CN109712797A

CN109712797A - 一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法

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Publication number: CN109712797A
Application number: CN201910004878.5A
Authority: CN
Inventors: 黎龙贵; 石高阳; 张燕; 李超
Original assignee: Zhejiang Dongyang Dmegc Rare Earth Co ltd
Current assignee: Zhejiang Dongyang Dmegc Rare Earth Co ltd
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2039-01-03
Also published as: CN109712797B

Abstract

本发明涉及稀土磁性材料领域，尤其涉及一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法。所述的方法包括以下步骤：（1）将重稀土粉末与有机溶剂相互混合，得到重稀土粉末浆料，然后将其覆盖于烧结钕铁硼磁体表面，得到半成品；（2）将上述半成品放置到料盒内，并向其表面均匀铺设一层还原剂；（3）将上述装有产品及还原剂的料盒放置到真空或惰性气体的环境下进行晶界扩散处理；（4）将晶界扩散处理后的产品进行二级时效处理。本发明克服了现有技术中的钕铁硼磁体在制备过程中表面易氧化，从而导致晶界扩散磁性能一致性较差的缺陷，因而具有晶界扩散更加均一；磁性能一致性较好；具有较深的重稀土扩散深度以及较高的内禀矫顽力的优点。

Description

一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法

技术领域

本发明涉及稀土磁性材料领域，尤其涉及一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法。

背景技术

钕铁硼磁性材料是钕，氧化铁等的合金，又称磁钢。作为稀土永磁材料发展的最新结果，由于其优异的磁性能而被称为“磁王”。钕铁硼具有极高的磁能积和矫力，同时高能量密度的优点使钕铁硼永磁材料在现代工业和电子技术中获得了广泛应用，从而使仪器仪表、电声电机、磁选磁化等设备的小型化、轻量化、薄型化成为可能。

烧结钕铁硼磁体是一类重要的基础性功能材料，其应用领域相当广泛。风力发电设备、电动汽车、混合动力汽车、变频电器装置、工业节能电机等高技术领域发展迅速，他们对于具有高磁性能、高使用温度、高工作稳定性的烧结钕铁硼磁体的需求日益增长。具有高的内禀矫顽力是烧结钕铁硼磁体具有高使用温度、高工作稳定性的一个基本条件。

在钕铁硼磁性材料中添加Dy、Tb等重稀土元素是目前提高工业生产烧结钕铁硼磁体内禀矫顽力的主要技术手段。在合金制备环节添加Dy、Tb等重稀土元素，可以显著提高磁体内禀矫顽力，但是磁体剩磁下降幅度大，同时Dy、Tb等重稀土元素消耗数量大，产品制造成本上升。目前通过晶界扩散方式生产的空调压缩机、新能源汽车等磁体具有优良的综合磁性能并且只需消耗少量重稀土。但由于晶界扩散工艺的产品厚都比较薄，一般样品厚度不超过8mm。在长时间的高温扩散产品表面容易氧化或磁性能一致性差对炉内的气氛要求比较严格，因此，如何改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性是目前研究的重点。

授权公告号为CN104388951B的一种提高烧结钕铁硼磁性能的晶界扩散方法，其将烧结态钕铁硼磁体和扩散合金片叠放在一起，放在热压炉中；对热压炉抽真空，待真空度达到设定值，对热压炉升温，当温度达到设定值时，开始施加压力并保压；将扩散后的试样放入高真空炉中退火处理，按照该发明提供的加压扩散方法改性后的烧结钕铁硼磁体具有扩散剂扩散深度大，矫顽力高等优点，但是在经过长时间高温高压条件下，产品表面容易被氧化，导致其磁性能的一致性较差，且其对产品生产设备的要求较高处理方法较为复杂，很难将其进行实际应用。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的钕铁硼磁体在制备过程中表面易氧化，从而导致晶界扩散磁性能一致性较差，同时制备工艺较为复杂的缺陷，提供了一种能够有效的防止钕铁硼磁体表面氧化，同时制备工艺简单的一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法。

为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法，所述的方法包括以下步骤：

(1)将重稀土粉末与有机溶剂相互混合，得到重稀土粉末浆料，然后将其覆盖于烧结钕铁硼磁体表面，得到半成品；

(2)将上述半成品放置到料盒内，并向其表面均匀铺设一层还原剂；

(3)将上述装有产品及还原剂的料盒放置到真空或惰性气体的环境下进行晶界扩散处理；

(4)将晶界扩散处理后的产品进行二级时效处理。

本发明中的钕铁硼磁体其在制备过程中在重稀土粉末浆料上均匀铺设一层还原剂，其在高温时能够有效的释放还原性气体，改善炉内的气氛，防止钕铁硼磁体表面被氧化，导致产生钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性较差，内禀矫顽力较低的缺陷。

作为优选，所述的步骤(1)中的重稀土粉末为镝单质、铽单质、镝与铽的合金、镝的氢化物、铽的氢化物、镝的氟化物、铽的氟化物、镝的氧化物或铽的氧化物的一种或几种的复配物。

本发明中使用的重稀土粉末不仅仅可以是常规的的镝单质、铽单质或者是镝与铽的合金，也可以是镝与铽的氢化物、氧化物或者氟化物，更够根据不同的原料以及不同的使用条件而选择不同的重稀土粉末，从而能够具有多重的选择。

作为优选，所述步骤(1)中的有机溶剂为乙醇、汽油或者丙烯酸中的一种或多种组合物。

乙醇、汽油或者丙烯酸等有机溶剂能够在晶界扩散过程中能够随着抽真空以及加热从重稀土粉末中除去，防止其粘附在钕铁硼磁体表面，从而造成污染影响晶界扩散导致磁性能一致性较差的后果。

作为优选，所述的步骤(1)中重稀土粉末其与有机溶剂的质量比为1：(1～3)。

稀土粉末其与有机溶剂的配比对重稀土粉末浆料的粘度影响较高，经过试验，当有机溶剂的含量过少，则其重稀土粉末浆料的粘度较大，其容易在浆料中包裹空气，导致其表面产生孔洞，从而在扩散过程中出现扩散不均一的效果，此外，若有机溶剂的含量过多则浆料较为稀薄，其无法很好的附着在烧结钕铁硼磁体表面，使得表面出现厚薄不均的现象，从而影响最终扩散的效果。

作为优选，所述的步骤(1)中重稀土粉末浆料质量为烧结钕铁硼磁体的0.5～3％。

本发明中的重稀土粉末浆料质量为烧结钕铁硼磁体的0.5～3％，其在这个范围内能够有效的将重稀土扩散进入烧结钕铁硼磁体内部，从而产生提升磁体的内禀矫顽力，若添加量过多，则内禀矫顽力提升效果不明显，且容易产生浪费，因而在此范围内则最佳。

作为优选，所述的步骤(2)中的还原剂为氢化钠、氢化钾、氢化钙、氢化亚铜、氢化铝和氢化锂中的一种或多种组合物。

金属氢化物在加热过程中会释放出具有还原性的氢气，其在高温时能够有效的还原氟化重稀土以及氧化等重稀土，从而能够改善晶界渗透效果保证晶界渗透产品的一致性。

作为优选，所述的步骤(2)中的还原剂的质量为料盒内产品重量的0.1～1％。

作为优选，所述的步骤(3)中晶界扩散过程包含排胶、排氢以及晶界扩散三个步骤，其中所述的排胶温度为300～450℃，排胶保温时间30～120min，所述的排氢温度为600～750℃，排氢保温时间60～240min，所述的晶界扩散温度为850～950℃，晶界扩散时间8～20h。

本发明中的晶界扩散过程中排胶过程主要是为了排除重稀土粉末浆料中的有机溶剂，使得整体的重稀土粉末能够牢固的附着在烧结钕铁硼磁体表面，然后升高温度到排氢温度，使得其中的还原剂能够分解生成具有还原性的氢气，使得钕铁硼磁体处于一个还原性气体氛围中，使得位于钕铁硼磁体中的具有氧化效果的成分得到还原，防止了表面的氧化，提升了晶界扩散一致性以及磁性能的一致性，然后在850～950℃下晶界扩散8～20h，能够有效的保证晶界扩散的深度以及一致性，保证了磁体具有较高的内禀矫顽力。

作为优选，所述的步骤(4)中二级时效温度为450～550℃，二级时效时间为3～6h。

因此，本发明具有以下有益效果：

(1)能够使得得到的磁体表面不会受到氧化，从而晶界扩散更加均一；

(2)得到的磁体的磁性能一致性较好；

(3)具有较深的重稀土扩散深度以及较高的内禀矫顽力。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步描述。

下述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于下述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

实施例1

将经熔炼、制粉、成型、烧结步骤制备的N50H磁体毛坯，加工为60×45×3mm(3mm为取向方向)的半成品。

将氢化铽与酒精按重量比1:1.6混合搅拌均匀。

将氢化铽与酒精的混合物通过涂覆的方法涂覆至半成品，涂覆量为烧结钕铁硼磁体的质量的1.0％-1.5％控制。

将涂覆好的产品装置石墨盒内，并按产品重量比撒0.2％的氢化钙。

将装有产品和氢化钙的石墨放置真空烧结炉内抽真空至5.0×10^-2Pa以下，加热至400℃保温120min进行排胶处理，接着升温至700℃保温120min进行排氢处理，最后升温至900℃保温16h进行晶界扩散，得到扩散后的钕铁硼磁体。

将扩散后的钕铁硼磁体在真空环境下进行二级时效处理，处理温度为500℃保温时间为4h，得到产品。

对本发明上述方法制备的钕铁硼磁体与普通钕铁硼磁体进行对比，结果参照表1

表1

序号	Br/KGs	HcJ/KOe	(BH)m/MGsOe
				初始样品	14.18	16.35	49.16
放置还原剂氢化钙	13.96～14.05	27.31～27.79	47.89～48.92
				未放置还原剂	13.93～14.03	25.61～27.26	47.63～48.65

由表1可得，本发明上述制备的钕铁硼磁体,放置还原剂磁性能指标HcJ一致性远远优于未放置还原剂，而磁体HcJ是对电机热稳定性重要参数之一。

实施例2

将经熔炼、制粉、成型、烧结步骤制备的N40SH磁体毛坯，加工为50×40×2mm(2mm为取向方向)的半成品。

将氟化铽与酒精按重量比1:1混合搅拌均匀。

将氟化铽与酒精的混合物通过喷涂的方法喷涂至半成品，喷涂量为烧结钕铁硼磁体的质量的0.8％-1.3％控制。

将涂覆好的产品装置石墨盒内，并按产品重量比撒0.3％的氢化钙。

将装有产品和氢化钙的石墨放置真空烧结炉内抽真空至5.0×10^-2Pa以下，加热至400℃保温90min进行排胶处理，接着升温至700℃保温180min进行排氢处理，最后升温至900℃保温18h进行晶界扩散，得到扩散后的钕铁硼磁体。

将扩散后的钕铁硼磁体在真空环境下进行二级时效处理，处理温度为490℃保温时间为4h，得到产品。

对本发明上述方法制备的钕铁硼磁体与普通钕铁硼磁体进行对比，结果参照表2

表2

序号	Br/KGs	HcJ/KOe	(BH)m/MGsOe
				初始样品	12.91	21.63	40.51
放置还原剂氢化钙	12.76～12.81	31.92～32.56	39.65～40.32
				未放置还原剂	12.72～12.79	29.53～31.47	39.16～39.87

由表2可得，本发明上述制备的钕铁硼磁体,放置还原剂磁性能指标HcJ一致性远远优于未放置还原剂，而磁体HcJ是对电机热稳定性重要参数之一。

实施例3

将经熔炼、制粉、成型、烧结步骤制备的N52磁体毛坯，加工为40×30×2.5mm(2.5mm为取向方向)的半成品。

将氧化铽与酒精按重量比1:2.5混合搅拌均匀。

将氧化铽与酒精的混合物通过喷涂的方法喷涂至半成品，喷涂量为烧结钕铁硼磁体的质量的1.2％-1.5％控制。

将涂覆好的产品装置石墨盒内，并按产品重量比撒0.5％的氢化钙。

将装有产品和氢化钙的石墨放置真空烧结炉内抽真空至5.0×10^-2Pa以下，加热至400℃保温90min进行排胶处理，接着升温至700℃保温180min进行排氢处理，最后升温至900℃保温20h进行晶界扩散，得到扩散后的钕铁硼磁体。

将扩散后的钕铁硼磁体在真空环境下进行二级时效处理，处理温度为505℃保温时间为4h，得到产品。

对本发明上述方法制备的钕铁硼磁体与普通钕铁硼磁体进行对比，结果参照表3

表3

序号	Br/KGs	HcJ/KOe	(BH)m/MGsOe
				初始样品	14.64	12.35	50.65
放置还原剂氢化钙	14.46～14.52	20.51～21.05	49.75～50.35
				未放置还原剂	14.41～14.49	18.63～20.65	49.17～49.82

由表3可得，本发明上述制备的钕铁硼磁体,放置还原剂磁性能指标HcJ一致性远远优于未放置还原剂，而磁体HcJ是对电机热稳定性重要参数之一。

实施例4

将氢化镝与酒精按重量比1:3混合搅拌均匀。

将氢化镝与酒精的混合物通过喷涂的方法喷涂至半成品表面，喷涂量为烧结钕铁硼磁体的质量的0.5～1％控制。

将涂覆好的产品装置石墨盒内，并按产品重量比铺设1％的氢化亚铜。

将装有产品和氢化亚铜的石墨盒放置真空烧结炉内抽真空至5.0×10^-2Pa以下，加热至300℃保温120min进行排胶处理，接着升温至600℃保温2400min进行排氢处理，最后升温至950℃保温8h进行晶界扩散，得到扩散后的钕铁硼磁体。

将扩散后的钕铁硼磁体在真空环境下进行二级时效处理，处理温度为450℃保温时间为6h，得到产品。

对本发明上述方法制备的钕铁硼磁体与普通钕铁硼磁体进行对比，结果参照表4

表4

序号	Br/KGs	HcJ/KOe	(BH)m/MGsOe
				初始样品	13.85	11.98	50.42
放置还原剂氢化亚铜	13.70～13.82	20.12～20.90	49.69～50.28
				未放置还原剂	13.69～13.78	18.13～20.25	49.01～49.75

由表4可得，本发明上述制备的钕铁硼磁体,放置还原剂磁性能指标HcJ一致性远远优于未放置还原剂，而磁体HcJ是对电机热稳定性重要参数之一。

实施例5

将氧化镝与丙烯酸按重量比1:1混合搅拌均匀。

将氧化镝与丙烯酸的混合物通过喷涂的方法喷涂至半成品，喷涂量为烧结钕铁硼磁体的质量的2.8～3.0％控制。

将涂覆好的产品装置石墨盒内，并按产品重量比撒1％的氢化铝。

将装有产品和氢化铝的石墨放置真空烧结炉内抽真空至5.0×10^-2Pa以下，加热至450℃保温30min进行排胶处理，接着升温至750℃保温60min进行排氢处理，最后升温至950℃保温20h进行晶界扩散，得到扩散后的钕铁硼磁体。

将扩散后的钕铁硼磁体在真空环境下进行二级时效处理，处理温度为550℃保温时间为3h，得到产品。

对本发明上述方法制备的钕铁硼磁体与普通钕铁硼磁体进行对比，结果参照表5

表5

序号	Br/KGs	HcJ/KOe	(BH)m/MGsOe
				初始样品	12.68	18.68	45.36
放置还原剂氢化钙	12.61～12.67	25.35～29.18	44.12～45.08
				未放置还原剂	12.54～12.62	23.513～25.42	43.98～44.26

由表5可得，本发明上述制备的钕铁硼磁体，放置还原剂磁性能指标HcJ一致性远远优于未放置还原剂，而磁体HcJ是对电机热稳定性重要参数之一。

实施例6

将氧化铽与汽油按重量比1:1.8混合搅拌均匀。

将氧化铽与酒精的混合物通过喷涂的方法喷涂至半成品，喷涂量为烧结钕铁硼磁体的质量的2.1～2.5％控制。

将涂覆好的产品装置石墨盒内，并按产品重量比撒0.8％的氢化锂。

将装有产品和氢化锂的石墨放置真空烧结炉内抽真空至5.0×10^-2Pa以下，加热至350℃保温90min进行排胶处理，接着升温至650℃保温200min进行排氢处理，最后升温至920℃保温12h进行晶界扩散，得到扩散后的钕铁硼磁体。

将扩散后的钕铁硼磁体在真空环境下进行二级时效处理，处理温度为480℃保温时间为5h，得到产品。

对本发明上述方法制备的钕铁硼磁体与普通钕铁硼磁体进行对比，结果参照表6

表6

序号	Br/KGs	HcJ/KOe	(BH)m/MGsOe
				初始样品	16.03	14.82	51.66
放置还原剂氢化钙	15.84～14.9	24.61～25.26	50.74～51.35
				未放置还原剂	15.79～15.87	22.36～24.78	50.15～50.82

由表6可得，本发明上述制备的钕铁硼磁体,放置还原剂磁性能指标HcJ一致性远远优于未放置还原剂，而磁体HcJ是对电机热稳定性重要参数之一。

Claims

1.一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

（1）将重稀土粉末与有机溶剂相互混合，得到重稀土粉末浆料，然后将其覆盖于烧结钕铁硼磁体表面，得到半成品；

（2）将上述半成品放置到料盒内，并向其表面均匀铺设一层还原剂；

（3）将上述装有产品及还原剂的料盒放置到真空或惰性气体的环境下进行晶界扩散处理；

（4）将晶界扩散处理后的产品进行二级时效处理。

2.根据权利要求1所述的一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法，其特征在于，所述的步骤（1）中的重稀土粉末为镝单质、铽单质、镝与铽的合金、镝的氢化物、铽的氢化物、镝的氟化物、铽的氟化物、镝的氧化物或铽的氧化物的一种或几种的复配物。

3.根据权利要求1所述的一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的有机溶剂为乙醇、汽油或者丙烯酸中的一种或多种组合物。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法，其特征在于，所述的步骤（1）中重稀土粉末其与有机溶剂的质量比为1：（1~3）。

5.根据权利要求1所述的一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法，其特征在于，所述的步骤（1）中重稀土粉末浆料质量为烧结钕铁硼磁体的0.5~3%。

6.根据权利要求1所述的一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法，其特征在于，所述的步骤（2）中的还原剂为氢化钠、氢化钾、氢化钙、氢化亚铜、氢化铝和氢化锂中的一种或多种组合物。

7.根据权利要求1或6所述的一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法，其特征在于，所述的步骤（2）中的还原剂的质量为料盒内产品重量的0.1~1%。

8.根据权利要求1所述的一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法，其特征在于，所述的步骤（3）中晶界扩散过程包含排胶、排氢以及晶界扩散三个步骤，其中所述的排胶温度为300~450℃，排胶保温时间30~120min，所述的排氢温度为600~750℃，排氢保温时间60~240min，所述的晶界扩散温度为850~950℃，晶界扩散扩散时间8~20h。

9.根据权利要求1所述的一种改善钕铁硼磁体晶界扩散磁性能一致性的方法，其特征在于，所述的步骤（4）中二级时效温度为450~550℃，二级时效时间为3~6h。