CN109903986A - 一种提高钕铁硼磁体矫顽力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钕铁硼制备工艺，具体涉及一种提高钕铁硼磁体矫顽力的方法，包括：(1)以耐火纤维纸做渗材载体，将渗材微粉均匀喷涂在耐火纤维纸上；(2)将钕铁硼磁片和喷涂过渗材的纤维纸层片相间堆叠，放在真空烧结炉中进行回火处理即得矫顽力提高的钕铁硼磁体；所述耐火纤维纸选自陶瓷、硅酸铝或氧化铝耐火纤维纸；本发明的有益效果在于所用喷涂设备和耐火纸成本低，有利于节省钕铁硼的生产成本，耐火纸上的纤维与渗材结合力较强，且携带渗材的纤维纸不用单独在工段间频繁转换，所以渗材在工段转换间脱落的几率大大减小，并且由于磁片间加了一层耐火纸，保证相邻磁片在较高温度回火后不发生粘结。

Description

一种提高钕铁硼磁体矫顽力的方法

技术领域

本发明涉及一种钕铁硼制备工艺，具体涉及一种提高钕铁硼磁体矫顽力的方法。

背景技术

烧结钕铁硼作为一类基础的功能材料，由于其具有优异的磁性能被广泛应用在电动车、混合动力车、风力发电、变频空调、医疗设备、电梯、音响设备和矿物分选等领域。近年来，烧结钕铁硼由于其具有优异的磁性能被大量应用在电动汽车和混合动力汽车中，钕铁硼磁体想要更加广泛的应用在新能源汽车上，要适应长期处于150℃以上的工作环境。然而，低的温度稳定性导致钕铁硼磁体较难长期在较高的温度使用，但是提高钕铁硼磁体的室温矫顽力又是确保磁体在高温时仍具有较高矫顽力的必要条件。

提高钕铁硼磁体室温矫顽力的方法主要有细化晶粒和添加重稀土元素两种，其中细化晶粒主要是通过减少晶粒的退磁场或散磁场来提高钕铁硼磁体的矫顽力，添加重稀土元素主要靠提高磁体的磁晶各向异性来提高磁体的矫顽力。细化晶粒和生产设备有关，要进一步的细化晶粒只能更新换代新的设备，成本极高。添加重稀土元素主要有配料时代替Pr/Nd金属、双合金和晶界扩散三种方式，其中替代Pr/Nd金属添加属于大块状添加方式，双合金属于晶粒尺寸的添加，而晶界扩散属于原子级别的扩散添加，所以，从添加的尺度上来讲，晶界扩散属于重稀土元素添加最少、添加量最精确的添加方式。

为了将晶界扩散工艺产业化，研究者们将纯重稀土元素、重稀土氟化物、重稀土氧化物和稀土合金作为渗材对钕铁硼磁体进行晶界扩散，主要采用镀膜的方法将以上渗材镀到钕铁硼磁体上，然后通过对镀膜的磁体进行热处理来完成晶界扩散工艺。然而目前的镀膜方法存在诸多弊端，比如：中国专利CN102280240和CN105755441采用磁控溅射的方法将渗材镀到钕铁硼磁体表面，其磁控溅射设备较贵，不适用于中小企业引进；中国专利CN106876072将渗材通过电泳沉积的方法镀到钕铁硼磁体上，其工序复杂，可控性低；中国专利CN109003799采用喷涂的方法对钕铁硼磁体镀渗材膜，其镀层结合力弱，在生产过程中容易脱落；中国专利CN105489334直接将重稀土合金片叠放在钕铁硼磁片表面，然后进行热处理扩散，这种方法目前只停留在实验室阶段，而且若在两块钕铁硼中间放置重稀土合金片的话容易导致两块钕铁硼磁片粘结。

发明内容

本发明主要提供一种晶界扩散提高钕铁硼磁体矫顽力的方法，克服目前现有晶界扩散技术中所存在的问题和不足。

具体，本发明所述的提高钕铁硼磁体矫顽力的方法，其特征在于，包括：

(1)以耐火纤维纸做渗材载体，将渗材微粉均匀喷涂在耐火纤维纸上；

(2)将钕铁硼磁片和喷涂过渗材的纤维纸层片相间堆叠，放在真空烧结炉中进行回火处理即得矫顽力提高的钕铁硼磁体；

所述耐火纤维纸选自陶瓷、硅酸铝或氧化铝耐火纤维纸。

其中，步骤(1)，优选的：

所述渗材选自步骤(1)所述渗材选自DyF、TbF、DyFe、DyO、TbO或Dy/TbXMy中的一种或两种以上的组合，M选自Fe、Ni、Cu、Al、Ga的一种或两种以上的组合。

所述渗材微粉为用渗材添加溶剂在高能球磨机中球磨而成，所述溶剂选自乙醇、乙醚或石油醚，所述渗材粒度为3～10um。

所述渗材和溶剂的重量比为1：1～1：2，优选1：1～1：1.5。

所述耐火纤维纸上所喷涂的单位面积内的渗材质量为5～20mg/cm²，优选5～10mg/cm²。

步骤(2)，优选的：

所述钕铁硼磁片切片成厚度为2～9mm厚的钕铁硼磁片，步骤(1)所述耐火纤维纸剪裁成大于等于磁片大小，所述耐火纤维纸优选厚度为0.2～0.5mm。

步骤(2)所述钕铁硼磁片切片而成，切片后硝酸酸洗出去磁片表面油污锈渍，氮气或氩气气体氛围下烘干备用。

步骤(1)所述耐火纤维纸在惰性气体氛围下烘干备用。

惰性气体为氮气或氩气，优选烘干10～30min。

最上层和最下层的耐火纤维纸只贴磁片的一面喷涂渗材。

优选的，步骤(2)采用二级回火的方式，在700～1000℃范围内一级回火，保温时间为3～8h；二级回火温度为450～500℃，保温时间为3～5h。

更进一步的，回火后的磁体进一步清洗，优选在超声波清洗机中清洗2～8h。

本发明将选自DyF、TbF、DyFe、DyO、TbO或Dy/TbXMy中的一种或两种以上的组合，M选自Fe、Ni、Cu、Al、Ga的一种或两种以上的组合的渗材喷涂在耐火纤维纸载体上，热处理将重稀土元素通过晶界相扩散到磁体内部，在晶粒外围形成高磁晶各向异性的壳状结构，在尽可能小的减少剩磁的情况下有效的提高了磁体的矫顽力。

本发明的有益效果在于：(1)本发明所用喷涂设备和耐火纸成本低，有利于节省钕铁硼的生产成本；(2)耐火纸上的纤维与渗材结合力较强，且携带渗材的纤维纸不用单独在工段间频繁转换，所以渗材在工段转换间脱落的几率大大减小；(3)由于磁片间加了一层耐火纸，保证相邻磁片在较高温度回火后不发生粘结。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为钕铁硼磁片和喷涂过渗材微粉的耐火纤维纸层片堆叠图

图中：1、喷涂过渗材微粉的耐火纤维纸；2、切片酸洗过的钕铁硼磁片

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整、详细地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明众多实施例中的一部分，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下，对本发明作出的任何变形的技术方案，都在本发明的保护范围之内。

实施例1

(1)取N48牌号的烧结好的钕铁硼磁体切片成12mm×12mm×2mm规格的磁片，硝酸酸洗后在氮气气体氛围下烘干待用；

(2)取陶瓷纤维纸剪裁成50mm×50mm×0.2mm尺寸的片做渗材载体，在氮气气体下烘干10min待用；

(3)将氟化铽(TbF)和乙醇按照重量比1：1混合后在高能球磨机中球磨到粒度为3～10um之间；

(4)将氟化铽(TbF)粉均匀喷涂到陶瓷耐火纤维纸的两面上，其单位面积渗材的质量为10mg/cm²，50mm×50mm×0.2mm的陶瓷耐火纤维纸双面喷涂质量之和为250mg；

(5)将硝酸酸洗烘干过的磁片和喷涂过的陶瓷耐火纤维纸层片相间的上下叠放开，磁片和喷涂过渗材的耐火纤维纸堆叠方式如图1所示，后在真空烧结炉中两级回火热处理；一级回火在700～850℃保温3～5小时后快速冷却到70℃以下，后二级回火在450～500℃保温3～5小时后冷却到室温取出；

(6)将进行晶界扩散工艺后的磁片放入超声波清洗机中清洗3h后取出测磁性能，见表1：

表1

实施例2

(1)取N48牌号的烧结好的钕铁硼磁体切片成12mm×12mm×2mm规格的磁片，硝酸酸洗后在氮气气体氛围下烘干待用；

(2)取陶瓷纤维纸剪裁成50mm×50mm×0.2mm尺寸的片做渗材载体，在氮气气体下烘干10min待用；

(3)将氟化铽(TbF)和乙醇按照重量比1：1混合后在高能球磨机中球磨到粒度为3～10um之间；

(4)将氟化铽(TbF)粉均匀喷涂到陶瓷耐火纤维纸的两面上，其单位面积渗材的质量为10mg/cm²，50mm×50mm×0.2mm的陶瓷耐火纤维纸双面喷涂质量之和为250mg；

(5)将硝酸酸洗烘干过的磁片和喷涂过的陶瓷耐火纤维纸层片相间的上下叠放开，磁片和喷涂过渗材的耐火纤维纸堆叠方式如图1所示，后在真空烧结炉中两级回火热处理；一级回火在850～1000℃保温3～5小时后快速冷却到70℃以下，后二级回火在450～500℃保温3～5小时后冷却到室温取出；

(6)将进行晶界扩散工艺后的磁片放入超声波清洗机中清洗3h后取出测磁性能，见表1：

渗TbF

尺寸

Br

Hcb

Hcj

BH(max)

方形度

单位

mm

KGs

KOe

KOe

MGOe

％

N48

12×12×2

13.98

13.47

21.41

48.39

84.9

表2

实施例3

(1)取N48牌号的烧结好的钕铁硼磁体切片成12mm×12mm×9mm规格的磁片，硝酸酸洗后在惰性气体氛围下烘干待用；

(2)取陶瓷纤维纸剪裁成50mm×50mm×0.5mm尺寸的片做渗材载体，在惰性气体下烘干10min待用；

(3)将氟化铽(TbF)和乙醇按照重量比1：1混合后在高能球磨机中球磨到粒度为3～10um之间；

(4)将氟化铽(TbF)粉均匀喷涂到陶瓷耐火纤维纸的两面上，其单位面积渗材的质量为10mg/cm²，50mm×50mm×0.5mm的陶瓷耐火纤维纸双面喷涂质量之和为250mg；

(5)将硝酸酸洗烘干过的磁片和喷涂过的陶瓷耐火纤维纸层片相间的上下叠放开，磁片和喷涂过渗材的耐火纤维纸堆叠方式如图1所示，后在真空烧结炉中两级回火热处理；一级回火在700～850℃保温5～8小时后快速冷却到70℃以下，后二级回火在505℃保温3～5小时后冷却到室温取出；

(6)将进行晶界扩散工艺后的磁片放入超声波清洗机中清洗3h后取出测磁性能，见表3：

渗TbF

尺寸

Br

Hcb

Hcj

BH(max)

方形度

单位

mm

KGs

KOe

KOe

MGOe

％

N48

12×12×5

13.95

13.08

16.9

47.18

88.3

表3

实施例4

(1)取N48牌号的烧结好的钕铁硼磁体切片成12mm×12mm×9mm规格的磁片，硝酸酸洗后在惰性气体氛围下烘干待用；

(2)取陶瓷纤维纸剪裁成50mm×50mm×0.5mm尺寸的片做渗材载体，在惰性气体下烘干10min待用；

(3)将氟化铽(TbF)和乙醇按照重量比1：1混合后在高能球磨机中球磨到粒度为3～10um之间；

(4)将氟化铽(TbF)粉均匀喷涂到陶瓷耐火纤维纸的两面上，其单位面积渗材的质量为10mg/cm²，50mm×50mm×0.5mm的陶瓷耐火纤维纸双面喷涂质量之和为250mg；

(5)将硝酸酸洗烘干过的磁片和喷涂过的陶瓷耐火纤维纸层片相间的上下叠放开，磁片和喷涂过渗材的耐火纤维纸堆叠方式如图1所示，后在真空烧结炉中两级回火热处理；一级回火在850～1000℃保温5～8小时后快速冷却到70℃以下，后二级回火在450～500℃保温3～5小时后冷却到室温取出；

(6)将进行晶界扩散工艺后的磁片放入超声波清洗机中清洗3h后取出测磁性能，见表4：

渗TbF

尺寸

Br

Hcb

Hcj

BH(max)

方形度

单位

mm

KGs

KOe

KOe

MGOe

％

N48

12×12×5

13.97

13.06

16.91

47.15

89.0

表4

实施例5

(1)取N48牌号的烧结好的钕铁硼磁体切片成12mm×12mm×5mm规格的磁片，硝酸酸洗后在惰性气体氛围下烘干待用；

(2)取氧化铝纤维纸剪裁成50mm×50mm×0.2mm尺寸的片做渗材载体，在惰性气体下烘干10min待用；

(3)将镝铁(DyFe)和乙醇按照重量比1：2混合后在高能球磨机中球磨到粒度为3～10um之间；

(4)将镝铁(DyFe)粉均匀喷涂到氧化铝耐火纤维纸的两面上，其单位体积渗材的质量为10mg/cm²，50mm×50mm×0.2mm的氧化铝耐火纤维纸双面喷涂质量之和为250mg；

(5)将硝酸酸洗烘干过的磁片和喷涂过的氧化铝耐火纤维纸层片相间的上下叠放开，具体方式如图1所示；后在真空烧结炉中两级回火热处理；一级回火在900℃保温5小时后快速冷却到70℃以下，后二级回火在505℃保温3小时后冷却到室温取出；

(6)将进行晶界扩散工艺后的磁片放入超声波清洗机中清洗3h后取出测磁性能，见表5：

渗DyFe

尺寸

Br

Hcb

Hcj

BH(max)

方形度

单位

mm

KGs

KOe

KOe

MGOe

％

N48

12×12×5

14.04

13.18

18.28

47.82

86.9

表5

实施例6

(1)取N48牌号的烧结好的钕铁硼磁体切片成12mm×12mm×5mm规格的磁片，酸洗后在氮气气体氛围下烘干待用；

(2)取氧化铝纤维纸剪裁成50mm×50mm×0.2mm尺寸的片做渗材载体，在氮气气体下烘干10min待用；

(3)将镝铁(DyFe)和石油醚按照重量比1：2混合后在高能球磨机中球磨到粒度为3～10um之间；

(4)将镝铁(DyFe)粉均匀喷涂到氧化铝耐火纤维纸的两面上，其单位体积渗材的质量为10mg/cm²，50mm×50mm×0.2mm的氧化铝耐火纤维纸双面喷涂质量之和为250mg；

(5)将硝酸酸洗烘干过的磁片和喷涂过的氧化铝耐火纤维纸层片相间的上下叠放开，具体方式如图1所示；后在真空烧结炉中两级回火热处理；一级回火在900℃保温5小时后快速冷却到70℃以下，后二级回火在505℃保温3小时后冷却到室温取出；

(6)将进行晶界扩散工艺后的磁片放入超声波清洗机中清洗3h后取出测磁性能，见表6：

渗DyFe

尺寸

Br

Hcb

Hcj

BH(max)

方形度

单位

mm

KGs

KOe

KOe

MGOe

％

N48

12×12×5

14.09

13.27

18.19

48.35

87.2

表6

对比例1

(1)取N48牌号的烧结好的钕铁硼磁体切片成12×12×5mm规格的磁片，硝酸酸洗后在惰性气体氛围下烘干待用；

(2)将硝酸酸洗烘干过的磁片叠放在一起，后在真空烧结炉中两级回火热处理；一级回火在700～850℃保温3～5小时后快速冷却到70℃以下，后二级回火在450～500℃保温3～5小时后冷却到室温取出；

(3)将进行晶界扩散工艺后的磁片放入超声波清洗机中清洗3h后取出测磁性能，见表7：

无渗材

尺寸

Br

Hcb

Hcj

BH(max)

方形度

单位

mm

KGs

KOe

KOe

MGOe

％

N48

12×12×5

13.85

12.44

13.84

48.91

89.5

表7

Claims (10)

1.一种提高钕铁硼磁体矫顽力的方法，其特征在于，包括：

(1)以耐火纤维纸做渗材载体，将渗材微粉均匀喷涂在耐火纤维纸上；

(2)将钕铁硼磁片和喷涂过渗材的纤维纸层片相间堆叠，放在真空烧结炉中进行回火处理即得矫顽力提高的钕铁硼磁体；

所述耐火纤维纸选自陶瓷、硅酸铝或氧化铝耐火纤维纸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述渗材选自DyF、TbF、DyFe、DyO、TbO或Dy/TbXMy中的一种或两种以上的组合，M选自Fe、Ni、Cu、Al、Ga的一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述渗材微粉为用渗材添加溶剂在高能球磨机中球磨而成，所述溶剂选自乙醇或石油醚，所述渗材粒度为3～10um。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述渗材和溶剂的重量比为1：1～1：2，优选1：1～1：1.5。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述耐火纤维纸上所喷涂的单位面积内的渗材质量为5～20mg/cm²，优选5～10mg/cm²。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述钕铁硼磁片切片成厚度为2～9mm厚的钕铁硼磁片，耐火纤维纸剪裁成大于等于磁片大小，耐火纤维纸优选厚度为0.2～0.5mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述钕铁硼磁片切片而成，切片后硝酸酸洗除去表面的油污锈渍，惰性气体氛围下烘干；步骤(1)所述耐火纤维纸也在惰性气体氛围下烘干备用。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中最上层和最下层的耐火纤维纸只喷涂贴近钕铁硼磁片的一面。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)采用二级回火的方式，在700～1000℃范围内一级回火，保温时间为3～8h；二级回火温度为450～500℃，保温时间为3～5h。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于回火后的磁体进一步清洗，优选在超声波清洗机中清洗2～8h。