CN108987014A - 一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法 - Google Patents

一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，包括如下步骤：(1)以常规方法制备钕铁硼粉末；(2)取一种金属或者合金粉末M，将粉末M进行表面氮化处理；(3)通过双合金法将表面磷化后的粉末掺入到钕铁硼粉末中；(4)混合均匀后的粉末经成型压制后进行烧结，烧结后的样品再进行退火处理，得到烧结钕铁硼磁体。本发明利用双合金法在磁体晶界中适当地添加金属氮化物是一种有效改善钕铁硼磁体磁性能的方法，有效的提高了烧结钕铁硼磁体的矫顽力。

Description

一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，更具体地说，它涉及一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法。
背景技术
1983年日本的佐川真仁等人在对RE-Fe-X三元合金进行广泛研究的基础上，采用粉末冶金工艺制备出磁能积高达290kJ/m3的钕铁硼(Nd-Fe-B)烧结磁体，开创了第三代稀土永磁材料。烧结钕铁硼磁体自发明以来，以其优异的综合性能及相对低廉的价格而得到广泛应用。近年来，随着科技的加速发展，烧结钕铁硼磁体在新能源汽车、变频压缩机和风力发电等高端领域的推广速度和应用范围迅速扩大。这些领域均要求烧结钕铁硼磁体具有较高的综合磁性能，即具有高的剩磁及高的矫顽力。
研究表明，烧结钕铁硼中的晶界相对磁体性能起着关键的作用，在晶界中，含有较高的稀土元素钕和氧，而铁和硼的含量较低。晶界相为非磁相，主要作用是让相邻的晶体与晶体之间隔离开来，防止他们之间直接接触，削弱晶体之间的交换耦合作用。改善磁体晶界相可改善磁体磁性能。
另一方面，烧结钕铁硼中的氧含量对磁体的性能有着重要的影响，当钕铁硼磁体中含有过多的氧时，会导致材料的磁性显著下降，这主要是因为氧会氧化晶界相的富钕相，导致烧结过程中富钕相收缩并集中在晶界的三角连接区，而不是均匀地分布在晶面之间。但这并非意味着钕铁硼磁体中的氧含量越低越好。有报道(J.Appl.Phys.105,07A724,2009)指出适当的氧化反而可以有效的提高磁体的矫顽力，这是因为与纯的富钕相相比，出现在晶界边缘氧化的富钕相提供了钉扎作用，使得磁体在退磁过程中的磁极反转更加困难，从而提高了磁体的矫顽力。
金属构件氮化是目前已经比较成熟的一种对金属构件进行处理的方法，它能提高金属构件的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温特性，然而在钕铁硼磁体里通过“氮化”提高磁体性能还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过“氮化”改善晶界相从而提高磁体矫顽力的制备高性能烧结钕铁硼磁体的方法。
为实现上述目的，通过以下技术手段实现：一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，包括如下步骤：
(1)以常规方法制备钕铁硼粉末；
(2)取一种金属或者合金粉末M，将粉末M进行表面氮化处理；
(3)通过双合金法将表面磷化后的粉末掺入到钕铁硼粉末中；
(4)混合均匀后的粉末经成型压制后进行烧结，烧结后的样品再进行退火处理，得到烧结钕铁硼磁体。
进一步优化为：在步骤(2)中，所述的金属或合金粉末M，含有Pr、Nd、Gd、Dy、Tb、Ho、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mg、Al、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo元素中的一种或几种。
进一步优化为：在步骤(2)中，所述金属或合金粉末M的粒径范围在0.001-100μm。
进一步优化为：表面氮化处理的具体操作方法如下，在含氮的环境中静置一段时间，使粉末M的表面发生氮化，而粉末M的内部仍为金属态，粉末M的表面氮化层厚度为0.001-40μm。
进一步优化为：在含氮的环境中静置时间的范围为1分钟到十天，温度为0-500℃之间。
进一步优化为：在步骤(3)中，将表面氮化后的粉末M掺入到步骤(1)的钕铁硼粉末中，掺入量占钕铁硼粉末总量的0.01wt％-5wt％之间。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明通过先将金属或合金粉末M进行表面氮化，被氮化的粉末表面活性高，在掺入钕铁硼粉末中进行烧结时，能吸附烧结环境中微量的氧，形成氮氧态；在烧结过程中，掺入的表面氮化的粉末M受到晶粒的挤压而破裂，中间的金属态被熔融并扩散至晶界，表面氮化层受挤压而均匀分布在晶界之间，烧结后磁体经退火处理，使金属或合金粉末M以及氮化层的分布更为均匀，即氮化层形成的氮氧态分布更均匀；在烧结过程中，氮化层会与晶界富钕相形成有序的NdON相，NdON相均匀的分布在晶界处，NdON相提供了钉扎作用，使得磁体在退磁过程中的磁极反转更加困难，从而提高了磁体的矫顽力；其次，另一方面，添加N元素削弱了晶体之间的交换耦合作用；再次，N元素的添加可以有效减弱晶格畸变程度，同样可以有效提升磁体的矫顽力。
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。
一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，包括如下步骤：
(1)以常规方法制备钕铁硼粉末；
(2)取一种金属或者合金粉末M，将粉末M进行表面氮化处理；金属或合金粉末M为含有Pr、Nd、Gd、Dy、Tb、Ho、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mg、Al、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo元素中的一种或几种的粉末，其粒径范围在0.001-100μm；氮化处理为将粉末M在含氮的环境中静置一段时间，静置时间为1分钟到十天，温度为0-500℃之间，具体情况视粉末M的具体组成而定，使粉末M的表面发生氮化，而粉末M的内部仍为金属态，粉末M的表面氮化层厚度为0.001-40μm。
(3)通过双合金法将表面磷化后的粉末掺入到钕铁硼粉末中；表面氮化后的粉末M的掺入量占钕铁硼粉末总量的0.01wt％-5wt％之间。
(4)混合均匀后的粉末经成型压制后进行烧结，在烧结过程中，掺入的表面氮化粉末M受到晶粒的挤压而破裂，中间的金属态被熔融并扩散至晶界，表面氮化层受挤压而均匀分布在晶界之间，烧结后的样品再进行退火处理，使金属或合金粉末M以及氮化层的分布更为均匀，且氮化层与富钕相反应生成NdON相，提高磁体矫顽力，得到高矫顽力的烧结钕铁硼磁体。
实施例1
将粒径大约为3微米的Cu粉置于氨气的蒸汽环境中，静置24小时，使其表面与P充分反应，在表面生成Cu3N层，然后利用双合金法与(Pr0.25Nd0.75)2.03Fe14.1Nb0.2Co0.2Al0.3B1磁体粉末混合，掺入量为磁体粉末的0.5wt％，充分混合后磁场取向压制成块体，经烧结退火后得高矫顽力烧结钕铁硼磁体，测试性能如表1所示。
对比例1
制备成分为(Pr0.25Nd0.75)2.03Fe14.1Nb0.2Co0.2Al0.3B1的磁体，经烧结退火后测试磁性能，如表1所示。
表1实施例1与对比例1所得磁体的磁性能
磁性能 剩磁(Gs) 内禀矫顽力(kOe) 最大磁能积(MGOe) Hk/Hj
实施例1 13.51 15.7 44.3 9.10
对比例1 13.47 13.7 43.7 9.03
实施例2
将平均粒径大约为5微米的金属Ga粉置于氨气与氩气制成的混合气体中，混合气体中氨气占体积分数的5％，利用气体流动使得粉末的表面充分反应，反应5小时，使其表面充分磷化。通过双合金法掺入到(Pr0.25Nd0.75)27Fe65.93Nb0.4Co1.5Dy3.5Cu0.2Al0.3Ga0.2B0.97粉末中，其掺入量为0.5wt％，充分混合后取向成型压制成块体，经烧结退火后得高矫顽力烧结钕铁硼磁体，测试性能如表2所示。
对比例2
制备成分为(Pr0.25Nd0.75)27Fe65.93Nb0.4Co1.5Dy3.5Cu0.2Al0.3Ga0.2B0.97的磁体，经烧结退火后测试磁性能，如表2所示。
表2实施例2与对比例2所得磁体的磁性能
磁性能 剩磁(Gs) 内禀矫顽力(kOe) 最大磁能积(MGOe) Hk/Hj
实施例2 12.0 18.3 42.1 9.02
对比例2 12.2 14.1 39.1 9.13
实施例3
将平均粒径大约为2.8微米的Dy/Cu合金(质量比例为3:1)粉置于氨气与氩气制成的混合气体中，混合气体中氨气占体积分数为5％，利用气体流动使得合金粉末的表面充分反应，反应5分钟，使其表面充分磷化，通过双合金法掺入到(Pr0.3Nd0.7)2.01Fe14.1Zn0.4Co0.6Tb0.2Al0.1B1粉末中，其掺入量为1.5wt％，充分混合后取向成型压制成块体，经烧结退火后得高矫顽力烧结钕铁硼磁体，测试性能如表3所示。
对比例3
制备成分为(Pr0.3Nd0.7)2.01Fe14.1Zn0.4Co0.6Tb0.2Al0.1B1的磁体，经烧结退火后测试磁性能，如表3所示。
表3实施例3与对比例3所得磁体的磁性能
磁性能 剩磁(Gs) 内禀矫顽力(kOe) 最大磁能积(MGOe) Hk/Hj
实施例3 13.76 17.8 44.4 9.20
对比例3 13.8 15.1 43.1 9.13
通过上述实施例与对应的对比例的结果可知，利用双合金法在磁体晶界中适当地添加金属氮化物是一种有效改善钕铁硼磁体磁性能的方法，有效的提高了烧结钕铁硼磁体的矫顽力。
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 (6)

1.一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以常规方法制备钕铁硼粉末；
(2)取一种金属或者合金粉末M，将粉末M进行表面氮化处理；
(3)通过双合金法将表面磷化后的粉末掺入到钕铁硼粉末中；
(4)混合均匀后的粉末经成型压制后进行烧结，烧结后的样品再进行退火处理，得到烧结钕铁硼磁体。
2.根据权利要求1所述的一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的金属或合金粉末M，含有Pr、Nd、Gd、Dy、Tb、Ho、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn、Mg、Al、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo元素中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述金属或合金粉末M的粒径范围在0.001-100μm。
4.根据权利要求3所述的一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，其特征在于，表面氮化处理的具体操作方法如下，在含氮的环境中静置一段时间，使粉末M的表面发生氮化，而粉末M的内部仍为金属态，粉末M的表面氮化层厚度为0.001-40μm。
5.根据权利要求4所述的一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，其特征在于，在含氮的环境中静置时间的范围为1分钟到十天，温度为0-500℃之间。
6.根据权利要求1所述的一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，其特征在于，在步骤(3)中，将表面氮化后的粉末M掺入到步骤(1)的钕铁硼粉末中，掺入量占钕铁硼粉末总量的0.01wt％-5wt％之间。
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