CN106920616A - 一种钕铁硼磁体的烧结方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钕铁硼磁体的烧结方法，包括以下步骤：将钕铁硼磁体生坯加热脱气；将加热脱气后的钕铁硼磁体生坯在加热至目标烧结温度T1后保温烧结处理一定时间t1获得初级烧结体；将所述初级烧结体在烧结温度T2下保温烧结处理一定时间t2获得二级烧结体；其中，T1＞T2，t1＜t2。本发明方法在目标烧结温度T1下短时间保温，然后在低于目标烧结温度的烧结温度T2下长时间保温，形成的液相较少，能抑制烧结过程中磁体的晶粒长大，晶粒尺寸分布更加均匀，而且富钕相能更加均匀地包裹细小的主相晶粒，优化显微组织；因此，本发明提供的烧结方法能够有效提高钕铁硼磁体的磁性能。

Description

一种钕铁硼磁体的烧结方法
技术领域
本发明涉及钕铁硼磁体制备技术领域，特别涉及一种钕铁硼磁体的烧结方法。
背景技术
20世纪60年代，稀土永磁的出现，为磁体的应用开辟了一个新时代，第一代钐钴永磁SmCo5，第二代沉淀硬化型钐钴永磁Sm2Co17，迄今为止，发展到第三代钕铁硼永磁材料(NdFeB)。虽然目前铁氧体磁体仍然是用量最大的永磁材料，但钕铁硼磁体的产值已大大超过铁氧体永磁材料，已发展成一大产业。
钕铁硼磁体也称为钕磁体(Neodymium magnet)，其化学式为Nd2Fe14B，是一种人造的永久磁体，也是目前为止具有最强磁力的永久磁体，其最大磁能积(BH)max高过铁氧体10倍以上，在裸磁的状态下，其磁力可达到3500高斯左右。钕铁硼磁体的优点是性价比高，体积小、重量轻、良好的机械特性和磁性强等特点，如此高能量密度的优点使钕铁硼永磁材料在现代工业和电子技术中获得了广泛的应用，在磁学界被誉为磁王。因而，钕铁硼磁体的制备和扩展一直是业内持续关注的焦点。
目前，业界常采用烧结法制作钕铁硼永磁材料，如王伟等在《关键工艺参数和合金元素对烧结NdFeB磁性能与力学性能的影响》中公开了采用烧结法制造钕铁硼永磁材料的工艺流程，一般包括配料、熔炼、钢锭破碎、制粉、真空保存超细粉、粉末取向压制成型、真空烧结、检分和电镀等步骤。随着钕铁硼行业的不断进步和发展，压型阶段的粉末磁场取向相继提高，压坯的取向程度逐渐接近100％，因而对磁体的烧结提出了更高的要求，粉末的高一致性大大降低了烧结温度区间，烧结温度的制定以及烧结炉设备本身的温度均匀性都对烧结钕铁硼的性能及产品的使用环境产生巨大的影响。烧结钕铁硼的性能是组织的敏感量，其微观组织直接影响磁体的性能。
钕铁硼磁体烧结过程的主要任务，一是致密化，使其相对密度达到99.2-99.6％；二是防止晶粒长大，使晶粒尺寸均匀。此外，还要保持高的取向度和防止氧化。理论和实验均证明，上述两个任务是矛盾的，为提高磁体高的致密度，就要提高烧结温度和时间，然而结果是磁体密度提高了，但晶粒出现反常长大且晶粒尺寸不均匀，导致性能降低，包括Hcj降低，方形度以及磁能积的降低。
现有技术中，烧结后的磁体往往会出现两种不良现象：烧结晶粒异常长大；磁体密度低，磁能积低，磁体性能差。这两种情况不但让企业承受较大的经济损失，也会对稀土材料造成严重的浪费。其中，前者是不可挽回的，对于后者大多企业选择了降级使用，用做较低磁能积的产品，使企业利益受损。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种钕铁硼磁体的烧结方法，其能够提高钕铁硼磁体的磁性能，并有效的降低晶粒长大的风险。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种钕铁硼磁体的烧结方法，包括以下步骤：
步骤一、将钕铁硼磁体生坯加热脱气；
步骤二、将加热脱气后的钕铁硼磁体生坯在加热至目标烧结温度T1后保温烧结处理一定时间t1获得初级烧结体；
步骤三、将所述初级烧结体在烧结温度T2下保温烧结处理一定时间t2获得二级烧结体；
其中，T1＞T2，t1＜t2。
优选的是，所述加热脱气采用梯度升温方式进行，具体为：
1)以5～12℃/min的速率由室温升温至200～300℃，保温时间为60～120min；
2)然后以4～10℃/min的速率升温至550～650℃，保温时间为60～120min；
3)然后以4～10℃/min的速率升温至800～900℃，保温时间为200～300min。
优选的是，所述步骤二还包括：所述钕铁硼磁体生坯加热脱气完成后，以2～6℃/min的速率升温至目标烧结标温度T1，所述目标烧结温度T1为1020-1070℃，保温时间t1为1-10小时。
优选的是，所述步骤三中，所述烧结温度T2为970-1030℃，保温时间t2为10-20小时。
优选的是，还包括以下步骤：
步骤四、将所述二级烧结体进行氩气风冷，待炉内温度低于100℃时出炉；
步骤五、将降温处理后的所述二级烧结体进行回火处理后，获得钕铁硼磁体。
优选的是，所述步骤五中，所述回火处理还包括一级回火和二级回火：
所述一级回火的温度为850～950℃，处理时间为4～6h；
所述二级回火的温度为450～600℃，处理时间为3～6h。
优选的是，所述步骤一、所述步骤二和所述步骤三均在真空或保护气体的条件下进行，所述保护气体为氮气或者惰性气体。
优选的是，还包括以下步骤：在所述目标烧结温度T1烧结过程中，每间隔40-60min外加磁场作用于所述钕铁硼磁体毛坯1次，1次作用的总时长不超过5min，且外加磁场作用的总次数不超过3次；
所述外加磁场的磁场方向与所述钕铁硼磁体毛坯的磁体取向相平行。
优选的是，所述外加磁场的强度为10-14T。
本发明至少包括以下有益效果：本发明方法在目标烧结温度T1下短时间保温，然后在低于目标烧结温度的烧结温度T2下长时间保温，形成的液相较少，能抑制烧结过程中磁体的晶粒长大，晶粒尺寸分布更加均匀，而且富钕相能更加均匀地包裹细小的主相晶粒，优化显微组织；因此，本发明提供的烧结方法能够提高钕铁硼磁体的磁性能。
综上所述，本发明通过磁体制备工序中烧结过程的改进，能够提高钕铁硼磁体的磁性能，并有效的降低晶粒长大的风险。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为现有技术中制备钕铁硼磁体的烧结曲线图；
图2为本发明其中一个实施例中所述制备钕铁硼磁体的方法的烧结曲线图；
图3为本发明所述制备钕铁硼磁体的方法中对比例1制备的钕铁硼磁体的金相微观组织图；
图4为本发明所述制备钕铁硼磁体的方法中实施例1制备的钕铁硼磁体的金相微观组织图；
图5为本发明所述制备钕铁硼磁体的方法中实施例2制备的钕铁硼磁体的金相微观组织图；
图6为本发明所述制备钕铁硼磁体的方法中对比例2制备的钕铁硼磁体的金相微观组织图；
图7为本发明所述制备钕铁硼磁体的方法中实施例3制备的钕铁硼磁体的金相微观组织图；
图8为本发明所述制备钕铁硼磁体的方法中实施例4制备的钕铁硼磁体的金相微观组织图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提供一种钕铁硼磁体的烧结方法，包括以下步骤：
步骤一、在真空或保护气体的条件下，将钕铁硼磁体生坯加热脱气，所述加热脱气采用梯度升温方式进行，具体为：
1)以5～12℃/min的速率由室温升温至200～300℃，保温时间为60～120min；
2)然后以4～10℃/min的速率升温至550～650℃，保温时间为60～120min；
3)然后以4～10℃/min的速率升温至800～900℃，保温时间为200～300min；
步骤二、在真空或保护气体的条件下，将加热脱气后的钕铁硼磁体生坯在加热至目标烧结温度T1后保温烧结处理一定时间t1获得初级烧结体；
步骤三、在真空或保护气体的条件下，将所述初级烧结体在烧结温度T2下保温烧结处理一定时间t2获得二级烧结体；
步骤四、将所述二级烧结体进行氩气风冷，待炉内温度低于100℃时出炉；
步骤五、将降温处理后的所述二级烧结体进行回火处理后，获得钕铁硼磁体；
所述回火处理还包括一级回火和二级回火：
所述一级回火的温度为850～950℃，处理时间为4～6h；
所述二级回火的温度为450～600℃，处理时间为3～6h。
其中，所述钕铁硼磁体生坯加热脱气完成后，以2～6℃/min的速率升温至目标烧结标温度T1，所述目标烧结温度T1为1020-1070℃，保温时间t1为1-10小时；
所述烧结温度T2为970-1030℃，保温时间t2为10-20小时；
所述保护气体为氮气或者惰性气体；
在一个优选方案中，还包括以下步骤：在所述目标烧结温度T1烧结过程中，，每间隔40-60min外加磁场作用于所述钕铁硼磁体毛坯1次，1次作用的总时长不超过5min，且外加磁场作用的总次数不超过3次；所述外加磁场的强度为10-14T；所述外加磁场的磁场方向与所述钕铁硼磁体毛坯的磁体取向相平行。
应用上述的本发明提供的铷铁硼磁体的烧结方法制备钕铁硼磁体，具体如下：
将N55牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品分为3组，均采用相同的升温曲线烧结，即：以6～10℃/min的速率由室温升温至200～300℃，保温60～120min；然后以4～8℃/min的速率升温至550～650℃，保温60～120min；然后以4～7℃/min的速率升温至800～900℃，保温时间为200～300min；然后以2～4℃/min的速率升温至目标烧结温度1020-1070℃。
对比例1
如图1所示，将第一组N55牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品采用传统烧结工艺，并采用上述升温曲线升温至目标烧结温度1050℃后保温10小时，烧结结束。
实施例1
如图2所示，将第二组N55牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品采用本发明方法进行烧结，且采用上述升温曲线升温至目标烧结温度1050℃后保温4小时，然后以40℃/min的速率降至1010℃，保温12小时，烧结结束。
实施例2
如图2所示，将第三组N55牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品采用本发明方法进行烧结，且采用上述升温曲线升温至目标烧结温度1050℃保温4小时，然后降至1000℃，保温18小时。
在以上程序结束后，三组产品均采用氩气风冷，待温控表温度低于100℃时出炉。具体的烧结工艺的不同点列于下表1以及图1、图2中。
烧结完成后按照同样的工艺对三份产品进行两级回火，一级回火的温度为900℃，回火的时间为5h；二级回火的温度为480℃，回火的时间为4h。
对上述步骤制备的钕铁硼磁体进行磁性能测试，金相测试，以及磁体密度进行检测，产品特性测量结果列于下表2中。
如图3、4、和5所示，本实施例制备得到的钕铁硼磁体晶粒显著致密化，经测量计算，本发明实施例1、2制备的钕铁硼磁体的晶粒平均值分别为5.18μm和5.05μm，而采用传统烧结工艺制备的钕铁硼磁体(对比例1)的晶粒平均值为6.53μm，有少量大颗粒，尺寸为36.23μm。本发明相比常规工艺的晶粒尺寸细化了23％。
采用本发明的工艺烧结的产品较采用传统烧结方法制备的产品的内禀矫顽力提高，密度无明显差异，晶粒尺寸有所降低，而且有效地减少了晶粒长大的现象。
表1：
表2：
将45H牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品分为3组，均采用相同的升温曲线烧结，即：以6～10℃/min的速率由室温升温至200～300℃，保温60～120min；然后以4～8℃/min的速率升温至550～650℃，保温60～120min；然后以4～7℃/min的速率升温至800～900℃，保温时间为200～300min；然后以2～4℃/min的速率升温至目标烧结温度1020-1070℃。
对比例2
如图1所示，第一组45H牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品采用传统烧结工艺，并采用上述升温曲线升温至目标烧结温1045℃后保温8小时，烧结结束。
实施例3
如图2所示，第二组45H牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品采用本发明方法进行烧结，并采用上述升温曲线升温至目标烧结温1045℃保温3小时，然后以40℃/min的速率降至1010℃，保温12小时，烧结结束。
实施例4
如图2所示，第三组45H牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品采用本发明方法进行烧结，并采用上述升温曲线升温至目标烧结温度1045℃保温3小时，然后降至1000℃，保温16小时，烧结结束。
在以上程序结束后，三组产品均采用氩气风冷，待温控表温度低于100℃时出炉。具体的烧结工艺的不同点列于表3以及图1和图2中。
烧结完成后按照同样的工艺对三份产品进行两级回火，一级回火的温度为900℃，回火的时间为5h；二级回火的温度为480℃，回火的时间为4h。
对上述步骤制备的钕铁硼磁体进行磁性能测试，金相测试，以及磁体密度进行检测，产品特性测量结果列于表4中。
如图6、7和8所示，本实施例制备得到的钕铁硼磁体晶粒显著致密化，经测量计算，本发明实施例3、4制备的钕铁硼磁体的晶粒平均值为5.13μm和5.02μm，而常规工艺制备的钕铁硼磁体(对比例2)的晶粒平均值为6.27μm，有少量大颗粒，尺寸为28.28μm。本发明相比常规工艺的晶粒尺寸细化了20％。
采用本发明的工艺烧结的产品较采用传统烧结方法制备的产品的内禀矫顽力提高，密度无明显差异，晶粒尺寸有所降低，而且有效地减少了晶粒长大的现象。
表3：
表4：
将30EH牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品分为3组，均采用相同的升温曲线烧结，即：以6～10℃/min的速率由室温升温至200～300℃，保温60～120min；然后以4～8℃/min的速率升温至550～650℃，保温60～120min；然后以4～7℃/min的速率升温至800～900℃，保温时间为200～300min；然后以2～4℃/min的速率升温至目标烧结温度1020-1070℃。
对比例3
第一组30EH牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品采用传统烧结工艺，并采用上述升温曲线升温至目标烧结温度1065℃后保温10小时，烧结结束。
实施例5
第二组30EH牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品采用本发明方法进行烧结，并采用在目标烧结温度T1烧结过程中，，外加磁场作用于钕铁硼磁体毛坯1次，1次作用的总时长为5min，外加磁场的强度为10-14T；外加磁场的磁场方向与钕铁硼磁体毛坯的磁体取向相平行；
梯度升温处理结束后，再升温至目标烧结温度1065℃保温6小时，然后以40℃/min的速率降至1030℃，保温14小时，烧结结束。
可在烧结炉口处设置一个外加磁场，需要进行外加磁场作用时，将钕铁硼磁体毛坯移动至炉口处即可，并且，本发明所采用的外加磁场的产生设备可以为脉冲磁场发生器或者单片级电路控制的脉冲磁场发生器。
实施例6
第三组30EH牌号钕铁硼粉末生产的22*18*15产品采用本发明方法进行烧结，并采用上述目标烧结温度T1烧结过程中，，开始第1次外加磁场作用于钕铁硼磁体毛坯，第1次作用的总时长为4min，外加磁场的强度为10T；间隔40min后进行第2次外加磁场作用于钕铁硼磁体毛坯，第2次作用的总时长为2min，外加磁场的强度为12T；间隔60min后进行第3次外加磁场作用于钕铁硼磁体毛坯，第3次作用的总时长为1min，外加磁场的强度为14T；外加磁场的磁场方向与钕铁硼磁体毛坯的磁体取向相平行；
梯度升温处理结束后，再升温至目标烧结温度1065℃保温3小时，然后以40℃/min的速率降至1020℃，保温16小时，烧结结束。
可在烧结炉口处设置一个外加磁场，需要进行外加磁场作用时，将钕铁硼磁体毛坯移动至炉口处即可，并且，本发明所采用的外加磁场的产生设备可以为脉冲磁场发生器或者单片级电路控制的脉冲磁场发生器。
在以上程序结束后，三组产品均采用氩气风冷，待温控表温度低于100℃时出炉。
烧结完成后按照同样的工艺对三组产品进行两级回火，一级回火的温度为900℃，回火的时间为5h；二级回火的温度为480℃，回火的时间为4h。
对上述步骤制备的钕铁硼磁体进行磁性能测试，金相测试，以及磁体密度进行检测，产品特性测量结果列于表5中。
本实施例制备得到的钕铁硼磁体晶粒显著致密化，经测量计算，本发明实施例5、6制备的钕铁硼磁体的晶粒平均值为5.56μm和5.48μm，而常规工艺制备的钕铁硼磁体(对比例3)的晶粒平均值为6.12μm，有少量大颗粒，尺寸为17.28μm。本发明相比常规工艺的晶粒尺寸细化了16％。
采用本发明的工艺烧结的产品较采用传统烧结方法制备的产品的内禀矫顽力提高，密度无明显差异，晶粒尺寸有所降低，而且有效地减少了晶粒长大的现象。
表5：
表6：
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离说明书等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种钕铁硼磁体的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将钕铁硼磁体生坯加热脱气；
步骤二、将加热脱气后的钕铁硼磁体生坯在加热至目标烧结温度T1后保温烧结处理一定时间t1获得初级烧结体；
步骤三、将所述初级烧结体在烧结温度T2下保温烧结处理一定时间t2获得二级烧结体；
其中，T1＞T2，t1＜t2。
2.如权利要求1所述的钕铁硼磁体的烧结方法，其特征在于，所述加热脱气采用梯度升温方式进行，具体为：
1)以5～12℃/min的速率由室温升温至200～300℃，保温时间为60～120min；
2)然后以4～10℃/min的速率升温至550～650℃，保温时间为60～120min；
3)然后以4～10℃/min的速率升温至800～900℃，保温时间为200～300min。
3.如权利要求1所述的钕铁硼磁体的烧结方法，其特征在于，所述步骤二还包括：
所述钕铁硼磁体生坯加热脱气完成后，以2～6℃/min的速率升温至目标烧结标温度T1，所述目标烧结温度T1为1020-1070℃，保温时间t1为1-10小时。
4.如权利要求1所述的钕铁硼磁体的烧结方法，其特征在于，所述步骤三中，所述烧结温度T2为970-1030℃，保温时间t2为10-20小时。
5.如权利要求1所述的钕铁硼磁体的烧结方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤四、将所述二级烧结体进行氩气风冷，待炉内温度低于100℃时出炉；
步骤五、将降温处理后的所述二级烧结体进行回火处理后，获得钕铁硼磁体。
6.如权利要求5所述的钕铁硼磁体的烧结方法，其特征在于，所述步骤五中，所述回火处理还包括一级回火和二级回火：
所述一级回火的温度为850～950℃，处理时间为4～6h；
所述二级回火的温度为450～600℃，处理时间为3～6h。
7.如权利要求1所述的钕铁硼磁体的烧结方法，其特征在于，所述步骤一、所述步骤二和所述步骤三均在真空或保护气体的条件下进行，所述保护气体为氮气或者惰性气体。
8.如权利要求3所述的钕铁硼磁体的烧结方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述目标烧结温度T1烧结过程中，每间隔40-60min外加磁场作用于所述钕铁硼磁体毛坯1次，1次作用的总时长不超过5min，且外加磁场作用的总次数不超过3次；
所述外加磁场的磁场方向与所述钕铁硼磁体毛坯的磁体取向相平行。
9.如权利要求8所述的钕铁硼磁体的烧结方法，其特征在于，所述外加磁场的强度为10-14T。
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