝片经过轧辊的摩擦力大，容易轧碎。

所述杂质成分为氧化铝，稀土氧化物，或者细针尖状的非晶态的钕铁硼合金等。其中氧化铝颗粒为铜辊摩擦莫来石流道之后粘附在铜辊上的颗粒，然后再被冷却后的速凝片粘附。稀土氧化物为在熔炼过程中稀土挥发之后产生，然后游离于炉腔内，并粘附于速凝片上。针状的钕铁硼合金为钢液流动不连续时在铜辊上产生的合金，这种合金在烧结过程中很容易发生晶粒长大，从而恶化磁体的方形度。

与现有技术相比，本发明在速凝和氢破碎工艺间增加一道清洁速凝片的工艺，提高了原料的纯度，降低了杂质在磁体晶界中存在的风险。本发明还在速凝和氢破碎间增加一道粗破碎速凝片的工艺，经过碾压，增加了速凝片内部的裂纹，使其吸氢更充分，在气流磨过程中更容易破碎而获得单晶的棱角较少的粉末。本发明方法的优点在于从源头上减少合金中杂质的含量，同时优化了初始合金的状态，最终提高了磁体的方形度和耐腐蚀性。另外，本发明方法投入产出比小，设备使用操作方便，占地面积小，经济性好。

附图说明

图1本发明的清洁破碎速凝片装置示意图。

图2为实施例二与对比例二的退磁曲线图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明做详细说明。

参照附图，本发明涉及的清洁和破碎速凝片的装置，包括集料桶1，进料口2，分散帽3，鼓风机6，吹气桶7，杂质8，杂质出口9，杂质收集槽10，收集漏斗11，滚子链12，反向转动轧辊13，驱动链轮14，出料口15，接料桶16。鼓风机风速5-10 m/s，可以通过风机的档位调节。轧辊间缝隙距离为3-6mm，轧辊的转速5-20转/分，转速通过驱动电机调节。在转动轧辊13上方设有收集漏斗11，漏斗口成长方形。

以下对本发明装置的操作使用方法简述以下：

①将清洁和破碎速凝片装置的出料口15接上接料桶16，将装有速凝片4的集料桶1接在进料口2，放置好杂质收集槽10，然后启动风机6，打开进料口2的蝶阀，使速凝片4缓慢经过分散帽3自由落下经过鼓风机6产生的空气流5，风向与自由落下的速凝片相垂直，速凝片4上附着的杂质颗粒被空气流5吹走而落在杂质收集槽10里。

②经过清洁的速凝片4继续落下，堆积在收集漏斗11里，然后缓慢进入反向转动轧辊13，叠加起来的速凝片被碾碎成面积更小的速凝片。碾碎后的速凝片经过接料口15落入到接料桶16中。

③在接料桶中的速凝片按照常规工艺完成氢破碎——气流磨制粉——取向成型——烧结——时效——机械加工——电镀等工艺。

实施例一

① 利用真空感应速凝炉制备烧结钕铁硼用的速凝片初始合金，合金成分为Nd₃₁Fe_bal.Co₁Al_0.2Cu_0.1B_0.97(质量百分比)，熔炼合金的原料重量为1000 kg；

② 将①中的速凝片取出500 kg，按照前述的钕铁硼速凝片的清洁和破碎方法对速凝片做清洁和破碎处理；

③ 将粗破碎后的速凝片分别进行氢破碎，得到粒度为100-500 微米的粗粉末，氢破碎工艺为常规工艺；

④ 将破碎后的粉末分别进行气流磨，气流磨工艺参数一致，得到平均粒度为3μm的粉末；

⑤ 粉料在取向成型压机上制成52 mm*52 mm*27 mm的压坯，成型取向磁场为1.5T，压坯密度为4.1g/cm³，然后经过200 MPa等静压。

⑥ 使用真空烧结炉将压坯在1030 ℃下烧结4.5小时，烧结结束后在900 ℃下真空时效2小时，冷却后再在500 ℃下时效4.5小时。

⑦ 将磁体加工成25*25*12 mm³的块体，然后对其施以碱洗→酸洗→电镀Ni处理。

碱洗前的磁体按照国家磁性能测试标准方法（GB/T3217-2013）进行性能测试，酸洗后的磁体使用光学显微镜分析其表面上所有的缺陷，主要是肉眼下的黑点。磁体电镀Ni后进行耐盐雾测试，盐雾气氛为中性盐雾。测试结果列于表1中。

实施例二 合金成分质量百分比为：（Pr_0.2Nd_0.8）_30.5Dy_0.5Co₁Al_0.2Cu_0.1B_0.98，其余工艺步骤和实施例一相同。

实施例三 合金成分质量百分比为：（Pr_0.2Nd_0.8）₂₉Dy₂ Ga_0.5Co₁Al_0.2Cu_0.1B_0.98，其余工艺步骤和实施例一相同。

对比例一

对比例的合金组成成分与实施例一、二、三相同，对比例与实施例的区别在于，对比例使用了未经清洁和破碎的速凝片，其余的工艺流程和参数相同。实施例二与对比例二的退磁曲线列于图2。从图中可以看出，Hk/Hcj=0.964的曲线比值比0.922的曲线更方。实施例与对比例的性能测试见表1。

表1 实施例与对比实施例的性能测试数据对比

从表1中可以看出，实施例与对比例的磁性能变化不大，但是实施例中的磁体退磁曲线方形度和耐盐雾能力比对比例的磁体好。这是因为，实施例中磁体的速凝片经过气流清洁，所附着的氧化铝和稀土氧化物杂质少，磁体晶界上的杂质就少，磁体的均匀性就好，从而就会提高磁体退磁曲线的方形度和耐腐蚀性。相反，在对比例，初始速凝片中含有大量的杂质，这些杂质没有去除，烧结后这些杂质分布在晶界上或者三角晶界上，阻止了液态的晶界相沿晶界流动，使晶界相分布不均匀，导致反磁化核容易在晶粒边界上形成，从而使得磁体的退磁曲线方形度下降。晶界上的杂质在酸洗过程中容易脱落，形成一个深坑，在光学显微镜下观察呈现一个黑点。这种黑点电镀时很难让镀层镀上，仍然为一个黑点。这个黑点使基体暴露于盐雾气氛中，使磁体的耐盐雾能力变差。

图2为实施例二与对比例二的退磁曲线图。从图中可以看出二者的剩磁（Br）和内禀矫顽力（Hcj）基本一致。但是退磁曲线的形状差别比较大。可以通过方形度来衡量退磁曲线的差别。退磁曲线方形度是膝点矫顽力（Hk）与内禀矫顽力Hcj的比值。膝点矫顽力是退磁曲线上纵轴坐标为剩磁的90%的点的横坐标值。膝点矫顽力小于内禀矫顽力。当磁体内结构非常均匀，可以实现磁畴一致翻转的时候，此时Hk=Hcj。但由于磁体内部的结构不均匀，存在一些外来引入杂质，使得Hk通常都低于Hcj。同样的磁体成分做出的磁体中，膝点矫顽力更能体现磁体抗退磁的能力。实施例二的膝点矫顽力为17.12 kOe，而对比例二的膝点矫顽力为16.26 kOe，实施例二的抗退磁能力强于对比例二。通常使用退磁曲线方形度来衡量磁体的内部结构的均匀性和抗退磁的能力。实施例二的退磁曲线方形度为0.964，而对比例为0.922，实施例二的退磁曲线方形度更好。这主要是因为实施例经过清洁和粗破碎铸片，使得外来杂质少，磁体结构均匀，磁体的抗退磁能力强。

综上可以看出，本发明的方法能够有效提高磁体的退磁曲线方形度和磁体耐腐蚀性。该方法提高产品的合格率，同时也提升了产品的质量。另外该方法几乎对所有经过速凝炉制备的速凝片都有效果，在此不再列举实施例于对比例加以验证。

Claims (6)

1.一种提高烧结钕铁硼的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的装置，其特征包括吹气清洁装置和速凝片粗破碎装置，所述吹气清洁装置包括集料桶，设在集料桶下的吹气桶，设在所述吹气桶一侧的鼓风机，设在所述吹气桶另一侧的出风口和杂质收集槽，以及设在所述吹气桶下端的收集漏斗，所述速凝片粗破碎装置包括设在所述收集漏斗下方的滚子链、反向转动轧辊、驱动链轮，以及出料口和接料桶。

2.一种提高烧结钕铁硼的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的方法，其特征包含以下步骤：

将钕铁硼熔炼合金制成平均面积为2400-2500 mm²厚度为250-400μm的速凝片，放在带过滤器的集料桶内，打开集料桶下的蝶阀使桶里面的速凝片经进料口自由落下，然后用鼓风机对准自由落下的速凝片吹射空气流，使空气流将速凝片上的杂质吹走，脱离速凝片的杂质颗粒顺从气流至出风口下落进入杂质收集槽内，被气流吹扫过的速凝片在自身重力作用下落到收集漏斗，经两个反向转动轧辊碾压成平均面积为90-100 mm²速凝小片，这些速凝片经过出料口进入到接料桶，进行其他的后续处理。

3.根据权利要求2所述的一种提高烧结钕铁硼的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的方法，其特征在于所述鼓风机的风速为5-10 m/s，风向与自由落下的速凝片相垂直。

4.根据权利要求2所述的一种提高烧结钕铁硼的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的方法，其特征在于所述反向转动轧辊间缝隙距离为3-6mm，反向转动轧辊的转速为5-20转/分，转速可调。

5.根据权利要求2所述的一种提高烧结钕铁硼的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的方法，其特征在于所述反向转动轧辊的长度为200-300 mm，反向转动轧辊表面粗糙度大于50 μm。

6.根据权利要求2所述的一种提高烧结钕铁硼的退磁曲线方形度和耐腐蚀性的方法，其特征在于所述杂质成分为氧化铝，稀土氧化物，或者细针尖状的非晶态的钕铁硼合金。