CN106782980A - 永磁材料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁材料的制造方法。该方法采用离子液体电镀工艺将重稀土金属电镀在所述烧结磁体的表面,从而形成带有镀层的磁体;其中,所述烧结磁体在至少一个方向上的厚度为10mm以下;在所述离子液体电镀工艺中,电镀液包括离子液体、重稀土盐、第VIII族金属盐、碱金属盐和添加剂,阳极为重稀土金属或重稀土合金,阴极为所述烧结磁体,电镀温度为20~50℃,电镀时间为15~80min。本发明的制造方法能够以低成本的方式提高磁体的内禀矫顽力,生产效率高,重稀土利用率高。

Description

永磁材料的制造方法
技术领域
本发明涉及一种永磁材料的制造方法,尤其是一种采用离子液体电镀工艺制造永磁材料的方法。
背景技术
随着世界对降低能源消耗的日益重视,节能减排已经成为各个国家关注的重点。与非永磁电机相比,永磁电机可以提高能效比。为了降低能耗,在空调压缩机、电动汽车、混合动力汽车等领域都采用钕铁硼(Nd-Fe-B)永磁材料来制作电机。由于这些电机工作温度较高,所以都要求磁体具有较高的内禀矫顽力(Hcj)。为了增加电机的磁通密度,还要求磁体具有较高的磁能积(BH)。
采用传统的钕铁硼制造工艺很难满足高磁能积和高内禀矫顽力的需求。即使达到这样的需求,也需要使用大量的重稀土金属。由于世界上重稀土金属储量有限,大量使用会造成磁体的价格上涨和重稀土资源的加速枯竭。
为了提高永磁材料性能并减少重稀土的使用,业界做了很多工作。通过扩散渗透改善晶界是很重要的发展方向,相继开发出表面涂覆法、金属蒸汽法、气相沉积法和电沉积法等。
CN101404195A公开了一种用于制备稀土永磁体的方法,包括:提供由12-17原子%的稀土、3-15原子%的B、0.01-11原子%的金属元素、0.1-4原子%的O、0.05-3原子%的C、0.01-1原子%的N和余量的Fe组成的烧结磁体本体,在磁体本体的表面上布置包含另一种稀土的氧化物、氟化物和/或氟氧化物的粉末,以及在真空中或在惰性气氛中在烧结温度以下的温度下热处理该粉末覆盖的磁体本体,以使得其它稀土被吸收在磁体本体中。该方法引入了O和F等对磁体有害的物质,渗透完成后,磁体表面会有较多类似于氧化皮的物质,需要进行磨加工,造成重稀土金属浪费。CN101506919A公开了一种永磁铁的制造方法:在处理室内把Nd-Fe-B系的烧结磁铁和Dy隔一定距离配置;接着,在减压下把处理室加热,使烧结磁铁升温到规定温度的同时使Dy蒸发,将蒸发的Dy原子提供到烧结磁铁表面并使之附着;此时,通过控制Dy原子对烧结磁铁的供给量,在烧结磁铁表面上形成Dy层之前,使Dy均匀地扩散到烧结磁铁的晶界相之中。该方法的设备造价昂贵,蒸发效率低,增加Hcj的效果不明显。
电沉积法也是一种在磁体表面形成稀土金属薄膜的重要方法。离子液体具有蒸气压小、稳定性好、导电性好、具有“可设计”性等特点,同时对许多无机盐和有机物有特殊溶解性。目前,离子液体主要应用于磁体表面的镀铝或锌,从而形成耐蚀涂层。关于将离子液体应用于在烧结磁体表面电镀重稀土金属以提高磁性能的报道却很少,主要原因在于选择合适并且廉价的离子液体将重稀土盐充分溶解,然后选择合适的电镀条件将其沉积于磁体表面是非常困难的。CN105839152 A和CN105648487A均公开了一种电沉积方法,采用四氟硼酸盐、双三氟甲磺酰亚胺盐和双氟磺酰亚胺盐作为离子液体进行电镀。上述离子液体在空气中较为稳定,但是对无机金属盐的溶解性有限,且价格较高,将其应用于电镀磁体以提高磁性能将导致磁体的生产成本增加太多。因此,迫切需要一种提高钕铁硼磁体的磁性能的方法,其生产成本较低,显著提高了内禀矫顽力,磁能积也相对较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁材料的制造方法,其可以以低成本的方式显著提高钕铁硼磁体的内禀矫顽力。本发明的进一步目的在于提供一种永磁材料的制造方法,所得磁体的磁能积也相对较高。本发明的更进一步目的在于提供一种永磁材料的制造方法,其重稀土金属利用率高,生产效率高,并且工艺条件温和,更适合工业化生产。
本发明提供一种永磁材料的制造方法,所述的方法包括如下步骤:
S1)磁体制造工序:制备R-Fe-B-M型烧结磁体;其中,R选自Nd、Pr、Dy、Tb、Ho、Gd中的一种或者多种,R的含量为烧结磁体总重量的24wt%~35wt%;M选自Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Ga、Ca、Cu、Zn、Si、Al、Mg、Zr、Nb、Hf、Ta、W、Mo中的一种或多种,M的含量为烧结磁体总重量的0~5wt%;B的含量为烧结磁体总重量的0.5wt%~1.5wt%;其余为Fe;
S2)离子液体电镀工序:采用离子液体电镀工艺将重稀土金属电镀在所述烧结磁体的表面,从而形成带有镀层的磁体;其中,所述烧结磁体在至少一个方向上的厚度为10mm以下;在所述离子液体电镀工艺中,电镀液包括离子液体、重稀土盐、第VIII族金属盐、碱金属盐和添加剂,阳极为重稀土金属或重稀土合金,阴极为所述烧结磁体,电镀温度为20~50℃,电镀时间为15~80min;
S3)扩散工序:对所述带有镀层的磁体进行热处理,从而将重稀土金属扩散至所述烧结磁体的内部;和
S4)时效处理工序:对扩散工序S3)得到的磁体进行时效处理;
其中,所述离子液体为具有如下结构的化合物:
式中,R1和R2分别独立地选自C1~C8烷基,X选自Cl-、CF3SO3 -或N(CN)2 -
其中,所述添加剂选自乙二醇、尿素、芳香族化合物或卤代烷烃。
根据本发明的方法,优选地,R1和R2分别独立地选自C1~C4烷基,X选自CF3SO3 -或N(CN)2 -
根据本发明的方法,优选地,所述离子液体选自氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-乙基咪唑、氯化1,3-双甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-辛基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-乙基咪唑三氟甲磺酸盐、1,3-双甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-己基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐、1-丁基-3-乙基咪唑双氰胺盐、1,3-双甲基咪唑双氰胺盐、1-己基-3-甲基咪唑双氰胺盐或1-辛基-3-甲基咪唑双氰胺盐。
根据本发明的方法,优选地,在所述电镀液中,所述重稀土盐的重稀土元素选自Gd、Tb、Dy或Ho,所述第VIII族金属盐的第VIII族金属选自Fe、Co或Ni,所述碱金属盐的碱金属选自Li、Na或K,并且所述添加剂为芳香族化合物;在所述阳极中,所述重稀土金属选自Gd、Tb、Dy或Ho,所述重稀土合金选自所述重稀土金属与Fe形成的合金。
根据本发明的方法,优选地,在所述电镀液中,所述重稀土盐为重稀土元素的氯化物、硝酸盐或硫酸盐,所述第VIII族金属盐为第VIII族金属的氯化物,所述碱金属盐为碱金属的氯化物,并且所述芳香族化合物选自苯、甲苯、二甲苯、乙苯中的一种或多种;在所述阳极中,所述重稀土金属为Tb,所述重稀土合金为Tb与Fe形成的合金。
根据本发明的方法,优选地,所述重稀土盐和所述第VIII族金属盐的物质的量之和与所述离子液体的物质的量之比为0.25~3:1;所述重稀土盐的物质的量与第VIII族金属盐的物质的量之比为0.25~10:1;在所述电镀液中,所述碱金属盐的浓度为10~200g/L;所述添加剂与所述离子液体的体积比为10vol%~400vol%。
根据本发明的方法,优选地,所述离子液体电镀工序S2)在无水无氧条件下进行,并采用如下方式之一进行:
(1)恒电流电镀,电流密度为5~20mA/cm2
(2)脉冲电压电镀,脉冲电压平均值为5~8V,占空比为20%~50%,脉冲频率为2~5kHz。
根据本发明的方法,优选地,所述的方法还包括电镀液的制备步骤:在80℃以下的温度下,将所述重稀土盐、所述第VIII族金属盐与所述离子液体在无水无氧条件下混合均匀,然后加入碱金属盐和添加剂,混合均匀得到所述电镀液。
根据本发明的方法,优选地,在扩散工序S3)中,热处理温度为850~1000℃,且热处理时间为3~8小时;并且在时效处理工序S4)中,处理温度为400~650℃,且处理时间为2~5小时。
根据本发明的方法,优选地,所述磁体制造工序S1)包括如下工序:
S1-1)熔炼工序:将磁体原料熔炼以形成厚度为0.01~2mm的合金片;
S1-2)制粉工序:将所述合金片在氢破碎炉中进行吸氢和脱氢处理,从而形成平均粒度D50为200~350μm的粗磁粉,然后将所述粗磁粉在气流磨中破碎成平均粒度D50为2~20μm的细磁粉;
S1-3)成型工序:在取向磁场的作用下,将所述细磁粉压制成坯体;和
S1-4)烧结和切割工序:将所述坯体烧结定型,然后切割成烧结磁体;烧结温度为960~1100℃;所述烧结磁体的含氧量低于2000ppm。
本发明的制造方法采用的离子液体对无机金属盐的溶解性好,且价格更为低廉,通过控制工艺条件实现了将重稀土金属沉积在钕铁硼磁体表面;采用热处理将重稀土金属熔化并扩散至钕铁硼磁体内的晶间相;然后采用时效处理获得内禀矫顽力和磁能积均优异的永磁材料。本发明的制造方法生产效率高,重稀土利用率高,并且工艺条件温和,非常适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
本发明的“平均粒度D50”表示粒度分布曲线中累积分布为50%时的最大颗粒的等效直径。
本发明的真空度表示绝对真空度,因而其数值越小,表示其真空度越高。
本发明的制造方法包括磁体制造工序S1)、离子液体电镀工序S2)、扩散工序S3)和时效处理工序S4)。下面分别进行阐述。
<磁体制造工序>
本发明的磁体制造工序S1)可以包括如下具体工序:
S1-1)熔炼工序:将磁体原料熔炼以形成厚度为0.01~2mm的合金片;
S1-2)制粉工序:将所述合金片在氢破碎炉中进行吸氢和脱氢处理,从而形成平均粒度D50为200~350μm的粗磁粉,然后将所述粗磁粉在气流磨中破碎成平均粒度D50为2~20μm的细磁粉;
S1-3)成型工序:在取向磁场的作用下,将所述细磁粉压制成坯体;和
S1-4)烧结和切割工序:将所述坯体烧结定型,然后切割成所述烧结磁体;烧结温度为960~1100℃;所述烧结磁体的含氧量低于2000ppm。
在本发明的熔炼工序S1-1)中,所述磁体原料包括R、Fe、B和M。R选自Nd、Pr、Dy、Tb、Ho、Gd中的一种或者多种;优选地,R选自Nd、Pr或Dy;更优选地,R为Nd。R的含量为烧结磁体总重量的24wt%~35wt%,其含量优选为25wt%~33wt%,更优选为28wt%~32wt%。M选自Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Ga、Ca、Cu、Zn、Si、Al、Mg、Zr、Nb、Hf、Ta、W、Mo中的一种或多种;优选为Mn、Co、Ni、Ga、Ca、Cu、Zn、Al、Zr中的一种或多种。M的含量为烧结磁体总重量的0~5wt%;优选为0.05wt%~3wt%。B的含量为烧结磁体总重量的0.5wt%~1.5wt%;优选为0.5wt%~1wt%。所述磁体原料的其余部分均为Fe。
本发明的熔炼工序S1-1)在真空或惰性气氛中进行,这样可以防止磁体原料(如钕铁硼磁体原料)以及由其制得的合金片被氧化。熔炼工艺可以采用铸锭工艺或速凝铸片工艺(Strip Casting)。铸锭工艺为熔炼后的磁体原料冷却凝固,并被制成合金锭。速凝铸片工艺为熔炼后的磁体原料迅速冷却凝固,并被甩成合金片。例如,对于钕铁硼磁体原料来说,与铸锭工艺相比,速凝铸片工艺能够避免出现影响磁粉均匀性的α-Fe,并且能够避免出现团块状富钕相,从而有利于主相Nd2Fe14B晶粒尺寸的细化。因此,本发明的熔炼工艺优选为速凝铸片工艺。速凝铸片工艺一般在真空熔炼速凝炉中进行。本发明的合金片的厚度可以为0.01~2mm,优选为0.05~1mm,更优选为0.2~0.35mm。
本发明的制粉工序S1-2)在真空或惰性气氛中进行,这样可以避免合金片及磁粉被氧化。将合金片在氢破碎炉中进行吸氢和脱氢处理,从而形成平均粒度D50为200~350μm的粗磁粉。粗磁粉的平均粒度D50优选为230~300μm。氢破碎工艺包括如下步骤:先使合金片吸氢,通过合金片与氢气反应引发合金片晶格的体积膨胀使合金片破碎形成粗磁粉,然后加热所述粗磁粉进行脱氢。根据本发明一个的实施方式,在氢破碎工艺中,吸氢温度为20℃~400℃,优选为100℃~300℃;吸氢压力为50~600kPa,优选为100~500kPa;脱氢温度为400~1000℃,优选为500~600℃。将所述粗磁粉在气流磨中破碎成平均粒度D50为2~20μm的细磁粉。细磁粉的平均粒度D50优选为3~10μm。气流磨工艺为利用气流使粗磁粉加速后相互碰撞而破碎。所述气流可以为氮气流,优选为高纯氮气流。所述高纯氮气流中N2含量可以在99.0wt%以上,优选在99.9wt%以上。所述气流的压力可以为0.1~2.0MPa,优选为0.5~1.0MPa,更优选为0.6~0.7MPa。
本发明的成型工序S1-3)在真空或惰性气氛中进行,这样可以磁粉被氧化。磁粉压制工艺可以采用模压压制工艺和/或等静压压制工艺。模压压制工艺和等静压压制工艺可以采用本领域已知的那些,这里不再赘述。在取向磁场的作用下,将所述细磁粉压制成坯体。取向磁场方向与磁粉压制方向相互平行取向或相互垂直取向。根据本发明的一个实施方式,取向磁场的强度为1~5特斯拉(T),优选为1.5~3T,更优选为1.6~1.8T。上述成型工艺S1-3)得到的坯体密度可以为3.5g/cm3~5.0g/cm3,优选为3.8g/cm3~4.4g/cm3
本发明的烧结和切割工序S1-4)的烧结过程也在真空或惰性气氛中进行,这样可以防止坯体被氧化。烧结过程可以在真空烧结炉中实施。烧结温度可以为960~1100℃,优选为1050~1060℃。烧结时间可以为3~10小时,优选为5~6小时。上述烧结过程得到的烧结磁体的密度可以为6.5g/cm3~8.9g/cm3,优选为7.3g/cm3~7.9g/cm3;含氧量优选低于2000ppm,最优选低于1200ppm。烧结过程所得烧结坯体可以采用切片加工工艺和/或电火花线切割工艺和/或金刚线切割工艺等进行切割。将烧结坯体切割成在至少一个方向上的厚度为10mm以下,优选为4mm以下的烧结磁体。作为优选,厚度为10mm以下,优选为4mm以下的方向不是烧结磁体的取向方向。
采用上述工序获得R-Fe-B-M型烧结磁体,R、Fe、B和M的定义如前所述,这里不再赘述。
<离子液体电镀工序>
本发明的离子液体电镀工序S2)为采用离子液体电镀工艺将重稀土金属电镀在所述烧结磁体的表面,从而形成带有镀层的磁体。所述烧结磁体在至少一个方向上的厚度为10mm以下。所述厚度为10mm以下的方向优选不是烧结磁体的取向方向。
在本发明的离子液体电镀工艺中,以包括离子液体、重稀土盐、第VIII族金属盐、碱金属盐和添加剂的溶液作为电镀液,以重稀土金属或重稀土合金作为阳极,以上述烧结磁体作为阴极。本申请发现:将电镀温度控制在20~50℃、优选为30~35℃,将电镀时间控制在15~80min、优选为30~60min,可以显著改善电镀效果,从而使得采用廉价的离子液体就可以显著改善磁体的内禀矫顽力和磁能积。本发明的电镀条件温和、电镀时间合适,从而提高了生产效率。
在本发明中,将离子液体始终保持在无水无氧的环境中,这样可以避免残余水分和氧气造成电镀液失效或者电镀液电化学窗口改变。
本发明的离子液体为具有如下结构的化合物:
式中,R1和R2分别独立地选自C1~C8烷基,X选自Cl-、CF3SO3 -或N(CN)2 -。优选地,R1和R2分别独立地选自C1~C4烷基,X选自CF3SO3 -或N(CN)2 -。R1和R2的实例包括但不限于甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基和辛基等。作为优选,所述离子液体选自氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-乙基咪唑、氯化1,3-双甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-辛基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-乙基咪唑三氟甲磺酸盐、1,3-双甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-己基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐、1-丁基-3-乙基咪唑双氰胺盐、1,3-双甲基咪唑双氰胺盐、1-己基-3-甲基咪唑双氰胺盐或1-辛基-3-甲基咪唑双氰胺盐。作为更优选,所述离子液体选自氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-乙基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-乙基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐、1-丁基-3-乙基咪唑双氰胺盐、1,3-双甲基咪唑双氰胺盐、1-己基-3-甲基咪唑双氰胺盐或1-辛基-3-甲基咪唑双氰胺盐。根据本发明的一个实施方式,所述离子液体为氯化1-丁基-3-甲基咪唑或者1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐。
本申请意外地发现,与四氟硼酸盐、双三氟甲磺酰亚胺盐和双氟磺酰亚胺盐等离子液体相比,本发明的上述离子液体对无机金属盐的溶解性较好,且相对便宜许多,但是它们却可以在非常温和的条件下以较短的时间为磁体表面电镀一层重稀土金属薄膜,进而改善磁体的内禀矫顽力。
在本发明的电镀液中,所述重稀土盐为重稀土元素的氯化物、硝酸盐或硫酸盐。所述重稀土盐的重稀土元素可以选自Gd、Tb、Dy或Ho,优选为Tb或Dy。重稀土盐的实例包括但不限于氯化镝、氯化铽、硝酸镝或硝酸铽等。
在本发明的电镀液中,所述第VIII族金属盐可以为第VIII族金属的氯化物。所述第VIII族金属盐的第VIII族金属可以选自Fe、Co或Ni;优选为Fe或Ni。第VIII族金属盐的实例包括但不限于氯化铁、氯化钴或氯化镍。
在本发明的电镀液中,所述碱金属盐可以为碱金属的氯化物。所述碱金属盐的碱金属可以选自Li、Na或K;优选为Na或K。碱金属盐的实例包括但不限于氯化钠、氯化钾等。
本发明的电镀液还含有添加剂,其选自乙二醇(EG)、尿素、芳香族化合物或卤代烷烃;优选为芳香族化合物。芳香族化合物可以选自苯、甲苯、二甲苯、乙苯中的一种或多种;优选为苯或甲苯。卤代烷烃的实例包括但不限于一氯甲烷、二氯甲烷或氯仿等。本申请发现,添加上述添加剂,尤其是芳香族化合物,可以改善离子液体的溶解性、粘度、导电性能,因而减少电镀时间,提高生产效率。
在本发明的电镀液中,所述重稀土盐和所述第VIII族金属盐的物质的量之和(单位为摩尔)与所述离子液体的物质的量(单位为摩尔)之比可以为0.25~3:1;优选为0.5~2:1。所述重稀土盐的物质的量(单位为摩尔)与第VIII族金属盐的物质的量(单位为摩尔)之比为0.25~10:1;优选为0.5~9:1。以电镀液为基准,所述碱金属盐的浓度为10~200g/L;优选为30~60g/L。所述添加剂与所述离子液体的体积比可以为10vol%~400vol%;优选为30vol%~50vol%。将上述参数控制在上述范围,可以进一步改善电镀效果,进而改善磁体的内禀矫顽力和磁能积。
在本发明的阳极中,重稀土金属可以选自Gd、Tb、Dy或Ho;优选为Tb或Dy。重稀土合金可以选自所述重稀土金属与Fe形成的合金。本发明的阴极为磁体制造工序S1)得到的待电镀的烧结磁体,如前所述,这里不再赘述。
为了改善电镀效果,离子液体电镀工序S2)最好在无水无氧条件下进行。离子液体电镀工序S2)可以采用恒电流电镀,电流密度为5~20mA/cm2;优选为10~16mA/cm2。离子液体电镀工序S2)也可以采用脉冲电压电镀,脉冲电压平均值为5~8V,占空比为20%~50%,脉冲频率为2~5kHz。根据本发明的一个实施方式,脉冲电压平均值为6~8V,占空比为30%~50%,脉冲频率为3~5kHz。本发明的电镀温度就是离子液体的温度,其可以为20~50℃、优选为30~35℃。为了防止电镀液失效,可以采用手套箱将整个电镀槽进行封闭并通入保护气体(如氮气或氩气)。
为了改善电镀效果,本发明的离子液体电镀工序S2)可以包括待电镀的烧结磁体的前处理工序、电镀后的烧结磁体的后处理工序等。例如,采用除油→除锈→活化→干燥等步骤对烧结磁体表面清洁和活化;采用无水乙醇、丙酮、卤代烷、苯等溶剂清洗电镀后的磁体表面。这些都是本领域常规的步骤,这里不再赘述。
<扩散工序>
本发明的扩散工序S3)为对所述带有镀层的磁体进行热处理,从而将重稀土金属扩散至所述烧结磁体的内部。本发明的扩散包括重稀土金属由磁体表面至磁体内部的渗透过程,还包括重稀土金属在磁体内部的扩散过程。通过热处理可以使得沉积在烧结磁体表面的重稀土金属进入烧结磁体内的晶间相。热处理温度可以为850~1000℃,优选为900~950℃;热处理时间为3~8小时,优选为3.5~5小时。将热处理温度和时间控制在上述范围,可以进一步改善烧结磁体的内禀矫顽力和磁能积。
本发明的扩散工序S3)在真空或惰性气氛中进行。这样可以避免烧结磁体表面在热处理过程中被氧化。氧化的磁体表面将阻止重稀土元素渗透扩散的持续进行。扩散工序S3)的绝对真空度可以为0.000001~0.1Pa,优选为0.00001~0.01Pa。
<时效处理工序>
本发明的时效处理工序S4)为对扩散工序S3)得到的磁体进行时效处理。处理温度为400~650℃,优选为500~550℃;处理时间为2~5小时,优选为3~5小时。将时效处理温度和时间控制在上述范围,可以更进一步地改善烧结磁体的内禀矫顽力和磁能积。为了防止烧结磁体被氧化,时效处理工序S4)在真空或惰性气氛中进行。时效处理工序S4)的绝对真空度可以为0.000001~0.1Pa,优选为0.00001~0.01Pa。
实施例1-2和对比例1
S1)磁体制造工序:
S1-1)熔炼工序:以重量百分比计,按照23.5%的Nd、5.5%的Pr、2%的Dy、1%的B、1%的Co、0.1%的Cu、0.08%的Zr、0.1%的Ga和余量的Fe配制磁体原料,将磁体原料置于真空熔炼速凝炉中进行熔炼,制成平均厚度为0.3mm的合金片;
S1-2)制粉工序:将合金片在氢破碎炉中进行吸氢和脱氢处理,使合金片形成D50为300μm的粗磁粉,将粗磁粉在氮气作为媒介的气流磨中磨成D50为4.2μm的细磁粉;
S1-3)成型工序:将细磁粉在氮气保护的成型压机中施加1.8T的取向磁场,压制成型为坯体,所述坯体的密度为4.3g/cm3
S1-4)烧结和切割工序:将所述坯体置于绝对真空度高于0.1Pa的真空烧结炉中,在1050℃下烧结5小时,得到磁体,其密度为7.6g/cm3,尺寸为50mm×40mm×30mm;将该磁体切割成尺寸为38mm×23.5mm×4mm的烧结磁体。
S2)离子液体电镀工序:
将烧结磁体经过除油→除锈→酸洗活化→干燥处理,得到待电镀的烧结磁体备用。
在氮气保护的手套箱中,在温度小于80℃条件下,将摩尔比为1:0.5:1的无水氯化铽、无水氯化钴与氯化1-丁基-3-甲基咪唑(离子液体)搅拌均匀,然后加入浓度为30g/L(基于电镀液)的氯化钠,然后添加与离子液体的体积比为30vol%的苯,搅拌均匀,从而形成电镀液。
采用恒电流法电镀,用手套箱将整个电镀槽进行封闭并通入氮气。用Tb金属块材作为阳极,阴极为待电镀的烧结磁体。阳极电流密度为16mA/cm2,离子液体的温度为35℃。分别电镀10min(对比例1)、30min和60min。电镀后的磁体立即用无水乙醇清洗,然后干燥。
S3)扩散工序:在绝对真空度高于0.01Pa的条件下,将离子液体电镀工序S2)所得的带有Tb镀层的磁体在900℃热处理5小时。
S4)时效处理工序:在绝对真空度高于0.01Pa的条件下,将扩散工序S3)得到的磁体在500℃下时效处理3小时。将所得磁体切割成尺寸为9mm×9mm×4mm的磁体进行测量,结果参见表1。
表1
由表1可知,离子液体电镀时间对磁体的剩磁、最大磁能积、内禀矫顽力均有影响。电镀时间超过10min后,随着时间延长,内禀矫顽力增加;但随着电镀时间增加到一定程度后,内禀矫顽力将不会明显增加。
实施例3-6和对比例2
S1)磁体制造工序:
S1-1)熔炼工序:以重量百分比计,按照22.3%的Nd、6.4%的Pr、3%的Dy、1%的B、2%的Co、0.2%的Cu、0.08%的Zr、0.15%的Ga和余量的Fe配制磁体原料,将磁体原料置于真空速凝炉中进行熔炼,制成平均厚度为0.3mm的合金片;
S1-2)制粉工序:将合金片在氢破碎炉中进行吸氢和脱氢处理,使合金片形成D50为300μm的粗磁粉,将所述粗磁粉在氮气作为媒介的气流磨中磨成D50为3.8μm的细磁粉;
S1-3)成型工序:将细磁粉在氮气保护的成型压机中施加1.8T的取向磁场,压制成型为坯体,所述坯体的密度为4.3g/cm3
S1-4)烧结工序:将所述坯体置于绝对真空度高于0.1Pa的真空烧结炉中,在1055℃下烧结5小时,得到磁体,其密度为7.62g/cm3,尺寸为50mm×40mm×30mm;将该磁体切割成尺寸为38mm×23.5mm×2mm的烧结磁体;
S2)离子液体电镀工序:
将烧结磁体经过除油→除锈→酸洗活化→干燥处理,得到待电镀的烧结磁体备用。
在氮气保护的手套箱中,在温度小于80℃条件下,将摩尔比为1.5:0.5:1的无水氯化镝、无水氯化镍与1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(离子液体)搅拌均匀,然后加入浓度为30g/L(基于电镀液)的氯化钾,再添加与离子液体的体积比为50vol%的甲苯,搅拌均匀,从而得到电镀液。
采用恒电流法电镀,用手套箱将整个电镀槽进行封闭并通入氮气。用Dy金属块材作为阳极,阴极为待电镀的烧结磁体。阳极电流密度为15mA/cm2,离子液体的温度为35℃,电镀30min。电镀后的磁体立即先用甲苯清洗、再用无水乙醇清洗,然后干燥。
S3)扩散工序:在绝对真空度高于0.01Pa的条件下,将离子液体电镀工序S2)所得的带有Dy镀层的磁体在不同温度下热处理5小时,热处理温度分别为850℃、900℃、950℃和1000℃。
S4)时效处理工序:在绝对真空度高于0.01Pa的条件下,将扩散工序S3)得到的磁体在510℃下时效处理3小时。将所得磁体切割成尺寸为9mm×9mm×2mm的磁体进行测量,结果参见表2。
为了对比,将磁体制造工序S1)得到的烧结磁体,不经过离子液体电镀工序S2)和扩散工序S3)处理,直接进行上述时效处理工序S4),然后加工成尺寸为9mm×9mm×2mm的磁体进行测试,作为对比例2。结果参见表2。
表2
由表2可知,扩散工序S2)的热处理温度对钕铁硼永磁材料的剩磁、最大磁能积、内禀矫顽力均有影响。热处理温度较低或太高,上述参数的数值增加效果均不明显。
实施例7-9和对比例3
S1)磁体制造工序:
S1-1)熔炼工序:以重量百分比计,按照27.4%的Nd、4.5%的Dy、0.97%的B、2%的Co、0.2%的Cu、0.08%的Zr、0.2%的Ga、0.3%的Al和余量的Fe配制磁体原料,将磁体原料置于真空速凝炉中进行熔炼,制成平均厚度为0.3mm的合金片;
S1-2)制粉工序:将合金片在氢破碎炉中进行吸氢和脱氢处理,使合金片形成D50为300μm的粗磁粉,将所述粗磁粉在氮气作为媒介的气流磨中磨成D50为3.8μm的细磁粉;
S1-3)成型工序:将细磁粉在氮气保护的成型压机中施加1.8T的取向磁场,压制成型为坯体,所述坯体的密度为4.3g/cm3
S1-4)烧结和切割工序:将所述坯体置于绝对真空度高于0.1Pa的真空烧结炉中,在1055℃下烧结5小时,得到磁体,其密度为7.63g/cm3,尺寸为50mm×40mm×30mm;将该磁体切割成尺寸为38mm×23.5mm×2.2mm的烧结磁体;
S2)离子液体电镀工序:
将烧结磁体经过除油→除锈→酸洗活化→干燥处理,得到待电镀的烧结磁体备用。
在氮气保护的手套箱中,在温度小于80℃条件下,将摩尔比为1:1:1的无水氯化铽、无水氯化铁与1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(离子液体)搅拌均匀,然后加入浓度为40g/L(基于电镀液)的氯化锂,再添加与离子液体的体积比为30vol%的甲苯,搅拌均匀,从而得到电镀液。
采用脉冲电压电镀,用手套箱将整个电镀槽进行封闭并通入氮气。用Tb和Fe的合金块材作为阳极,其中所述合金块材中Tb的质量百分含量为75%。阴极为上述待电镀的烧结磁体;脉冲电压平均值7V,脉冲频率3.0kHz,占空比40%,离子液体温度分别为20℃、35℃和50℃,电镀时间为30min。电镀后的磁体立即用无水乙醇清洗,然后干燥。
S3)扩散工序:在绝对真空度高于0.01Pa的条件下,将离子液体电镀工序S2)所得的带有Tb镀层的磁体在925℃下热处理5小时。
S4)时效处理工序:在绝对真空度高于0.01Pa的条件下,将扩散步骤S3)得到的磁体在510℃下时效处理3小时。将所得磁体切割成尺寸为9mm×9mm×2mm的磁体进行测量,结果参见表3。
为了对比,将磁体制造工序S1)得到的烧结磁体不经过离子液体电镀工序S2)和扩散工序S3)处理,直接进行上述时效处理工序S4),然后加工成尺寸为9mm×9mm×2mm的磁体进行测量,作为对比例3。结果参见表3。
表3
由表3可知,实施例7-9和对比例3相比,剩磁和最大磁能积略有降低,但内禀矫顽力则明显增加。电镀温度对磁体的剩磁、最大磁能积和内禀矫顽力均有影响,对内禀矫顽力影响最为明显。
本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (10)

1.一种永磁材料的制造方法,其特征在于,所述的方法包括如下步骤:
S1)磁体制造工序:制备R-Fe-B-M型烧结磁体;其中,R选自Nd、Pr、Dy、Tb、Ho、Gd中的一种或者多种,R的含量为烧结磁体总重量的24wt%~35wt%;M选自Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Ga、Ca、Cu、Zn、Si、Al、Mg、Zr、Nb、Hf、Ta、W、Mo中的一种或多种,M的含量为烧结磁体总重量的0~5wt%;B的含量为烧结磁体总重量的0.5wt%~1.5wt%;其余为Fe;
S2)离子液体电镀工序:采用离子液体电镀工艺将重稀土金属电镀在所述烧结磁体的表面,从而形成带有镀层的磁体;其中,所述烧结磁体在至少一个方向上的厚度为10mm以下;在所述离子液体电镀工艺中,电镀液包括离子液体、重稀土盐、第VIII族金属盐、碱金属盐和添加剂,阳极为重稀土金属或重稀土合金,阴极为所述烧结磁体,电镀温度为20~50℃,电镀时间为15~80min;
S3)扩散工序:对所述带有镀层的磁体进行热处理,从而将重稀土金属扩散至所述烧结磁体的内部;和
S4)时效处理工序:对扩散工序S3)得到的磁体进行时效处理;
其中,所述离子液体为具有如下结构的化合物:
式中,R1和R2分别独立地选自C1~C8烷基,X选自Cl-、CF3SO3 -或N(CN)2 -
其中,所述添加剂选自乙二醇、尿素、芳香族化合物或卤代烷烃。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,R1和R2分别独立地选自C1~C4烷基,X选自CF3SO3 -或N(CN)2 -
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述离子液体选自氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-乙基咪唑、氯化1,3-双甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-辛基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-乙基咪唑三氟甲磺酸盐、1,3-双甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-己基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐、1-丁基-3-乙基咪唑双氰胺盐、1,3-双甲基咪唑双氰胺盐、1-己基-3-甲基咪唑双氰胺盐或1-辛基-3-甲基咪唑双氰胺盐。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述电镀液中,所述重稀土盐的重稀土元素选自Gd、Tb、Dy或Ho,所述第VIII族金属盐的第VIII族金属选自Fe、Co或Ni,所述碱金属盐的碱金属选自Li、Na或K,并且所述添加剂为芳香族化合物;在所述阳极中,所述重稀土金属选自Gd、Tb、Dy或Ho,所述重稀土合金选自所述重稀土金属与Fe形成的合金。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在所述电镀液中,所述重稀土盐为重稀土元素的氯化物、硝酸盐或硫酸盐,所述第VIII族金属盐为第VIII族金属的氯化物,所述碱金属盐为碱金属的氯化物,并且所述芳香族化合物选自苯、甲苯、二甲苯、乙苯中的一种或多种;在所述阳极中,所述重稀土金属为Tb,所述重稀土合金为Tb与Fe形成的合金。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述重稀土盐和所述第VIII族金属盐的物质的量之和与所述离子液体的物质的量之比为0.25~3:1;所述重稀土盐的物质的量与第VIII族金属盐的物质的量之比为0.25~10:1;在所述电镀液中,所述碱金属盐的浓度为10~200g/L;所述添加剂与所述离子液体的体积比为10vol%~400vol%。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述离子液体电镀工序S2)在无水无氧条件下进行,并采用如下方式之一进行:
(1)恒电流电镀,电流密度为5~20mA/cm2
(2)脉冲电压电镀,脉冲电压平均值为5~8V,占空比为20%~50%,脉冲频率为2~5kHz。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的方法还包括电镀液的制备步骤:在80℃以下的温度下,将所述重稀土盐、所述第VIII族金属盐与所述离子液体在无水无氧条件下混合均匀,然后加入碱金属盐和添加剂,混合均匀得到所述电镀液。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在扩散工序S3)中,热处理温度为850~1000℃,且热处理时间为3~8小时;并且在时效处理工序S4)中,处理温度为400~650℃,且处理时间为2~5小时。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述磁体制造工序S1)包括如下工序:
S1-1)熔炼工序:将磁体原料熔炼以形成厚度为0.01~2mm的合金片;
S1-2)制粉工序:将所述合金片在氢破碎炉中进行吸氢和脱氢处理,从而形成平均粒度D50为200~350μm的粗磁粉,然后将所述粗磁粉在气流磨中破碎成平均粒度D50为2~20μm的细磁粉;
S1-3)成型工序:在取向磁场的作用下,将所述细磁粉压制成坯体;和
S1-4)烧结和切割工序:将所述坯体烧结定型,然后切割成烧结磁体;烧结温度为960~1100℃;所述烧结磁体的含氧量低于2000ppm。
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