CN109898063A - 一种提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法。该方法适用于各种成分的烧结钕铁硼磁体，方法包含低熔金属或合金晶界修复，重稀土元素晶界扩散以及对应热处理工艺。本发明首先利用合金低熔点的特性，优先扩散修复磁体表层不连续的晶界稀土相，获取连续的低熔点稀土相，再以此作为重稀土元素快速扩散的通道，有效提升重稀土元素在磁体中的扩散深度，并降低重稀土元素的用量，实现磁体矫顽力的提升，具有广泛的应用价值。

Description

一种提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法

技术领域

本发明属于稀土永磁材料技术领域，尤其涉及一种提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法。

背景技术

钕铁硼永磁凭借优异的磁性能，被称为“磁王”，广泛应用于航空航天、风力发电、节能家电、电子电器以及新能源汽车等领域。并且随着制造技术的不断进步和人们环保意识的提升，在节能环保、新能源、新能源汽车三大领域备受市场瞩目，成为实现“中国制造2025”发展规划的关键材料，其用量以每年10～20 %的速度快速增长，表现出良好的应用前景。

对于磁体而言，矫顽力是评价Nd-Fe-B永磁材料磁性能优劣的重要指标。而重稀土元素Dy、Tb作为矫顽力提升的重要元素，可有效提升2:14:1相磁晶各向异性常数，但是其价格高昂。因此一般通过重稀土元素Dy、Tb表面沉积扩散的方式来提升矫顽力，降低磁体制造成本，但重稀土元素由表向里浓度降幅较大，扩散深度较浅，性能提升幅度有限。

发明内容

本发明的目的提供一种提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法，利用低熔点金属或合金的特性修复磁体表层晶界，形成均匀连续低熔点富稀土相，并以此作为重稀土扩散通道，促进元素扩散深度及其速率，提升矫顽力，并节约制造成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法，包括如下步骤：

1）将磁体表面的氧化皮脱净，并烘干；

2）在真空度低于2×10 ^-3 Pa条件下，在磁体表面沉积低熔点纯金属或低熔点合金，沉积层的厚度为5-10um；

3）向磁体表面沉积重稀土Dy或Tb，沉积层的厚度；

4）将处理后的磁体放入回火炉，抽真空，真空度低于1×10 ^-3 Pa时，升温至660-880℃，保温3-8h；

5）升温至850-950℃，保温5-10h。

进一步，所述低温金属为Cu、Al、Zn、Mg、Sn中的一种。

进一步，所述低温金属为CuAl、CuSn、CuZn、CuMg、SnZn、MgAl、MgCu、MgZn、AlMgZn、CuAlMg中的一种。

进一步，步骤2）中采用蒸镀或磁控溅射在所述磁体表面沉积所述低熔点纯金属或低熔点合金。

进一步，步骤3）中在真空度低于2×10 ^-3 Pa的条件下采用蒸镀或磁控溅射在所述磁体表面沉积所述重稀土Dy或Tb。

进一步，步骤3）中在非真空环境下利用喷涂或电泳沉积向磁体表面沉积Dy或Tb的氧化物。

本发明的方案利用金属或者合金低熔点的特性，优先扩散修复磁体表层不连续的晶界稀土相，获取连续的低熔点稀土相，再以此作为重稀土元素的快速的扩散通道，有效提升重稀土元素在磁体中的扩散深度，并降低重稀土元素的用量，实现磁体矫顽力的提升，同时重稀土元素的用量也显著降低，该方法工艺简单，易于实现，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

实施例1

（1）将烧结好的钕铁硼磁体切片成20*30*5 mm的块体。

（2）将磁体在50℃的除油液中超声除油3 min，随后进行二次水洗，每次水洗时间为5-15 s。

（3）将磁体置于浓度3 %的硝酸溶液中晃动清洗，时间为10-20 s，取出后进行二次水洗，每次水洗时间为5-15 s，随后超声震荡处理，待观测到磁体表层氧化皮完全脱落后取出，进行烘干处理，烘干温度为40℃，烘干时间为20 min。也可以采用其他方式使磁体表层氧化皮完全脱落。

（4）在真空度低于2×10^-3 Pa时磁控溅射低熔点合金AlZn，沉积层厚度10μm。也可以用蒸镀方法沉积。通过控制磁控溅射的功率60-90W，时间30-60min，可以将沉积层厚度控制在5至10um。其中，低熔点金属指在300℃以下的金属及其合金；Cu、Al、Zn、Mg、Sn等金属或上述金属构成的CuAl、CuSn、CuZn、CuMg、SnZn、MgAl、MgCu、MgZn、AlMgZn、CuAlMg等低熔点合金。

（5）在真空度低于2×10^-3Pa时，利用蒸镀或磁控溅射技术向磁体表面沉积重稀土Dy；沉积时间为1-3分钟。也可以向磁体表面沉积重稀土Tb。还可以利用在非真空环境下利用喷涂或电泳沉积向磁体表面沉积氧化物Dy₂O₃或Tb的氧化物；沉积时间为1-3分钟。

（6）在真空度低于1×10^-3Pa的条件下，680℃保温8 h，随后再以900℃保温5 h，最终在500℃进行回火，回火时间为2 h。回火工艺中，一级回火温度应控制在660-880℃，时间3-8h之间；二级回火温度应控制在850-950℃，5-10h。本步骤实现了分级扩散：优先在较低温度下促使内层低熔金属扩散，修复磁体表层晶界，获取连续的低熔点富稀土相，再通过高温热处理诱发外层重稀土元素凭借修复好的晶界低熔点通道快速扩散，提升扩散速度及深度。实施例中稀土消耗量为 8.8 mg（磁控溅射）。

将上述工艺制得的试样用NIM-2000HF稀土永磁标测量装置进行磁性能检测，采用低熔合金修复扩散前后的磁体性能变化情况如表1所示。

表1 采用低熔合金修复扩散前后磁体性能变化情况

对比例1

利用低熔点合金对于磁体表面晶界的修复作用，实现重稀土元素沿晶的快速扩散。如实施例1所示，经过沉积与扩散制得磁体试样。不同之处在于：未采用步骤（4）低熔点金属或者合金的沉积，而是直接通过重稀土Dy或其氧化物Dy₂O₃的沉积与扩散制得磁体；稀土消耗量为12.6 mg（磁控溅射）；比实施例1多43%。未经低熔合金修复所制磁体试样磁性能如表2所示。

表2 未经低熔合金修复的磁体磁性能

通过实施例1与对比例1的磁性能结果可以看出，未经低熔点金属或合金修复磁体表层的试样尽管剩磁与磁能积未出现明显变化，但是矫顽力的提升幅度要低于低熔点合金修复的磁体。

对比例2

利用低熔点合金对于磁体表面晶界的修复作用，实现重稀土元素沿晶的快速扩散。如实施例1所示，经过沉积与扩散制得磁体试样。不同之处在于：未采用步骤（4）在真空度低于6×10^-3Pa时进行蒸镀或磁控溅射。低真空度条件下低熔合金沉积所制试样磁性能如表3所示。

表3 低真空度条件下低熔合金沉积所制试样磁性能

通过实施例1与对比例2的磁性能结果可以看出，在真空度较差的环境下，磁性能有所降低，这是因为沉积过程中低熔点合金发生氧化，不仅不利于晶界的修复，同时也阻碍后续重稀土元素的扩散，导致磁性能下降。

对比例3

利用低熔点合金对于磁体表面晶界的修复作用，实现重稀土元素沿晶的快速扩散。如实施例1所示，经过沉积与扩散制得磁体试样。不同之处在于：沉积的厚度分别为5 μm、15 μm。所制试样的磁性能如表4所示。

表4 不同低熔合金沉积厚度时磁体的磁性能

通过实施例1与对比例3的磁性能结果可以看出，低熔合金沉积厚度对于磁性能有较明显的影响，当厚度为10 μm时最为合适；而当厚度较低时，由于低熔点合金含量少，修复效果不显著，矫顽力未呈现明显的改善；当厚度较厚时，由于厚度阻碍了后续重稀土元素的扩散，矫顽力反而有所降低。

对比例4

利用低熔点合金对于磁体表面晶界的修复作用，实现重稀土元素沿晶的快速扩散。如实施例1所示，经过沉积与扩散制得磁体试样。不同之处在于：未采用步骤（6）热处理工艺为，在真空度低于1×10^-3Pa的条件下，860℃保温8 h，随后再以900℃保温5 h，最终在500℃进行回火，回火时间为2 h。所制高扩散修复温度的磁体试样磁性能如表5所示。

表5 高扩散修复温度的磁体试样磁性能

通过实施例1与对比例4的磁性能结果可以看出，热处理初始阶段即采用高的温度，会引起晶界通道未修复完毕的情况下开始重稀土元素的扩散，扩散的效率和深度显著降低，磁性能提升效果也随之下降。

与现有技术比，本发明的有益效果在于：

（1）利用金属或者合金低熔点的特性，优先扩散修复磁体表层不连续的晶界稀土相，获取连续的低熔点稀土相，再以此作为重稀土元素的快速的扩散通道，有效提升重稀土元素在磁体中的扩散深度，促进磁性能的提升。

（2）利用低熔点的流动修复晶界，提升重稀土在磁体中的扩散深度，还能有效降低重稀土元素的使用含量，降低磁体制造成本。

（3）本发明工艺简单，设备要求相对较低，可在原有晶界扩散设备基础上完成，具有大规模推广使用的前景。

上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。

Claims (6)

1.一种提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将磁体表面的氧化皮脱净，并烘干；

2）在真空度低于2×10^-3Pa条件下，在磁体表面沉积低熔点纯金属或低熔点合金，沉积层的厚度为5-10um；

3）向磁体表面沉积重稀土Dy或Tb，沉积层的厚度；

4）将处理后的磁体放入回火炉，抽真空，真空度低于1×10^-3Pa时，升温至660-880℃，保温3-8h；

5）升温至850-950℃，保温5-10h。

2.如权利要求1所述的提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法，其特征在于，所述低温金属为Cu、Al、Zn、Mg、Sn中的一种。

3.如权利要求1所述的提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法，其特征在于，所述低温金属为CuAl、CuSn、CuZn、CuMg、SnZn、MgAl、MgCu、MgZn、AlMgZn、CuAlMg中的一种。

4.如权利要求1所述的提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法，其特征在于，步骤2）中采用蒸镀或磁控溅射在所述磁体表面沉积所述低熔点纯金属或低熔点合金。

5.如权利要求1所述的提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法，其特征在于，步骤3）中在真空度低于2×10^-3Pa的条件下采用蒸镀或磁控溅射在所述磁体表面沉积所述重稀土Dy或Tb。

6.如权利要求1所述的提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法，其特征在于，步骤3）中在非真空环境下利用喷涂或电泳沉积向磁体表面沉积Dy或Tb的氧化物。