CN108389671A - 一种高耐蚀性钕铁硼磁体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐蚀性钕铁硼磁体，由钕铁硼基体合金和掺杂组分组成，所述掺杂组分为铟、锡纳米颗粒，所述铟纳米颗粒的掺杂量为钕铁硼基体合金重量的0.02％～1.0％，锡纳米颗粒的掺杂量为钕铁硼基体合金重量的0.03％～3.0％；所述钕铁硼基体合金的化学式为(RE)aFebMcCodBe，其中，RE为稀土元素，M为Cu、Al、Ga、Zr或Nb中的一种或几种，且28≦a≦33,0＜c≦5,0＜d≦2,0＜e≦1.5,b＝100‑a‑c‑d‑e。制得烧结钕铁硼磁体耐腐蚀性比未掺杂的磁体高，提高了磁体的本征腐蚀性，而且工艺过程简单，成本较低，适合于批量化生产。

Description

一种高耐蚀性钕铁硼磁体及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，更具体地说，它涉及一种高耐蚀性钕铁硼磁体及其制备方法。
背景技术
Nd-Fe-B具有高磁能积、高性价比等其他类型永磁材料无法比拟的优势，是目前应用最广泛的稀土永磁材料。到2015年，钕铁硼产品的世界需求量将高达20万吨，可见在未来较长的时间，钕铁硼材料仍会在现代信息技术产业中担当重要的角色。
Nd-Fe-B磁体的主要磁技术性能指标是剩磁Br、矫顽力Hc(内禀矫顽力Hcj和磁感矫顽力Hcb)、磁能积(BH)max和居里温度Tc。作为一种功能材料，一直以来，永磁材料的研究者和生产者对它的研究重点都是放在如何提高磁性能上，在其晶体结构、微观组织、磁畴形态、内禀矫顽力机制等方面最大限度地挖掘材料的潜力，提高永磁材料的Br、Hc、(BH)max和Tc。经过近30年的发展，取得了很好的成果，烧结Nd-Fe-B磁体的最大磁能积已经由问世之初的279kJ/m(35MGOe)提升到474kJ/m(59.5MGOe),达到了理论值512kJ/m(64MGOe)的93％；剩磁也已经从1.23T提升到1.555T，达到了理论值1.6T的96％以上，这为新产业的出现和技术进步提供了重要的物质保证。
随着磁体磁性能的明显提高，Nd-Fe-B烧结磁体较低的耐腐蚀能力已经成了限制超高能密度Nd-Fe-B烧结永磁体应用范围的瓶颈。目前，Nd-Fe-B材料的腐蚀防护主要采取保护涂层的手段，用电镀、化学镀或物理气相沉积法将Ni、Zn、Al、Ni-P、Ni-Fe、Ni-Co-P、Cu、Cd、Cr、TiN、ZrN等金属或化合物镀覆于磁体表面，目前较为有效的典型方法是化学镀Ni和离子镀Al。然而采用镀层作为腐蚀保护的方法既增加了工序又提高了成本。另外，合金化也能提高耐腐蚀性能，研究表明Cu、Al、Nb、Ga、Co、V、Mo等元素可有效地提高合金的耐腐蚀性，但是，合金化有时会损害磁体的磁性能，而且合金化也将提高材料的成本。综上，现有的关于Nd-Fe-B磁体的腐蚀防护方法均存在着不足，因此需提供新颖的提高磁体耐腐蚀性的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种高耐蚀性钕铁硼磁体及其制备方法。
为实现上述目的，通过以下技术手段实现：
一种高耐蚀性钕铁硼磁体，由钕铁硼基体合金和掺杂组分组成，所述掺杂组分为铟、锡纳米颗粒，所述铟纳米颗粒的掺杂量为钕铁硼基体合金重量的0.02％～1.0％，锡纳米颗粒的掺杂量为钕铁硼基体合金重量的0.03％～3.0％；所述钕铁硼基体合金的化学式为(RE)aFebMcCodBe，其中，RE为稀土元素，M为Cu、Al、Ga、Zr或Nb中的一种或几种，且28≦a≦33,0＜c≦5,0＜d≦2,0＜e≦1.5,b＝100-a-c-d-e。
一种制备高耐蚀性钕铁硼磁体的方法，包括如下步骤：
1)熔炼：采用熔炼工艺制得钕铁硼基体合金；
2)制粉：将制得的钕铁硼基体合金进行粗破碎，加入0.02wt％-0.70wt％的抗氧化剂，然后气流磨制成平均粒径为3～5μm的钕铁硼基体合金粉末；
3)掺杂和混料：将铟、锡纳米颗粒加入步骤2)所述的钕铁硼基体合金粉末中，并在混料机中混料2～5h；
4)压制成型：将均匀混合后的粉末在脉冲磁场中取向并压制成型，压制成毛坯后进行冷等静压；
5)烧结和回火：将冷等静压后的毛坯放入1020～1130℃的高真空烧结炉中烧结3～5h，烧结后进行回火、保温，随后通过气淬加风冷，冷却至70℃以下出炉。
进一步优化为：所述步骤1)中的熔炼工艺是采用速凝甩带工艺制得钕铁硼基体合金薄片，或采用铸锭工艺制得钕铁硼基体合金铸锭。
进一步优化为：所述钕铁硼基体合金薄片的厚度为0.2～0.5mm，所述钕铁硼基体合金铸锭的厚度小于等于27mm。
进一步优化为：所述步骤2)中的粗破碎是将制得的钕铁硼基体合金通过破碎机破碎及球磨工艺或者氢破工艺破碎成60～100目的粉末颗粒。
进一步优化为：所述步骤3)中铟、锡纳米颗粒的平均粒径为100～500nm。
进一步优化为：所述步骤5)中的回火为一次回火，或者先进行一次回火、再进行二次回火，所述一次回火在850～950℃下进行，保温2.5～5h，二次回火在400～650℃下进行，保温2.5～5h。
Nd-Fe-B磁体的腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀两种，其中电化学腐蚀是主要的腐蚀方式。电化学腐蚀表现为不同相之间的晶间腐蚀，其腐蚀原动力在于主相与富钕相、富硼相之间的化学电势差。烧结NdFeB磁体中富钕晶界相的电极电位比主相电极电位低，在原电池中成为阳极，加速了其腐蚀。腐蚀速度和主相与晶界相的平衡电位差有关，电位差越小，腐蚀越慢。本发明中熔点低的掺杂元素首先成为熔融中心，渗入主相晶粒间形成包覆主相晶粒的结构，即掺杂元素与富钕相一起构成晶界相，掺杂物的高电极电位提高了整个晶界相的电极电位，减小了晶界相与主相之间的腐蚀电位差，从而避免或者减弱了晶间腐蚀，降低了腐蚀电流密度。
本发明与现有技术相比的优点在于：具有低熔点以及高电极电位的掺杂元素与晶界相一起包覆主相，在保证磁性能的基础上降低了主相和晶界相的电位差，提高了磁体的本征腐蚀性，而且工艺过程简单，成本较低，适合于批量化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施例对发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的本发明的保护范围。
实施例1
本实施例钕铁硼基体合金的化学式为(PrNd)30.5Fe68.3Cu0.2B1，铟、锡的掺杂量分别为钕铁硼基体合金重量的0.15％和0.3％。
制备：包括如下步骤：将纯度大于99％的原材料，按名义成分为(PrNd)30.5Fe68.3Cu0.2B1进行配比，采用速凝甩带工艺制成0.25-0.35mm厚的钕铁硼合金薄片，通过“氢碎+气流磨”工艺制成平均粒径为3-5μm的粉末，并且在氢碎后、气流磨之前加入0.3％的抗氧化剂；将平均粒径100nm的铟、锡纳米颗粒加入到所述的钕铁硼基体合金粉末中，铟、锡的掺杂比例分别为基体合金重量百分比0.15％和0.3％，在混料机中混料4h；将均匀混合后的粉末在2.5T的脉冲磁场中取向并压制成型，压制成毛坯后在200MPa压力下进行冷静压；将压好的坯体放入高真空烧结炉中于1080℃烧结4h，随后在850℃×2.5h+580℃×3h进行两次回火，完毕后通过气淬加风冷，冷却至70℃以下出炉，即获得烧结磁体A1。
实施例2
本实施例钕铁硼基体合金的化学式为(PrNd)30.195Dy0.823Fe67.617Co0.177Cu0.198B0.99，铟、锡的掺杂量分别为钕铁硼基体合金重量的0.15％和0.4％。
制备：包括如下步骤：将纯度大于99％的原材料，按名义成分为(PrNd)30.195Dy0.823Fe67.617Co0.177Cu0.198B0.99进行配比，采用速凝甩带工艺制成0.25-0.35mm厚的钕铁硼合金薄片，通过“氢碎+气流磨”工艺制成平均粒径为3-5μm的粉末，并且在氢碎后、气流磨之前加入0.3％的抗氧化剂；将平均粒径200nm的铟、锡纳米颗粒加入到所述的钕铁硼基体合金粉末中，铟、锡的掺杂比例分别为基体合金重量百分比0.15％和0.4％，在混料机中混料4h；将均匀混合后的粉末在2.5T的脉冲磁场中取向并压制成型，压制成毛坯后在200MPa压力下进行冷静压；将压好的坯体放入高真空烧结炉中于1100℃烧结4h，随后在800℃×3h+580℃×3h进行两次回火，完毕后通过气淬加风冷，冷却至70℃以下出炉，即获得烧结磁体A2。
实施例3
本实施例钕铁硼基体合金的化学式为(PrNd)30.195Tb0.7Fe67.617Co0.3Cu0.198B0.99，铟、锡的掺杂量分别为钕铁硼基体合金重量的0.15％和0.2％。
制备：包括如下步骤：将纯度大于99％的原材料，按名义成分为(PrNd)30.195Tb0.7Fe67.617Co0.3Cu0.198B0.99进行配比，采用速凝甩带工艺制成0.25-0.35mm厚的钕铁硼合金薄片，通过“氢碎+气流磨”工艺制成平均粒径为3-5μm的粉末，并且在氢碎后、气流磨之前加入0.3％的抗氧化剂；将平均粒径300nm的铟、锡纳米颗粒加入到所述的钕铁硼基体合金粉末中，铟、锡的掺杂比例分别为基体合金重量百分比0.15％和0.2％，在混料机中混料4h；将均匀混合后的粉末在2.5T的脉冲磁场中取向并压制成型，压制成毛坯后在200MPa压力下进行冷静压；将压好的坯体放入高真空烧结炉中于1070℃烧结4h，随后在850℃×3h进行一次回火，完毕后通过气淬加风冷，冷却至70℃以下出炉，即获得烧结磁体A3。
实施例4
本实施例钕铁硼基体合金的化学式为(PrNd)32.87Fe64.002Co1.8Zr0.2Cu0.188B0.94，铟、锡的掺杂量分别为钕铁硼基体合金重量的0.15％和0.5％。
制备：包括如下步骤：将纯度大于99％的原材料，按名义成分为(PrNd)32.87Fe64.002Co1.8Zr0.2Cu0.188B0.94进行配比，采用速凝甩带工艺制成0.25-0.35mm厚的钕铁硼合金薄片，通过“氢碎+气流磨”工艺制成平均粒径为3-5μm的粉末，并且在氢碎后、气流磨之前加入0.3％的抗氧化剂；将平均粒径400nm的铟、锡纳米颗粒加入到所述的钕铁硼基体合金粉末中，铟、锡的掺杂比例分别为基体合金重量百分比0.15％和0.5％，在混料机中混料4h；将均匀混合后的粉末在2.5T的脉冲磁场中取向并压制成型，压制成毛坯后在200MPa压力下进行冷静压；将压好的坯体放入高真空烧结炉中于1130℃烧结4h，随后在900℃×3h进行一次回火，完毕后通过气淬加风冷，冷却至70℃以下出炉，即获得烧结磁体A4。
将上述实施例1～实施例4制备的钕铁硼磁体A1-A4与现有钕铁硼磁体B1-B4分别进行耐腐蚀性能测试(采用高压釜实验(5-10psig，110-115℃，100h)，样品尺寸为Φ1×0.5cm)。其中钕铁硼磁体B1与实施例1的区别在于，B1为未掺杂铟、锡纳米颗粒的(PrNd)30.5Fe68.3Cu0.2B1，烧结后进行一次回火910℃，保温2.5h后进行二次回火500℃，保温5h；钕铁硼磁体B2与实施例2的区别在于，B2为未掺杂铟、锡纳米颗粒的(PrNd)30.195Dy0.823Fe67.617Co0.177Cu0.198B0.99，烧结后进行一次回火910℃，保温2.5h后进行二次回火500℃，保温5h；钕铁硼磁体B3与实施例3的区别在于，B3为未掺杂铟、锡纳米颗粒的(PrNd)30.195Tb0.7Fe67.617Co0.3Cu0.198B0.99，烧结后进行一次回火910℃，保温2.5h后进行二次回火500℃，保温5h；钕铁硼磁体B4与实施例4的区别在于，B4为未掺杂铟、锡纳米颗粒的(PrNd)32.87Fe64.002Co1.8Zr0.2Cu0.188B0.94，烧结后进行一次回火910℃，保温2.5h后进行回火500℃，保温5h。测试的性能如表1所示。
表1钕铁硼磁体A1-A4和B1-B4的耐腐蚀性性能结果
编号 质量损失(mg/cm2)
A1 10.9
B1 209.16
A2 18.5
B2 222.02
A3 15.97
B3 181.79
A4 12.03
B4 160.49
由上表可以看出，采用晶界掺杂的方法制得烧结钕铁硼磁体耐腐蚀性比未掺杂的磁体高，因此通过掺杂可以制备出高本征耐腐蚀性的烧结钕铁硼磁体。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高耐蚀性钕铁硼磁体，其特征在于，由钕铁硼基体合金和掺杂组分组成，所述掺杂组分为铟、锡纳米颗粒，所述铟纳米颗粒的掺杂量为钕铁硼基体合金重量的0.02％～1.0％，锡纳米颗粒的掺杂量为钕铁硼基体合金重量的0.03％～3.0％；所述钕铁硼基体合金的化学式为(RE)aFebMcCodBe，其中，RE为稀土元素，M为Cu、Al、Ga、Zr或Nb中的一种或几种，且28≦a≦33,0＜c≦5,0＜d≦2,0＜e≦1.5,b＝100-a-c-d-e。
2.一种制备权利要求1所述的高耐蚀性钕铁硼磁体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)熔炼：采用熔炼工艺制得钕铁硼基体合金；
2)制粉：将制得的钕铁硼基体合金进行粗破碎，加入0.02wt％-0.70wt％的抗氧化剂，然后气流磨制成平均粒径为3～5μm的钕铁硼基体合金粉末；
3)掺杂和混料：将铟、锡纳米颗粒加入步骤2)所述的钕铁硼基体合金粉末中，并在混料机中混料2～5h；
4)压制成型：将均匀混合后的粉末在脉冲磁场中取向并压制成型，压制成毛坯后进行冷等静压；
5)烧结和回火：将冷等静压后的毛坯放入1020～1130℃的高真空烧结炉中烧结3～5h，烧结后进行回火、保温，随后通过气淬加风冷，冷却至70℃以下出炉。
3.根据权利要求2所述的一种钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的熔炼工艺是采用速凝甩带工艺制得钕铁硼基体合金薄片，或采用铸锭工艺制得钕铁硼基体合金铸锭。
4.根据权利要求3所述的一种钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述钕铁硼基体合金薄片的厚度为0.2～0.5mm，所述钕铁硼基体合金铸锭的厚度小于等于27mm。
5.根据权利要求2所述的一种钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的粗破碎是将制得的钕铁硼基体合金通过破碎机破碎及球磨工艺或者氢破工艺破碎成60～100目的粉末颗粒。
6.根据权利要求2所述的一种钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中铟、锡纳米颗粒的平均粒径为100～500nm。
7.根据权利要求2所述的一种钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中的回火为一次回火，或者先进行一次回火、再进行二次回火，所述一次回火在850～950℃下进行，保温2.5～5h，二次回火在400～650℃下进行，保温2.5～5h。
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