CN108417379A - 一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体及其制备方法 - Google Patents

一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体，所述磁体中DyNi合金的质量百分比含量为3‑7％，其制备方法包括：(1)DyNi合金通过电弧炉熔炼，破碎，再磨成小于5微米的细粉；(2)将DyNi合金细粉按质量百分比含量添加到钕铁硼粉末中，混合均匀；(3)将混合均匀的粉末在脉冲磁场和等静压下压制成型，得到压胚；(4)将压胚置入真空烧结炉内，以600‑800℃/h的升温速率升至1010℃，然后以50‑150℃/h升至1060℃，烧结2‑4小时，随后在900℃退火1‑2小时，在650℃退火1‑2小时，冷却，获得本发明磁体。操作方便，工艺条件简便，产品质量稳定，稀土合金用量省，生产成本较低。

Description

一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钕铁硼永磁体及其制备方法，特别是一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体及其制备方法。
背景技术
稀土永磁体在各种科技的作用与日俱增，这种趋势还在延续。很多“绿色科技”，如风力发电，电动汽车需要大量的稀土永磁体，因为这种磁体具有最大的磁能密度(通常定义为(BH)max)和高的矫顽力。烧结Nd-Fe-B磁体由于优异的磁性能被应用于很多科技，如传感器，电动机，发动机等。烧结Nd-Fe-B磁体在混合和纯电动汽车方面也具有重要作用，其要求磁体具有高矫顽力，以使其能在高温下运用于电动机。混合或者涂层合适量的重稀土Dy能有效提高Nd-Fe-B磁体的矫顽力。然而，Dy(1407℃)的熔点比烧结时形成的富Nd晶界相(～650℃)的熔点要高的多。在铸造过程中添加Dy到Nd-Fe-B合金均匀取代这些元素，导致矫顽力增加，同时导致磁化强度急剧减少，因而降低剩磁。为改善其热稳定性，通过添加具有好的烧结和润湿性的低熔点Dy-Ni合金实现了提高Nd-Fe-B磁体矫顽力而不过度降低剩磁，同时获得了完全致密的Nd-Fe-B磁体和精确的显微结构以及期望的磁性。中国专利公开号：CN103060657 B，公开日：2014年11月26日，发明名称《一种制备高矫顽力和高腐蚀性烧结钕铁硼永磁材料的方法》，其步骤为：采用速凝薄片工艺制备钕铁硼基凝薄片；氢爆法制成钕铁硼基原料粉末；将钕铁硼基原料粉末同镝锌合金DyZn粉末混合均匀，磁场取向并压制成型；压坯在不同温度下进行脱氢处理，烧结及热处理，获得烧结磁体。与单相金属粉末颗粒掺杂相比，该方法利用两种元素组成合金粉末掺杂磁体，综合利用了两种元素的特性，使磁体的磁性能和耐腐蚀性能更好。但该方法中的金属元素锌较为活泼，且不耐酸，而镍有着耐磨，防腐蚀，防锈的特点，所以镝锌合金不适合长时间使用。Dy-Ni合金熔点较低，在600-900℃范围与在熔融的富Nd相中可自由迁徙，加快含Dy合金在Nd2Fe14B晶粒表层的均匀分布。可有效提高磁体矫顽力。
发明内容
本发明的目的是提供一种矫顽力和剩磁强度较高的低熔点DyNi合金的钕铁硼磁体，该磁体的稀土用量较少，磁体内部结构合理，同时本发明还提供一种该磁体的制备方法，该方法工艺简便，操作方便，产品质量稳定，生产成本较低。
本发明的技术解决方案是：一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体，经真空烧结而成，所述磁体中DyNi合金的质量百分比含量为3-7％。
所述磁体中DyNi合金的质量百分比含量为5-6％。
所述DyNi合金中各组分的质量百分比含量为：Dy 70-90％，Ni 10-30％。
本发明一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：
(1)DyNi合金通过电弧炉熔炼，然后机械破碎至粗颗粒，再用煤油作介质将粗颗粒磨成小于5微米的细粉；或者，将DyNi合金于真空度10-7-10-9bar的真空炉内,通纯氢升温至950℃并保持0.5-2小时，进行氢脆反应，冷却后得到Dy-Ni氢化物，然后在氮气或惰性气体保护气氛下采用球磨或者喷射气流磨将Dy-Ni氢化物磨成小于5微米的细粉；
(2)将步骤(1)中制备好的DyNi合金或Dy-Ni氢化物细粉按质量百分比含量添加到钕铁硼粉末中，混合均匀；
(3)将步骤(2)中混合均匀的粉末在磁感应强度4-6T的脉冲磁场和1000-1400kg/cm2的等静压下压制成型，得到压胚；
(4)将压胚置入真空烧结炉内，以600-800℃/h的升温速率升至1010℃，然后以50-150℃/h升至1060℃，烧结2-4小时，随后在900℃退火1-2小时，在650℃退火1-2小时，冷却，最终获得含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体。
所述的步骤(1)中所得到DyNi合金细粉或Dy-Ni氢化物细粉的粒径为0.2-0.8微米。
所述的步骤(3)中，所述脉冲磁场的磁感应强度为4.5T，等静压的压力为1100kg/cm2-1200kg/cm2。
所述的步骤(4)中，所述真空烧结炉的真空度为10-5-10-9bar。
所述的步骤(4)中，先以700℃/h的升温速率升至1010℃，然后以100℃/h升至1060℃。
所述步骤(4)中，在900℃退火1小时，在650℃退火1小时。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.工艺简便、合理。低熔点DyNi合金细粉添加到Nd-Fe-B微粉中进行烧结处理，或者对低熔点DyNi合金进行氢脆反应，冷却后得到Dy-Ni氢化物，然后在氮气或惰性气体保护气氛下采用球磨或者喷射气流磨将Dy-Ni氢化物磨成小于5微米的细粉，使其Dy-Ni氢化物中的氢元素易于在后续的烧结工序中与Nd-Fe-B微粉中的氧元素反应，并有利于促使Dy加速扩散到NdFeB硬磁基质相中，外加脉冲磁场、等静压成型及真空烧结操作方便，工艺条件简便，产品质量稳定，生产成本较低。
2.节约成本。重稀土元素资源有限，价格昂贵，采用本方法能有效减少其用量，添加微量重稀土元素即可获得高矫顽力和较高的剩磁强度，节约能源以及优化“核壳”结构以最小化贵重的Dy用量，稀土合金用量省。
3.低熔点DyNi合金的添加能够大幅度提高磁体矫顽力。采用本发明所述方法处理，随着Dy85Ni15量从1wt％增加到4wt％，矫顽力(Hcj)从874.6kA/m提高到1243.8kA/m，提高了42.2％。再增加Dy85Ni15量到6wt.％，Hcj进一步提高到1765.9kA/m，提高了42.0％。当添加4at％DyH3时，矫顽力从690kA/m提高到1738kA/m，提高了152.9％。本发明对于采用高矫顽力稀土永磁体电机(如电动汽车，风力发电机等工业应用)高效运行具有关键性的作用。
4.这种低熔点DyNi合金能限制过多的Dy扩散到NdFeB硬磁基质相，阻止磁化强度的急剧降低。另一方面，低熔点DyNi合金添加在烧结过程中对于实现优化的显微结构和磁性很有帮助。
具体实施方式
下面结合具体实施列对本发明进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
将Dy85Ni15(质量百分比含量)合金通过电弧炉熔炼，然后机械破碎至粗颗粒，再用煤油作介质将粗颗粒球磨成4微米的细粉。将制备好的Dy85Ni15合金细粉添加到Nd13.5Fe79.75B6.75粉末中，添加比例为Nd13.5Fe79.75B6.75粉末质量的4％，均匀地与DyNi合金粉末混合均匀。将均匀混合后的粉末在磁感应强度4.5T的脉冲磁场和1200kg/cm2的等静压下压制成型，得到压胚；将压胚置入真空烧结炉内，以700℃/h的升温速率升至1010℃，然后100℃/h升至1060℃。烧结和热处理在1060℃真空下进行2-4小时，随后分别在900℃退火1小时，在650℃二次退火1小时，冷却，最终获得本发明烧结钕铁硼磁体。
实施例2
采用Dy80Ni20，粒径为2微米的镝镍合金细粉，再用同实施例1相同的工艺制备钕铁硼磁体作为对比实验。
实施例3
采用Dy70Ni30，粒径为1微米的镝镍合金细粉，再用同实施例1相同的工艺制备钕铁硼磁体作为对比实验。
对比例1
采用与实施例1相同的工艺制备了未掺杂镝镍合金细粉的Nd13.5Fe79.75B6.75作为对比实验。
使用磁导计测量四种磁体的磁性能，所制备磁体的各项次性能指标列于表1中。
表1实施例1，实施例2，实施例3与对比例1磁体磁性能对比
以上结果说明对于对比例1的的烧结Nd13.5Fe79.75B6.75磁体而言，采用本发明添加DyNi合金粉末颗粒制备的磁体比未掺杂磁体的矫顽力显著提高，剩磁强度降低较少。
实施例4
将Dy85Ni15(质量百分比含量)合金置于真空度10-7bar的真空炉内,通纯氢升温至950℃并保持0.5小时，进行氢脆反应，冷却后得到Dy-Ni氢化物，然后在氮气或惰性气体保护气氛下采用球磨或者喷射气流磨将Dy-Ni氢化物磨成0.2微米的细粉。将制备好的Dy85Ni15氢化物细粉添加到Nd36Fe63B粉末中，添加比例为Nd36Fe63B粉末质量的5％，混合均匀。将均匀混合后的粉末在磁感应强度5.5T的脉冲磁场和1400kg/cm2的等静压下压制成型，得到压胚；将压胚置入真空烧结炉内，所述真空烧结炉的真空度为10-5bar，以700℃/h的升温速率升至1010℃，然后100℃/h升至1060℃，真空烧结3小时，随后分别在900℃退火1.5小时，然后在650℃二次退火1.5小时，冷却，最终获得本发明烧结钕铁硼磁体。再与对比例1进行对比。
实施例5
将Dy80Ni20合金置于真空度10-9bar的真空炉内,通纯氢升温至950℃并保持2小时，进行氢脆反应，冷却后得到Dy-Ni氢化物，然后在氮气或惰性气体保护气氛下采用球磨或者喷射气流磨将Dy-Ni氢化物磨成0.8微米的细粉，将制备好的Dy80Ni20氢化物细粉添加到Nd20Fe75B5粉末中，添加比例为Nd20Fe75B5粉末质量的6％，混合均匀。将均匀混合后的粉末在磁感应强度6T的脉冲磁场和1000kg/cm2的等静压下压制成型，得到压胚；将压胚置入真空烧结炉内，所述真空烧结炉的真空度为10-6bar，以600℃/h的升温速率升至1010℃，然后50℃/h升至1060℃，真空烧结4小时，随后分别在900℃退火2小时，然后在650℃二次退火2小时，冷却，最终获得本发明烧结钕铁硼磁体。再与对比例1进行对比。
实施例6
将Dy70Ni30合金置于真空度10-9bar的真空炉内,通纯氢升温至950℃并保持2小时，进行氢脆反应，冷却后得到Dy-Ni氢化物，然后在氮气或惰性气体保护气氛下采用球磨或者喷射气流磨将Dy-Ni氢化物磨成0.4微米的细粉，将制备好的Dy70Ni30氢化物细粉添加到Nd20Fe75B5粉末中，添加比例为Nd20Fe75B5粉末质量的4％，混合均匀。将均匀混合后的粉末在磁感应强度5.5T的脉冲磁场和1400kg/cm2的等静压下压制成型，得到压胚；将压胚置入真空烧结炉内，所述真空烧结炉的真空度为10-8bar，以800℃/h的升温速率升至1010℃，然后150℃/h升至1060℃，真空烧结2小时，随后分别在900℃退火2小时，然后在650℃二次退火1.5小时，冷却，最终获得本发明烧结钕铁硼磁体。再与对比例1进行对比。
使用磁导计测量三种磁体的磁性能，所制备磁体的各项次性能指标列于表2中。
表2实施例4，实施例5，实施例6与对比例1磁体磁性能对比
以上结果说明对于对比例1的烧结Nd13.5Fe79.75B6.75磁体而言，采用本发明添加DyNi合金粉末颗粒制备的磁体比未掺杂磁体的矫顽力显著提高，剩磁强度下降不明显。
实施例7
将Dy75Ni25(质量百分比含量)合金通过电弧熔炼，然后机械破碎至粗颗粒，再用煤油作介质将粗颗粒球磨成3微米的细粉。将制备好的Dy75Ni25合金细粉添加到Nd18Fe75B7的粉末中，添加比例为Nd18Fe75B7粉末质量的7％，混合均匀。将均匀混合后的粉末在磁感应强度5T的脉冲磁场和1300kg/cm2的等静压下压制成型，得到压胚；将压胚置入真空烧结炉内，以800℃/h的升温速率升至1010℃，然后150℃/h升至1060℃,真空烧结3.5小时，随后分别在900℃退火1.5小时，在650℃二次退火1.5小时，冷却，最终获得本发明的烧结钕铁硼磁体。
实施例8
将Dy90Ni10(质量百分比含量)合金通过电弧熔炼，然后机械破碎至粗颗粒，再用煤油作介质将粗颗粒球磨成3微米的细粉。将制备好的Dy90Ni10合金细粉添加到Nd17.5Fe72.5B10的粉末中，添加比例为Nd17.5Fe72.5B10粉末质量的5.8％，混合均匀。将均匀混合后的粉末在磁感应强度5.5T的脉冲磁场和1100kg/cm2的等静压下压制成型，得到压胚；将压胚置入真空烧结炉内，以750℃/h的升温速率升至1010℃，然后120℃/h升至1060℃,真空烧结2.5小时，随后分别在900℃退火2.5小时，在650℃二次退火2.5小时，冷却，最终获得本发明的烧结钕铁硼磁体。
实施例9
将Dy78Ni22(质量百分比含量)的镝镍合金通过电弧熔炼，然后机械破碎至粗颗粒，再用煤油作介质将粗颗粒球磨成1.5微米的细粉。将制备好的Dy78Ni22合金细粉添加到Nd13.5Fe72.5B14的粉末中，添加比例为Nd13.5Fe72.5B14粉末质量的4.8％，混合均匀。将均匀混合后的粉末在磁感应强度4.2T的脉冲磁场和1050kg/cm2的等静压下压制成型，得到压胚；将压胚置入真空烧结炉内，以650℃/h的升温速率升至1010℃，然后80℃/h升至1060℃,真空烧结1.8小时，随后分别在900℃退火2.5小时，在650℃二次退火2小时，冷却，最终获得本发明的烧结钕铁硼磁体。
使用磁导计测量三种磁体的磁性能，所制备磁体的各项次性能指标列于表3中。
表3实施例7，实施例8，实施例9与对比例1磁体磁性能对比
以上结果说明对于对比例1的烧结Nd13.5Fe79.75B6.75磁体而言，采用本发明添加DyNi合金粉末颗粒制备的磁体比未掺杂磁体的矫顽力显著提高，剩磁强度下降缓慢。
实施例10
将Dy85Ni15(质量百分比含量)合金通过电弧熔炼，然后机械破碎至粗颗粒，再用煤油作介质将粗颗粒球磨成4微米的细粉。将制备好的Dy85Ni15合金添加到Nd12.5Fe81.5B6粉末中，添加比例为Nd12.5Fe81.5B6粉末质量的3％，混合均匀。将均匀混合后的粉末在磁感应强度4.5T的脉冲磁场和1200kg/cm2的等静压下压制成型，得到压胚；将压胚置入真空烧结炉内，以750℃/h的升温速率升至1010℃，然后50℃/h升至1060℃,真空烧结2小时，随后分别在900℃退火1小时，在650℃二次退火1小时，冷却，最终获得本发明的烧结钕铁硼磁体。

Claims (9)

1.一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体，经真空烧结而成，其特征在于：所述磁体中DyNi合金的质量百分比含量为3-7％。
2.根据权利要求1所述的一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体，其特征在于：所述磁体中DyNi合金的质量百分比含量为5-6％。
3.根据权利要求1或2所述的一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体，其特征在于；所述DyNi合金中各组分的质量百分比含量为：Dy 70-90％，Ni 10-30％。
4.权利要求1-3中任一项所述一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)DyNi合金通过电弧炉熔炼，然后机械破碎至粗颗粒，再用煤油作介质将粗颗粒磨成小于5微米的细粉；或者，将DyNi合金于真空度10-7-10-9bar的真空炉内,通纯氢升温至950℃并保持0.5-2小时，进行氢脆反应，冷却后得到Dy-Ni氢化物，然后在氮气或惰性气体保护气氛下采用球磨或者喷射气流磨将Dy-Ni氢化物磨成小于5微米的细粉；
(2)将步骤(1)中制备好的DyNi合金或Dy-Ni氢化物细粉按质量百分比含量添加到钕铁硼粉末中，混合均匀；
(3)将步骤(2)中混合均匀的粉末在磁感应强度4-6T的脉冲磁场和1000-1400kg/cm2的等静压下压制成型，得到压胚；
(4)将压胚置入真空烧结炉内，以600-800℃/h的升温速率升至1010℃，然后以50-150℃/h升至1060℃，烧结2-4小时，随后在900℃退火1-2小时，在650℃退火1-2小时，冷却，最终获得含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体。
5.根据权利要求4所述一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于；所述的步骤(1)中所得到DyNi合金细粉或Dy-Ni氢化物细粉的粒径为0.2-0.8微米。
6.根据根据权利要求4所述一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于；所述的步骤(3)中，所述脉冲磁场的磁感应强度为4.5T，等静压的压力为1100kg/cm2-1200kg/cm2。
7.根据根据权利要求4所述一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于；所述的步骤(4)中，所述真空烧结炉的真空度为10-5-10-9bar。
8.根据根据权利要求4所述一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于；所述的步骤(4)中，先以700℃/h的升温速率升至1010℃，然后以100℃/h升至1060℃。
9.根据根据权利要求4所述一种含低熔点镝镍合金的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于；所述步骤(4)中，在900℃退火1小时，在650℃退火1小时。
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