CN109003801A - 一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，其具体步骤如下：(1)将Nd‑Fe‑B粉体在磁场中压制成型制备素坯；(2)将素坯进行真空预烧；(3)将真空预烧后的素坯置于玻璃管内，上下铺盖碎玻璃片，真空密封，整体放入石墨坩埚中；(4)将塑封好的玻璃管预烧体进行热等静压烧结；(5)将热等静压烧结后磁体表面的熔融玻璃相去除，然后在真空中进行二次退火处理，最后经抛光之后得到钕铁硼烧结永磁体。本发明提供的制备方法，采用玻璃包覆预烧体，解决了烧结过程中富钕相外流的问题，采用二次真空退火，改善了晶粒、晶界形态及富钕相分布，制备得到的钕铁硼烧结永磁体晶粒尺寸在3～5μm，矫顽力高达1300～1350kA/m。

Description

一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法
技术领域
本发明属于磁性材料技术领域，具体涉及一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法。
背景技术
钕铁硼烧结磁体因其优良的磁性能引起环保型电气应用的密切关注，如混合动力汽车、电动汽车、风力发电等。除在医疗设备与民用产品上的广泛应用外，更是在卫星的制导与定位、航空等尖端技术领域有着重要地位。然而，相对低的矫顽力使其不能满足高温使用的要求(>200℃)。为了克服这个问题，通常将重稀土元素(镝或铽)掺入磁体中。由于重稀土元素的储量少且价格昂贵，制备无重稀土元素的高矫顽力磁体意义重大。在众多改善无重稀土元素磁体矫顽力的方法中，一个十分实用的方法就是细化钕铁硼烧结磁体的晶粒尺寸。
钕铁硼烧结永磁体的矫顽力强烈依赖于晶粒尺寸，尽管在制粉过程中，商业Nd-Fe-B粉体的粒径尺寸可以控制在3～5微米，但是晶粒的长大是烧结过程普遍存在的问题。加入难熔金属(钼、钨、铌、钒、钽)，由于其钉扎效应可以明显抑制烧结过程晶粒的长大。烧结期间，磁体的相对密度与晶粒尺寸随烧结温度与时间的增加而增加。所以，在保证磁体较高相对密度的前提下，较低的烧结温度与较短的保温时间是控制Nd-Fe-B烧结磁体晶粒尺寸的关键技术。
钕铁硼烧结磁体属于多晶复相材料，主要由Nd2Fe14B主相，富Nd相构成。Nd2Fe14B是烧结钕铁硼磁体的基本相，占据磁体体积分数的90％以上，决定了烧结磁体的强磁性。而富Nd相是钕铁硼烧结磁体中重要的非磁相，与烧结钕铁硼磁体的磁硬化关系密切。与Nd2Fe14B基本相相比，富Nd相具有较低的强度和较好的塑性，适量的富Nd相可以改善磁体的冲击韧性，而且颗粒状富Nd相有助于阻碍裂纹的扩展，有助于提高磁体的矫顽力。然而相较于磁体的烧结温度，由于富Nd相熔点较低，烧结过程中可能存在的高温及气体等静压力作用会导致富Nd相外流，既不能有效改善磁性能与力学性能，也使液相烧结致密化行为大打折扣，还会形成孔洞缺陷。因此阻止富Nd相外流、调整微观结构十分重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，富Nd相不外流，制得的永磁体致密性高，晶粒细化，矫顽力高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，采用真空预烧结合热等静压烧结玻璃包覆的预烧体，经二次退火获得细晶致密化的烧结永磁体，其具体步骤如下：
(1)将Nd-Fe-B粉体在磁场中压制成型制备素坯；
(2)将素坯进行真空预烧，烧结温度为700～900℃，保温时间为2h～4h；
(3)将真空预烧后的素坯置于玻璃管内，上下铺盖碎玻璃片，真空密封，整体放入石墨坩埚中；
(4)将塑封好的玻璃管预烧体进行热等静压烧结，烧结温度为800～1050℃，压力为100～250MPa，保温保压时间为0.5～1h；
(5)将热等静压烧结后磁体表面的熔融玻璃相去除，然后在真空中进行二次退火处理，最后经抛光得到钕铁硼烧结永磁体。
优选的，步骤(1)中，所述磁场的强度为1000～1500kA/m。
优选的，步骤(2)中，所述真空预烧的升温速率为1～5℃/min，真空度为10-3～10- 5Pa。
优选的，步骤(3)中，所述玻璃的软化温度为500～550℃。
优选的，步骤(4)中，所述热等静压烧结的升温速率为1～10℃/min，升压速率为1～2MPa/min。
优选的，步骤(5)中，所述二次退火的真空度为10-2～10-3Pa，退火步骤是：首先在700～850℃下退火处理2～4小时，然后降温至400～600℃再退火处理6～8小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的钕铁硼烧结永磁体的制备方法，采用软化温度(500℃左右)较低的玻璃包覆预烧体，避免了在热等静压过程中，由于高于富钕相熔点(650℃)烧结温度及较大气体等静压力作用下导致的富钕相外流，解决了由富钕相外流导致的磁性能、力学性能的下降以及孔洞、组织不均匀等缺陷。
2、本发明提供的钕铁硼烧结永磁体的制备方法，采用热等静压技术有效的在较低烧结温度和较短保温时间下获得致密、细晶的钕铁硼烧结永磁体，同时采用二次真空退火，改善了晶粒、晶界形态及富钕相分布，去除应力，减少因应力累积导致的磁体破裂。
3、本发明制备得到的钕铁硼烧结永磁体晶粒尺寸小，在3～5μm，矫顽力高达1300～1350kA/m。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
除另有说明，以下实例中所用的原料均为市售产品。
实施例1
一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，包括下列步骤：
(1)将Nd-Fe-B粉体在1300kA/m磁场中压制成型制备素坯；
(2)将素坯进行真空预烧，升温速率为3℃/min，真空度10-4Pa，烧结温度为900℃，保温时间为3h；
(3)将真空预烧后的素坯置于玻璃管内，上下铺盖碎玻璃片，真空密封，整体放入石墨坩埚中；
(4)将塑封好的玻璃管预烧体进行热等静压烧结，升温速率为10℃/min，烧结温度为850℃，升压速率为2MPa/min，压力为170MPa，保温保压时间为1h，升温的同时提升炉内压力；
(5)将热等静压烧结后磁体表面的熔融玻璃相去除，然后在真空中进行二次退火处理，退火真空度为10-2Pa，首先在700℃下退火3h，然后降温至500℃下保温6h，最后经抛光之后得到钕铁硼烧结永磁体。
本实施例制得的钕铁硼烧结永磁体，其晶粒尺寸为4.3μm，矫顽力为1315kA/m。
实施例2
一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，包括下列步骤：
(1)将Nd-Fe-B粉体在1400kA/m磁场中压制成型制备素坯；
(2)将素坯进行真空预烧，升温速率为1℃/min，真空度10-5Pa，烧结温度为800℃，保温时间为4h；
(3)将真空预烧后的素坯置于玻璃管内，上下铺盖碎玻璃片，真空密封，整体放入石墨坩埚中；
(4)将塑封好的玻璃管预烧体进行热等静压烧结，升温速率为4℃/min，烧结温度为1000℃，升压速率为1MPa/min，压力为250MPa，保温保压时间为0.5h；
(5)将热等静压烧结后磁体表面的熔融玻璃相去除，然后在真空中进行二次退火处理，退火真空度为10-3Pa，首先在800℃下退火2h，然后降温至600℃下保温7h，最后经抛光之后得到钕铁硼烧结永磁体。
本实施例制得的钕铁硼烧结永磁体，其晶粒尺寸为3μm，矫顽力为1350kA/m。
实施例3
一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，包括下列步骤：
(1)将Nd-Fe-B粉体在1000kA/m磁场中压制成型制备素坯；
(2)将素坯进行真空预烧，升温速率为2℃/min，真空度10-3Pa，烧结温度为700℃，保温时间为2h；
(3)将真空预烧后的素坯置于玻璃管内，上下铺盖碎玻璃片，真空密封，整体放入石墨坩埚中；
(4)将塑封好的玻璃管预烧体进行热等静压烧结，升温速率为1℃/min，烧结温度为800℃，升压速率为1MPa/min，压力为100MPa，保温保压时间为1h；
(5)将热等静压烧结后磁体表面的熔融玻璃相去除，然后在真空中进行二次退火处理，退火真空度为10-2Pa，首先在850℃下退火3h，然后降温至400℃下保温8h，最后经抛光之后得到钕铁硼烧结永磁体。
本实施例制得的钕铁硼烧结永磁体，其晶粒尺寸为5μm，矫顽力为1300kA/m。
实施例4
一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，包括下列步骤：
(1)将Nd-Fe-B粉体在1500kA/m磁场中压制成型制备素坯；
(2)将素坯进行真空预烧，升温速率为5℃/min，真空度10-4Pa，烧结温度为850℃，保温时间为3h；
(3)将真空预烧后的素坯置于玻璃管内，上下铺盖碎玻璃片，真空密封，整体放入石墨坩埚中；
(4)将塑封好的玻璃管预烧体进行热等静压烧结，升温速率为10℃/min，烧结温度为1050℃，升压速率为2MPa/min，压力为210MPa，保温保压时间为0.5h；
(5)将热等静压烧结后磁体表面的熔融玻璃相去除，然后在真空中进行二次退火处理，退火真空度为10-2Pa，首先在800℃下退火4h，然后降温至400℃下保温8h，最后经抛光之后得到钕铁硼烧结永磁体。
本实施例制得的钕铁硼烧结永磁体，其晶粒尺寸为4μm，矫顽力为1320kA/m。

Claims (6)

1.一种高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，其特征在于，采用真空预烧结合热等静压烧结玻璃包覆的预烧体，经二次退火获得细晶致密化的烧结永磁体，其具体步骤如下：
(1)将Nd-Fe-B粉体在磁场中压制成型制备素坯；
(2)将素坯进行真空预烧，烧结温度为700～900℃，保温时间为2h～4h；
(3)将真空预烧后的素坯置于玻璃管内，上下铺盖碎玻璃片，真空密封，整体放入石墨坩埚中；
(4)将塑封好的玻璃管预烧体进行热等静压烧结，烧结温度为800～1050℃，压力为100～250MPa，保温保压时间为0.5～1h；
(5)将热等静压烧结后磁体表面的熔融玻璃相去除，然后在真空中进行二次退火处理，最后经抛光得到钕铁硼烧结永磁体。
2.根据权利要求1所述的高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述磁场的强度为1000～1500kA/m。
3.根据权利要求1所述的高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述真空预烧的升温速率为1～5℃/min，真空度为10-3～10-5Pa。
4.根据权利要求1所述的高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述玻璃的软化温度为500～550℃。
5.根据权利要求1所述的高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述热等静压烧结的升温速率为1～10℃/min，升压速率为1～2MPa/min。
6.根据权利要求1所述的高矫顽力钕铁硼烧结永磁体的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述二次退火的真空度为10-2～10-3Pa，退火步骤是：首先在700～850℃下退火处理2～4小时，然后降温至400～600℃再退火处理6～8小时。
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