CN107564649B - 一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，先将钕铁硼细粉和重稀土金属Dy块分别置于热处理炉中不同的处理室中；再将热处理炉内部抽成真空，然后对其热处理炉整体进行加热，使处理室内部温度达到600~800℃，并保温时间为1~30h，从而使重稀土金属Dy块形成Dy蒸气；在加热的同时旋转热处理炉的炉体，让Dy蒸气和钕铁硼细粉充分接触并扩散进入钕铁硼细粉的表层，从而获得一层均匀的(Nd,Dy)₂Fe₁₄B壳层。使用本发明制备的钕铁硼磁粉制备的烧结钕铁硼磁体具有高矫顽力、高热稳定性的特点。

Description

一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法

技术领域

本发明属于稀土永磁材料技术领域，具体涉及一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法。

背景技术

作为二十世纪六十年代问世的新型金属功能材料，稀土永磁材料已经广泛应用于电机行业、医疗器械、风力发电、电动汽车、航空航天等诸多领域。随着现代工业的不断发展，永磁材料应用更加广泛，它在家庭应用中的平均使用量已成为衡量现代国民生活水平的标准。随着现代科学技术与信息产业的集成化、微型化、智能化的发展，具有超高综合性能永磁材料的出现，有力地促进了更多新兴产业的发展。永磁材料已经成为促进当代科技与社会进步的重要物质基础之一，为新型产业提供了物质基础。

作为第三代稀土永磁材料，烧结钕铁硼因其极高的磁性能而被称为“磁王”。它是1983年由Sagawa等人发现的，由稀土元素RE(Nd，Pr等)、过渡金属TM(Fe，Co等)和B元素按一定的成分比例经熔炼后组成的合金，然后采用粉末冶金的方法压制成型，经烧结得到的一种高性能磁性材料。烧结钕铁硼永磁材料综合磁性能好且性价比较高，有利于实现产品的微型化，在很多高端产品中应用非常广泛。

随着烧结钕铁硼材料的应用越来越广泛，特别是汽车电机等高温领域的应用，对钕铁硼材料的性能要求越来越高。然而，由于钕铁硼的居里温度低，温度稳定性差，使得钕铁硼材料在很多高温领域的应用受到很大的限制。

长期以来，一种被烧结钕铁硼制造业广泛应用的提升磁体高温磁性能的方法是大幅提高其矫顽力。主要方法有两种：一种是改进制备工艺，在钕铁硼制造过程中严格控制氧含量，在制粉过程中细化钕铁硼粉末；另一种方法是向钕铁硼磁体中引入Dy或Tb等重稀土金属，具体包括①在熔炼过程中加入Dy或Tb等金属、②在制粉过程中加入Dy或Tb、③晶界扩散技术在磁体表面引入重金属Dy或Tb。但是由于Dy、Tb与Fe反铁磁耦合作用，熔炼过程中加入Dy或Tb等金属的方法使磁体因剩磁的下降而损失部分磁能积。晶界扩散是目前采用最广泛的将重稀土Dy或Tb引入烧结钕铁硼磁体的技术。但是，由于在扩散过程中，重稀土元素在块状磁体基体中扩散深度有限，使得晶界扩散技术存在一定的缺陷。

粉末颗粒扩散法，是指通过一定的技术在粉末颗粒表面引入扩散元素，然后通过热处理工艺，实现扩散源在粉末表面形成元素的扩散、替换。磁控溅射技术是目前报道较多的在粉末颗粒表面沉积重稀土及其化合物的技术手段(如专利ZL201110242847.7和专利ZL201310416673.0)。但是，采用磁控溅射技术操作较复杂，对设备要求较高且不易实现产业化。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，解决了在晶界扩散过程中扩散深度有限的缺陷，通过Dy蒸气扩散进入磁粉表层，在细粉表面获得一层均匀的(Nd,Dy)₂Fe₁₄B壳层，从而获得高性能的烧结钕铁硼磁粉。

一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，先将钕铁硼细粉和重稀土金属Dy块分别置于热处理炉中不同的处理室中；再将热处理炉内部抽成真空，然后对其热处理炉整体进行加热，使处理室内部温度达到600～800℃，并保温时间为1～30h，从而使重稀土金属Dy块形成Dy蒸气；在加热的同时旋转热处理炉的炉体，让Dy蒸气和钕铁硼细粉充分接触并扩散进入钕铁硼细粉的表层，从而获得一层均匀的(Nd,Dy)₂Fe₁₄B壳层。

进一步方案，所述的钕铁硼细粉是通过气流磨法或球磨法制备而成，其平均粒度为2～8μm、氧含量为50～1000ppm。

进一步方案，所述重稀土金属Dy块是经表面清洁处理后的，其尺寸为0.5～30mm。

进一步方案，所述热处理炉包括沿轴心旋转的炉体，所述炉体的内腔沿其轴心依次设有三个处理室，相邻处理室之间固设有孔径小于1μm的金属钼网；位于炉体的外周套设有加热体。

进一步方案，所述热处理炉抽真空后其气压小于1×10^-2Pa。

进一步方案，所述炉体的旋转速度为5～30转/分钟。

进一步方案，所述钕铁硼细粉中还包括助拌(Nd,Dy)₂Fe₁₄B壳层剂，所述钕铁硼细粉与助搅拌剂的质量比为0.5～3：1。

进一步方案，所述助拌剂为球状的氧化锆、氮化硅、碳化硅、氮化硼等，其粒径小于5mm。

进一步方案，所述热处理炉连接有手套箱，所述手套箱内充有惰性气体，使原料进出热处理炉均是通过手套箱进行操作的。

本发明利用重稀土金属Dy在一定的温度下升华成蒸气，与粉末颗粒接触后扩散进入粉末表层，形成一层均匀的(Nd,Dy)₂Fe₁₄B壳层。并且，采用本发明制备的高性能粉末压制成型后，在烧结过程中重稀土元素可以进行二次扩散，能够获得更高性能的磁体。使用本发明制备的钕铁硼磁粉制备的烧结钕铁硼磁体具有高矫顽力、高热稳定性的特点。

另外，炉体的旋转以及助搅拌体的加入能够使钕铁硼细粉与重稀土金属Dy蒸气充分接触。

本发明的制备方法具有操作简单、能耗低、易于实现产业化的优势。

附图说明

图1为本发明制备的高性能钕铁硼磁粉的形貌示意图，

图2为本发明的热处理炉的结构示意图。

图中：1-炉体，1.1-第一处理室，1.2-第二处理室，1.3-第三处理室，1.4-金属钼网；2-重稀土金属Dy块，3-助拌剂，4-钕铁硼细粉，5-加热体，6-(Nd,Dy)₂Fe₁₄B壳层。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明，以让从事本领域的技术人员能够参照说明书文字能够实施。

本发明制备的高性能钕铁硼磁粉的形貌示意图如图1所示，Dy蒸气扩散进入钕铁硼细粉4的表层，从而在其表面获得一层均匀的(Nd,Dy)₂Fe₁₄B壳层6。

本发明所采用的热处理炉的结构如图2所示。所述热处理炉包括沿轴心旋转的炉体1，所述炉体1的内腔沿其轴心依次设有三个处理室，相邻处理室之间固设有孔径小于1μm的金属钼网1.4；所述重稀土金属Dy块2分别置于位于两端的第一处理室1.1和第三处理室1.3，钕铁硼细粉4置于位于中间的第二处理室1.2；位于炉体1的外周套设有加热体5。

炉体1的进出口处分别与可移动的手套箱连接，该手套箱内充入惰性气体，如氮气、氖气等。通过手套箱过渡后，将钕铁硼细粉4或钕铁硼细粉4和助搅拌3的混合物置于炉体1中的第二处理室1.2中；通过手套箱将重稀土金属Dy块2置于第一处理室1.1和第三处理室1.3中。相邻处理室之间的金属钼网1.4是为了确保重稀土金属Dy块2与钕铁硼粉末4不直接接触。将炉体1内部抽真空至＜1×10^-2Pa后，加热体5工作，使处理室内温度上升至600～800℃，保温1～30h；加热的同时使炉体1沿其轴心进行旋转，旋转速度为5～30转/分钟。随着温度的升高，重稀土金属Dy块2升华为Dy蒸气，在炉体旋转的过程中，Dy蒸气通过钼网进入第二处理室1.2中，并与钕铁硼细粉4接触，并随着蒸气压的升高，Dy蒸气和钕铁硼细粉4充分接触并扩散进入细粉的表层，在细粉表面获得一层均匀的(Nd,Dy)₂Fe₁₄B壳层6。

所述的钕铁硼细粉是通过气流磨法或球磨法制备而成，其平均粒度为2～8μm、氧含量为50～1000ppm。

所述重稀土金属Dy块是经表面清洁处理后的，其尺寸为0.5～30mm。

所述助拌剂为球状的氧化锆、氮化硅、碳化硅、氮化硼等，其粒径小于5mm。

对比例1

选取性能为45H的烧结钕铁硼原料，采用熔炼速凝+氢爆+气流磨工艺获得钕铁硼细粉。取出部分该细粉经过取向压制成型、等静压、烧结热处理后获得烧结磁体，作为对比例1。

实施例1

取经上述对比例1制备的45H钕铁硼细粉，通过手套箱将其置于炉体中的第二处理室中；再将重稀土金属Dy块分别置于第一处理室和第三处理室中。相邻处理室之间固设有孔径＜1μm的金属钼网以确保重稀土金属Dy块与钕铁硼细粉不直接接触。将炉体内部抽真空至＜1×10^-2Pa后，加热至600℃后保温25h，并同时使炉体旋转，旋转速度设置在10转/分钟。

待保温时间结束后，向炉体内充入氩气至85～90kPa，然后冷却至室温后，在无氧环境下取出处理后的磁粉，经过取向压制成型，等静压，烧结热处理后获得烧结磁体。对该磁体进行加工后采用永磁材料测量系统测试对比例1和实施例1的磁性能，结果列于表1。

实施例2

取经上述对比例1制备的45H钕铁硼细粉与助搅拌氧化锆按质量比为0.5:1混合，通过手套箱将其置于炉体中的第二处理室中；再将重稀土金属Dy块分别置于第一处理室和第三处理室中。相邻处理室之间固设有孔径＜1μm的金属钼网以确保重稀土金属Dy块与钕铁硼细粉不直接接触。将炉体内部抽真空至＜1×10^-2Pa后，加热至700℃后保温15h，并同时使炉体旋转，旋转速度设置在10转/分钟。

待保温时间结束后，向炉体内充入氩气至85～90kPa，冷却至室温后，在无氧环境保护下取出处理后的磁粉，经过取向压制成型，等静压，烧结热处理后获得烧结磁体。对磁体进行加工后采用永磁材料测量系统测试实施例2磁体的磁性能，结果列于表1。

实施例3

取经上述对比例1制备的45H钕铁硼细粉与助搅拌碳化硅按质量比为1:1混合，通过手套箱将其置于炉体中的第二处理室中；再将重稀土金属Dy块分别置于第一处理室和第三处理室中。相邻处理室之间固设有孔径＜1μm的金属钼网以确保重稀土金属Dy块与钕铁硼细粉不直接接触。将炉体内部抽真空至＜1×10^-2Pa后，加热至750℃后保温20h，并同时使炉体旋转，旋转速度设置在15转/分钟。

待保温时间结束后，向炉体内充入氮气至85～90kPa，冷却至室温后，在无氧环境下取出处理后的磁粉，经过取向压制成型，等静压，烧结热处理后获得烧结磁体。对磁体进行加工后采用永磁材料测量系统测试实施例3磁体的磁性能，结果列于表1。

表1：45H钕铁硼永磁材料经不同条件热处理前后性能对比

由表1中的结果可以看出，采用本发明制备的钕铁硼磁粉经后续工艺后制备的磁体的矫顽力得到大幅度提高，且剩磁降低较小。通过优化温度、时间等参数可以获得更优的磁性能。

对比例2

选取性能为48M的烧结钕铁硼原料，采用熔炼速凝+氢爆+气流磨工艺获得钕铁硼细粉。取出部分该细粉经过取向压制成型，等静压，烧结热处理后获得烧结磁体，作为对比例2。

实施例4

取经上述对比例2制备的48M的钕铁硼细粉与助搅拌碳化硅按质量比为2:1混合，通过手套箱将其置于炉体中的第二处理室中；再将重稀土金属Dy块分别置于第一处理室和第三处理室中。相邻处理室之间固设有孔径＜1μm的金属钼网以确保重稀土金属Dy块与钕铁硼细粉不直接接触。将炉体内部抽真空至＜1×10^-2Pa后，加热至650℃后保温10h，并同时使炉体旋转，旋转速度设置在20转/分钟。

待保温时间结束后，向炉体内充入氩气至85～90kPa，冷却至室温后，在无氧环境下取出处理后的磁粉，经过取向压制成型，等静压，烧结热处理后获得烧结磁体。对磁体进行加工后采用永磁材料测量系统测试实施例4磁体的磁性能，结果列于表2。

实施例5

取经上述对比例2制备的48M的钕铁硼细粉与助搅拌碳化硅按质量比为3:1混合，通过手套箱将其置于炉体中的第二处理室中；再将重稀土金属Dy块分别置于第一处理室和第三处理室中。相邻处理室之间固设有孔径＜1μm的金属钼网以确保重稀土金属Dy块与钕铁硼细粉不直接接触。将炉体内部抽真空至＜1×10^-2Pa后，加热至800℃后保温1h，并同时使炉体旋转，旋转速度设置在15转/分钟。

待保温时间结束后，向炉体内充入氩气至85～90kPa，冷却至室温后，在无氧环境下取出处理后的磁粉，经过取向压制成型，等静压，烧结热处理后获得烧结磁体。对磁体进行加工后采用永磁材料测量系统测试实施例5磁体的磁性能，结果列于表2。

实施例6

取经上述对比例2制备的48M的钕铁硼细粉与助搅拌氮化硅按质量比为1:1混合，通过手套箱将其置于炉体中的第二处理室中；再将重稀土金属Dy块分别置于第一处理室和第三处理室中。相邻处理室之间固设有孔径＜1μm的金属钼网以确保重稀土金属Dy块与钕铁硼细粉不直接接触。将炉体内部抽真空至＜1×10^-2Pa后，加热至780℃后保温5h，并同时使炉体旋转，旋转速度设置在30转/分钟。

待保温时间结束后，向炉体内充入氩气至85～90kPa，冷却至室温后，在无氧环境下取出处理后的磁粉，经过取向压制成型，等静压，烧结热处理后获得烧结磁体。对磁体进行加工后采用永磁材料测量系统测试实施例6磁体的磁性能，结果列于表2。

表2：48M钕铁硼永磁材料经不同条件热处理前后性能对比

由表2中的结果可以看出，采用本发明制备的钕铁硼磁粉，经后续工艺后制备的磁体的矫顽力得到大幅度提高，且剩磁降低较小。

结合表1、表2可以看出，本发明适用于制备不同牌号性能的磁体。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所做的说明。但是，本发明的保护范围包括但不应仅限于以上实施方式。凡在本发明权利说明书以内，所做的任何参数的修改、替换等，都应属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，其特征在于：先将钕铁硼细粉和重稀土金属Dy块分别置于热处理炉中不同的处理室中；再将热处理炉内部抽成真空，然后对其热处理炉整体进行加热，使处理室内部温度达到600~800℃，并保温时间为1~30h，从而使重稀土金属Dy块形成Dy蒸气；在加热的同时旋转热处理炉的炉体，让Dy蒸气和钕铁硼细粉充分接触并扩散进入钕铁硼细粉的表层，从而获得一层均匀的(Nd, Dy)₂Fe₁₄B壳层；

所述热处理炉包括沿轴心旋转的炉体，所述炉体的内腔沿其轴心依次设有三个处理室，相邻处理室之间固设有孔径小于1μm的金属钼网；所述钕铁硼细粉置于位于中间的处理室，重稀土金属Dy块分别置于位于两端的处理室。

2.根据权利要求1所述的一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，其特征在于：所述的钕铁硼细粉是通过气流磨法或球磨法制备而成，其平均粒度为2~8μm、氧含量为50~1000ppm。

3.根据权利要求1所述的一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，其特征在于：所述重稀土金属Dy块是经表面清洁处理后的，其尺寸为0.5~30mm。

4.根据权利要求1所述的一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，其特征在于：位于炉体的外周套设有加热体。

5.根据权利要求1所述的一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，其特征在于：所述热处理炉抽真空后其气压小于1×10^-2Pa。

6.根据权利要求1所述的一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，其特征在于：所述炉体的旋转速度为5~30转/分钟。

7.根据权利要求1所述的一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，其特征在于：所述钕铁硼细粉中还包括助拌剂，所述钕铁硼细粉与助拌剂的质量比为0.5~3：1。

8.根据权利要求7所述的一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，其特征在于：所述助拌剂为球状的氧化锆、氮化硅、碳化硅、氮化硼，其粒径小于5mm。

9.根据权利要求1所述的一种制备高性能钕铁硼磁粉的扩散方法，其特征在于：所述热处理炉连接有手套箱，所述手套箱内充有惰性气体，使原料进出热处理炉均是通过手套箱进行操作的。