CN109411173A - 一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法 - Google Patents

一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于稀土永磁体制造技术领域。本发明公开了一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法,其包括主合金粉末制备、低熔点稀土合金晶界粉末制备、第一内禀矫顽力梯度调控处理、制坯烧结、重稀土第二内禀矫顽力梯度调控和回火处理等步骤,通过调节添加的低熔点合金的添加比例和在晶界渗透处理阶段调节处理温度和处理时间这两个方法实现对NdFeB稀土永磁体内禀矫顽力梯度的调控。本发明在使用了较少的重稀土元素情况下可以获得较高的磁能积和内禀矫顽力等性能;本发明中的制备方法能够根据所需产品的内禀矫顽力和内禀矫顽力梯度需求出发进行设计和调整,实现调控NdFeB磁体内禀矫顽力梯度,满足不同的客户需求。

Description

一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法
技术领域
本发明涉及稀土永磁体制造技术领域,尤其是涉及一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法。
背景技术
高内禀矫顽力的稀土永磁材料,由于其高内禀矫顽力及耐热耐退磁特性,广泛应用新能源汽车电机、空调压缩机、轨道交通牵引电机等工作温度环境较高的领域。由于重稀土的紧缺性,重稀土价格居高不下。另一方面,重稀土的使用,降低了钕铁硼(NdFeB)磁体的剩磁性能。晶界渗透技术的应用,在减少重稀土使用量的同时又获得了高的内禀矫顽力,获得双高性能的烧结NdFeB磁体。然而,内禀矫顽力分布均匀的磁体,强大的反向磁场导致磁体本身产生的退磁也相当严重,为此本发明采用一种合适的晶界渗透方法,控制磁体内禀矫顽力的梯度分布,从而有效控制其退磁。
烧结钕铁硼永磁材料自上世纪八十年代发明以来,得益于它的高性价比以及烧结钐钴磁体的制备工艺基础,迅速实现了产业化。烧结钕铁硼永磁体广泛应用于计算机工业、通讯产业、音响制品、医疗卫生工业等等。随着混合动力汽车和风力发电等环境友好型产业的不断推进,烧结钕铁硼磁体的市场需要量也不断的增加。高磁能积的烧结钕铁硼磁体可以促进产品向着轻、薄、小型化的方向发展,成为现代工业不可缺少的必需品。
为了提高烧结钕铁硼磁体的温度稳定性,使其在更高的温度下稳定工作,一般采用的方法有:1)添加Co代替Fe提高磁体的居里温度;2)添加Dy、Tb等重稀土元素提高内禀矫顽力;3)添加部分小元素优化晶界、细化晶粒,同时优化工艺获得比较好的微观组织结构。三种方案联合使用,一般来讲可以获得性能优异的烧结钕铁硼稀土永磁材料,在目前大部分烧结钕铁硼工厂都在使用,并且获得了不同牌号不同档次的烧结钕铁硼磁体。重稀土的使用一方面提高了内禀矫顽力,但是由于重稀土Dy、Tb进入NdFeB主相之后其磁矩与Fe的磁矩反平行排列,在提高内禀矫顽力的同时,降低了磁体的剩磁。另一方面,重稀土的价格昂贵,为了降低成本和保障供应链的稳定,客户往往提出需要尽量减少重稀土的使用,甚至不用重稀土。
对于薄片产品(厚度方向小于等于10毫米),提高烧结NdFeB磁体内禀矫顽力的一个有效方法就是采用晶界渗透工艺,在成品表面渗透重稀土元素Dy,Tb。这样可以有效的减少重稀土的使用量,并且同时减少重稀土的添加带来的剩磁降低(甚至可以做到在晶界渗透之后剩磁不会降低)。
目前采用涂覆、粘敷、溅射、蒸镀、电泳的工艺将含有重稀土元素Dy、Tb的氟化物、氧化物、氢化物及金属粉末附着到NdFeB磁体的表面,再经过高温热处理、低温时效,获得晶界渗透的烧结NdFeB磁体。
中国发明申请专利CN200580001133.X公布了一种在晶界表面通过涂覆氟化镝(DyF3)、氧化镝(Dy2O3)或氟化铽(TbF3),然后通过900℃在氩气气氛中热处理一个小时,再进行低温时效处理,内禀矫顽力增加500kA/m-800kA/m,剩磁基本没有降低的磁体。
中国发明专利CN101847487B公开了一种生产梯度烧结NdFeB的方法,采用不同类型的粉体逐层在取向方向加入压制,再进行烧结,得到了具有内禀矫顽力分布梯度的烧结NdFeB磁体,然而不同牌号磁粉的烧结工艺有所不同,为了保证多种不同规格的磁粉在同一个烧结工艺下烧结致密,要在粉的配方上做调整,增加了成本。
中国发明申请专利200710161378.X通过改进涂覆方式,采用稀土氟化物的胶体溶液,改善了处理剂与被处理磁体的界面特性,从而提高了磁性能。
在本发明中,我们进一步改善了上述的专利技术,通过调整辅合金成分和晶界渗透的工艺参数,调控最终产品中内禀矫顽力的梯度分布,满足客户对内禀矫顽力梯度的要求。
发明内容
为解决现有技术中还未有一种能够根据稀土永磁体所需性能对稀土永磁体内禀矫顽力梯度进行调节的技术,本发明提供了一种可以根据需求在NdFeB稀土永磁体制造过程中进行内禀矫顽力梯度调整的NdFeB稀土永磁体制造方法。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法,包括以下步骤:
a)制备主合金NdFeB粉末;
b)制备低熔点稀土合金晶界粉末ReXn;
c)向主合金NdFeB粉末添加低熔点稀土合金晶界粉末ReXn进行第一内禀矫顽力梯度调控处理;
d)经步骤c)处理后压制成坯并在1000~1100℃烧结3~5小时制得烧结磁体;
e)将获得的烧结磁体进行尺寸加工制得生坯;
f)在生坯表面涂敷重稀土组分;
g)将涂敷重稀土组分后的生坯进行第二内禀矫顽力梯度调控处理;
h)最后在490~510℃进行二级回火处理制得NdFeB稀土永磁体。
作为优选,主合金NdFeB粉末采用传统粉末冶金工艺,即采用原料速凝后氢破最后气流磨处理工艺制备获得。
作为优选,低熔点稀土合金晶界粉末ReXn采用传统粉末冶金工艺,即采用原料速凝或电弧熔炼后氢破最后高能球磨处理工艺制备获得;也可以采用氢破气流磨工艺,即采用原料速凝或电弧熔炼后氢破最后气流磨处理工艺制备获得。
作为优选,低熔点稀土合金晶界粉末ReXn中,Re为Pr、Nd、Ho、Dy和Tb元素中的至少一种,Xn为Al、Cu、Ga和Zn中的至少一种。
作为优选,步骤f)中的重稀土组分为重稀土元素的氧化物、氟化物或氢化物的至少一种。
作为优选,重稀土元素为Pr、Nd、Ho、Dy或Tb中的至少一种。
作为优选,步骤c)中第一内禀矫顽力梯度调控处理的具体方法为,若需获得高内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体,则添加1.5~3.0wt%的低熔点稀土合金晶界粉末ReXn;若需获得低内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体,则添加0.5~1.5wt%的低熔点稀土合金晶界粉末ReXn。
根据需要,控制低熔点合金粉末的添加比例来调节最终产品的内禀矫顽力梯度。若需要获取高内禀矫顽力梯度的磁体,此时应该添加1.5wt%-3wt.%的低熔点合金粉末;若需要获得低内禀矫顽力梯度的磁体,则需要添加0.5-1.5wt.%低熔点合金粉末;
作为优选,步骤g)中第二内禀矫顽力梯度调控处理的具体方法为,若需获得高内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体,则将生坯在真空烧结炉中以925~940℃进行1~4.5小时的晶界渗透处理;若需获得低内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体,则将生坯在真空烧结炉中以890~920℃进行5.5~20小时的晶界渗透处理。
其中在晶界渗透处理阶段,根据需求选择高温度短时间和低温长时间的不同搭配可以调节晶界渗透产品中内禀矫顽力的梯度;如若要得到高内禀矫顽力梯度的产品,则需要选用高温短时间的热处理;若要得到较低内禀矫顽力梯度的产品,则需要选用低温长时间的热处理。
作为优选,高内禀矫顽力梯度为,以表面内禀矫顽力为100%,距表面2mm处的内禀矫顽力为80~90%,距表面4mm处的内禀矫顽力为70~80%;低内禀矫顽力梯度为,以表面内禀矫顽力为100%,距表面2mm处的内禀矫顽力为97~99%,距表面4mm处的内禀矫顽力为95~97%。
由于经渗透处理后的稀土永磁材料其内禀矫顽力从表面到中间不断减小,因此不存在距稀土永磁材料表面2mm处的内禀矫顽力与距稀土永磁材料表面4mm处的内禀矫顽力相同的情况。
因此,本发明具有以下有益成果:本发明在使用了较少的重稀土元素情况下可以获得较高的磁能积和内禀矫顽力等性能;本发明中的制备方法能够根据所需产品的内禀矫顽力和内禀矫顽力梯度需求出发进行设计和调整,通过调整晶界及渗透工艺,实现调控NdFeB磁体内禀矫顽力的梯度,满足不同的客户需求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明中,若非特指,所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的,下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域常规方法。
实施例1
一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法:
a)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-气流磨)制备主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末;
b)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-高能球磨)制备低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25,平均粒径为2.2微米;
c)向主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末添加1wt%的低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25进行第一内禀矫顽力梯度调控处理;
d)经步骤c)处理后在磁场中取向成型压坯并在1050℃烧结4小时制得烧结磁体;
e)将获得的烧结磁体进行尺寸加工制得10mm厚的生坯;
f)在生坯表面涂敷一层氧化铽粉末;
g)将涂敷一层氧化铽粉末后的生坯在900℃晶界渗透处理9小时进行第二内禀矫顽力梯度调控处理;
h)最后在500℃进行二级回火处理制得NdFeB稀土永磁体。
实施例2
一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法:
a)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-气流磨)制备主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末;
b)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-高能球磨)制备低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25,平均粒径为2.2微米;
c)向主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末添加0.5wt%的低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25进行第一内禀矫顽力梯度调控处理;
d)经步骤c)处理后在磁场中取向成型压坯并在1045℃烧结3小时制得烧结磁体;
e)将获得的烧结磁体进行尺寸加工制得10mm厚的生坯;
f)在生坯表面涂敷一层氧化铽粉末;
g)将涂敷重稀土组分后的生坯在900℃晶界渗透处理9小时进行第二内禀矫顽力梯度调控处理;
h)最后在500℃进行二级回火处理制得NdFeB稀土永磁体。
实施例3
一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法:
a)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-气流磨)制备主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末;
b)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-高能球磨)制备低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25,平均粒径为2.2微米;
c)向主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末添加0.5wt%的低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25进行第一内禀矫顽力梯度调控处理;
d)经步骤c)处理后在磁场中取向成型压制成坯并在1045℃烧结5小时制得烧结磁体;
e)将获得的烧结磁体进行尺寸加工制得10mm厚的生坯;
f)在生坯表面涂敷一层氧化铽粉末;
g)将涂敷重稀土组分后的生坯在920℃晶界渗透处理10小时进行第二内禀矫顽力梯度调控处理;
h)最后在500℃进行二级回火处理制得NdFeB稀土永磁体。
实施例4
一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法:
a)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-气流磨)制备主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末;
b)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-高能球磨)制备低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25,平均粒径为2.2微米;
c)向主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末添加0.5wt%的低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25进行第一内禀矫顽力梯度调控处理;
d)经步骤c)处理后在磁场中取向成型压制成坯并在1045℃烧结4小时制得烧结磁体;
e)将获得的烧结磁体进行尺寸加工制得10mm厚的生坯;
f)在生坯表面涂敷一层氧化铽粉末;
g)将涂敷重稀土组分后的生坯在900℃晶界渗透处理20小时进行第二内禀矫顽力梯度调控处理;
h)最后在490℃进行二级回火处理制得NdFeB稀土永磁体。
实施例5
一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法:
a)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-气流磨)制备主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末;
b)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-高能球磨)制备低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25,平均粒径为2.2微米;
c)向主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末添加1.8wt%的低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25进行第一内禀矫顽力梯度调控处理;
d)经步骤c)处理后在磁场中取向成型压制成坯并在1000℃烧结5小时制得烧结磁体;
e)将获得的烧结磁体进行尺寸加工制得10mm厚的生坯;
f)在生坯表面涂敷一层氧化铽粉末;
g)将涂敷重稀土组分后的生坯在925℃晶界渗透处理4.5小时进行第二内禀矫顽力梯度调控处理;
h)最后在510℃进行二级回火处理制得NdFeB稀土永磁体。
实施例6
一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法:
a)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-气流磨)制备主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末;
b)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-高能球磨)制备低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25,平均粒径为2.2微米;
c)向主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末添加1.8wt%的低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25进行第一内禀矫顽力梯度调控处理;
d)经步骤c)处理后在磁场中取向成型压制成坯并在1100℃烧结3小时制得烧结磁体;
e)将获得的烧结磁体进行尺寸加工制得10mm厚的生坯;
f)在生坯表面涂敷一层氧化铽粉末;
g)将涂敷重稀土组分后的生坯在940℃晶界渗透处理4.5小时进行第二内禀矫顽力梯度调控处理;
h)最后在500℃进行二级回火处理制得NdFeB稀土永磁体。
实施例7
一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法:
a)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-气流磨)制备主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末;
b)采用传统粉末冶金工艺(即速凝-氢破-高能球磨)制备低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25,平均粒径为2.2微米;
c)向主合金(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B粉末添加1.8wt%的低熔点稀土合金晶界粉末Nd75Cu25进行第一内禀矫顽力梯度调控处理;
d)经步骤c)处理后在磁场中取向成型压制成坯并在1045℃烧结4小时制得烧结磁体;
e)将获得的烧结磁体进行尺寸加工制得10mm厚的生坯;
f)在生坯表面涂敷一层氧化铽粉末;
g)将涂敷重稀土组分后的生坯在930℃晶界渗透处理3小时进行第二内禀矫顽力梯度调控处理;
h)最后在500℃进行二级回火处理制得NdFeB稀土永磁体。
对比例
主相合金的成分配比为(PrNd)30FebalAl0.1Cu0.1Zr0.1B,采用速凝工艺制得速凝片,随后氢破、气流磨制粉,平均粉末粒度为3.2μm。在磁场中取向成型,制得毛坯磁体,放入真空烧结炉中分别在1055℃烧结4小时,在900℃处理3小时并在500℃进行回火处理。
性能测试:
1.测试上述实施例1~7和对比例获得的NdFeB稀土永磁体样品的磁性能;
将实施例1~7所得样品沿厚度方向切成2mm厚的薄片并由表面向内依次标记为第一切片、第二切片···,然后测试样品表面、距原表面2mm处和4mm处的磁性能,也即测试样品表面(第一切片上表面)、第二切片上表面、第三切片上表面处的磁性能,并计算各处于表面内禀矫顽力的比值,即所谓的内禀矫顽力梯度。(由于样品厚度为10mm,样品处理时两个表面同时渗透处理,因此只需针对一个表面进行测试即能获得全部内禀矫顽力梯度数据)
将对比例所得的样品直接测试磁性能。
性能测试结果如下表1所示。
表1磁性能测试结果数据表
由上述表1可以得知,采用本发明中NdFeB稀土永磁体制造方法能够提高NdFeB稀土永磁体的磁性能,尤其是可以提高剩磁和内禀矫顽力,同时根据本发明中的制造方法可以根据需求定向的设计并制备所需内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体。
应当理解的是,对于本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法,其特征在于包括以下步骤:
a)制备主合金NdFeB粉末;
b)制备低熔点稀土合金晶界粉末ReXn;
c)向主合金NdFeB粉末添加低熔点稀土合金晶界粉末ReXn进行第一内禀矫顽力梯度调控处理;
d)经步骤c)处理后压制成坯并在1000~1100℃烧结3~5小时制得烧结磁体;
e)将获得的烧结磁体进行尺寸加工制得生坯;
f)在生坯表面涂敷重稀土组分;
g)将涂敷重稀土组分后的生坯进行第二内禀矫顽力梯度调控处理;
h)最后在490~510℃进行二级回火处理制得NdFeB稀土永磁体。
2.根据权利要求1所述的一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法,其特征在于:
所述低熔点稀土合金晶界粉末ReXn中,Re为Pr、Nd、Ho、Dy和Tb元素中的至少一种,Xn为Al、Cu、Ga和Zn中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法,其特征在于:
所述步骤f)中的重稀土组分为重稀土元素的氧化物、氟化物或氢化物的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法,其特征在于:
所述的重稀土元素为Pr、Nd、Ho、Dy或Tb中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法,其特征在于:
所述步骤c)中第一内禀矫顽力梯度调控处理的具体方法为,若需获得高内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体,则添加1.5~3.0wt%的低熔点稀土合金晶界粉末ReXn;若需获得低内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体,则添加0.5~1.5wt%的低熔点稀土合金晶界粉末ReXn。
6.根据权利要求1所述的一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法,其特征在于:
所述步骤g)中第二内禀矫顽力梯度调控处理的具体方法为,若需获得高内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体,则将生坯在真空烧结炉中以925~940℃进行1~4.5小时的晶界渗透处理;若需获得低内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体,则将生坯在真空烧结炉中以890~920℃进行5.5~20小时的晶界渗透处理。
7.根据权利要求5或6所述的一种可调控内禀矫顽力梯度的NdFeB稀土永磁体制造方法,其特征在于:
所述的高内禀矫顽力梯度为,以表面内禀矫顽力为100%,距表面2mm处的内禀矫顽力为80~90%,距表面4mm处的内禀矫顽力为70~80%;
所述的低内禀矫顽力梯度为,以表面内禀矫顽力为100%,距表面2mm处的内禀矫顽力为97~99%,距表面4mm处的内禀矫顽力为95~97%。
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Denomination of invention: A manufacturing method of NdFeB rare earth permanent magnet with adjustable intrinsic coercivity gradient

Effective date of registration: 20220622

Granted publication date: 20210608

Pledgee: Dongyang Branch of China Construction Bank Co.,Ltd.

Pledgor: ZHEJIANG DONGYANG DMEGC RARE EARTH MAGNET Co.,Ltd.

Registration number: Y2022330001023