CN111354525A - 一种耐高温的钕铁硼磁体及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁材技术领域，更具体地说，其涉及一种耐高温的钕铁硼磁体，其按重量百分比计，由以下组分的元素组成：Nd：25.32%‑27.33%；Fe：65.85%‑68.54%；B：0.96%‑1.15%；9TM：5.0%‑6.5%，其中TM为Al、Cu、Co、Zr、V的总和；其制备方法为：S1、配料；S2、熔炼甩带；S3、氢破；S4、成粉：S5、压型；S6、烧结。本发明的钕铁硼磁体具有较高内禀矫顽力以及耐高温的优点；另外，本发明的制备方法具有操作简单、便于大批量生产的优点。

Description

一种耐高温的钕铁硼磁体及其生产工艺

技术领域

本发明涉及磁材技术领域，更具体地说，其涉及一种耐高温的钕铁硼磁体及其生产工艺。

背景技术

烧结钕铁硼磁体是当代磁性最强的永磁体，其具有高磁能积、高性价比等优异特性，现已应用于航空、航天、微波通讯技术、电子、电声、机电等领域中，但是随着永磁体应用范围的不断扩大，人们对其的需求也随之增大，在永磁体满足的设备型号的同时，对永磁体的适用温度也提出了挑战。

在实际使用中，常用磁体的最高工作温度作为磁体温度特性的度量标准之一，提高钕铁硼磁体工作温度主要集中在以下三个方面：提高磁体的居里温度Tc、提高磁体的内禀矫顽力Hcj和降低磁体的温度系数，而降低温度系数的主要方法是提高Tc和Hcj。

现有技术中，双合金法是提高钕铁硼磁体矫顽力的有效途径，即将主相合金与晶界相合金分别制备，按一定的配比混合，使晶界相均匀分散在主相周围，并通过烧结、回火等工艺制备所得。然而，主相(-0.515V)与富钕相(-0.65V)之间存在化学电动势差，以此使得不同相之间存在晶间腐蚀而影响钕铁硼磁体的耐腐蚀性，进而导致钕铁硼磁体矫顽力以及最高工作温度的改善程度有限。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种耐高温的钕铁硼磁体，其具有较高内禀矫顽力以及耐高温的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种耐高温的钕铁硼磁体，其具有操作简单、便于大批量生产优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种耐高温的钕铁硼磁体，按重量百分比计，由以下组分的元素组成：

Nd：25.32％-27.33％；

Fe：65.85％-68.54％；

B：0.96％-1.15％；

TM：5.0％-6.5％；

其中TM为Al、Cu、Co、Zr、V的总和。

通过采用上述技术方案，由于采用Al、Cu、Co、Zr、V，因此能够有效提高钕铁硼磁体的居里温度和内禀矫顽力，从而能够提高钕铁硼磁体的最高工作温度。

其中，Al是低熔点金属，为660.37℃，与Nd、Fe、B之间形成晶间副相，从而改进湿润性和抗蚀性；但是，Al的沸点高达2467.0℃，因此，在添加Ga和Al元素时，能够使钕铁硼磁体的液相温度降低，并且优化了钕铁硼磁料铺展和力学等诸多性能。另外，Al添加后使合金晶粒细化，同时使富Nd相和富B相的块度变小，其分布更加弥散，因而使合金的内禀矫顽力提高。

Cu也可与与Nd、Fe、B之间形成晶间副相，从而进一步改进湿润性和抗蚀性。

Co的添加能与Cu和Al配合，在性能上相互补偿，从而提升钕铁硼磁体的整体性能。另外，Co扩散进入主相晶粒表层区域，部分取代其中的Nd元素，形成(Nd，Co)FeB金属间化合物，提高晶粒表面结构缺陷区域的磁晶各向异性常数，是主相晶粒外延层产生磁硬化，从而显著提高磁体内禀矫顽力。

同时，Zr元素的加入，钕铁硼母合金中添加Zr元素，可以抑制α-Fe的生成，从而提高合金中的硬磁相的体积分数，同时还能细化晶粒，增强软磁相和硬磁相间的交换耦合作用。

V则起到细化阻止晶粒的作用。

进一步地，按重量百分比计，由以下组分的元素组成：

Nd：26.50％；

Fe：66.50％；

B：1.00％；

TM：6.0％；

其中TM为Al、Cu、Co、Zr、V的总和。

通过采用上述技术方案，优选配本发明钕铁硼磁体中带有Al、Cu、Co、Zr、V等元素，这样能够有效提高钕铁硼磁体的居里温度和矫顽力，从而能够提高钕铁硼磁体的最高工作温度。

进一步地，所述TM由重量比依次为的3:1:2:2:1的Al、Cu、Co、Zr、V组成。

通过采用上述技术方案，本发明在上述组分配比的基础上，将Al、Cu、Co、Zr、V按重量比为3:1:2:2:1进行配制时，能够有效提高钕铁硼磁材的居里温度和矫顽力，从而使得其能够较好的适用于较高的工作温度。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种上述钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料：

按上述比例称取相对应的组分；

S2、熔炼甩带：

将原料进行熔炼，将熔融液体倾倒在旋转的甩带金属棍表面，甩带得到甩带片；

S3、氢破：

将甩带片用氢气破碎，得到碎片；

S4、成粉：

将碎片在气流磨中磨成微粉；

S5、压型：

将微粉于氮气保护下进行混粉，微粉分散均匀后压制成型，得到钕铁硼毛坯；

S6、烧结：

将钕铁硼毛坯进行烧结，烧结温度为1000-1080℃，烧结时间为3-5h。

通过采用上述技术方案，本申请的钕铁硼磁体依次通过配料、熔炼甩带、氢破、压型和烧结制备而成，其整个步骤工序简单、操作方便，便于实现钕铁硼的批量生产，提高其生产效率。

进一步地，步骤S6中，烧结过程中充入氩气。

通过采用上述技术方案，氩气的充入可将在烧结过程中形成低氧环境，减少金属的氧化，保证钕铁硼磁体的优异性能。

进一步地，步骤S2中，甩带金属辊的面线速度为2-4m/s。

通过采用上述技术方案，制得的甩带片的厚度适当，便于其后续氢破成粒度均匀的微粉。

进一步地，步骤S6中，进行烧结之前，升温至300℃，保温1h后，再升温至750℃，保温1h。

通过采用上述技术方案，预先在300℃保温1h可作为预烧结温度，防止其直接升温导致烧结的钕铁硼出现裂缝。

进一步地，步骤S6中，进行烧结之后，于820-920℃回火2-3h，再于500℃-600℃回火3-5h。

通过采用上述技术方案，分段升温和分段回火的操作能够进一步提高钕铁硼磁体的内禀矫顽力，具有操作简单、效果优异的特点。

进一步地，步骤S4中，在气流磨过程中喷入抗氧化剂，所述抗氧化剂由苯并三氮唑、石油醚组成；所述苯并三氮唑、石油醚的体积比例分别为6-8％，92-94％。

通过采用上述技术方案，抗氧化剂在气流磨阶段能够均匀包覆磁粉，对被氧化的钕铁硼磁体组分及时还原，减少金属的锈蚀，进而保证各组分自身以及组分间的优异性能。其中，抗氧化剂苯并三氮唑和石油醚在烧结中可被燃烧分解，对钕果，使得制得的钕铁硼磁体具有优异的内禀矫顽力和耐高温性能。铁硼磁体的性能影响可以忽略不计，本申请按照上述比例配置的抗氧化剂能进一步有效提高钕铁硼磁体的烧结效果。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明采用在钕铁硼基材Nd、Fe、B中添加Al、Cu、Co、Zr、V，因此能够有效提高钕铁硼磁体的居里温度和内禀矫顽力，从而能够提高钕铁硼磁体的最高工作温度；

2、本发明中优选采用Al、Cu、Co、Zr、V按重量比为3:1:2:2:1进行配制，能够进一步有效提高钕铁硼磁材的居里温度和矫顽力，从而使得其能够适用于较高的工作温度；

3、本申请的钕铁硼磁体依次通过配料、熔炼甩带、氢破、压型和烧结制备而成，工序简单、操作方便，便于实现钕铁硼的批量生产；

4、本申请在制备钕铁硼磁体中，在气流磨过程中喷入抗氧化剂，能进一步有效提高钕铁硼磁体的烧结效果，使得制得的钕铁硼磁体具有优异的内禀矫顽力。

附图说明

图1是本发明提供的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种上述钕铁硼磁体的制备方法，参见图1，包括以下步骤：

S1、配料：

按比例称取相应的组分；

S2、熔炼甩带：

将原料进行熔炼，将熔融液体倾倒在旋转的甩带金属棍表面，甩带金属辊的面线速度为3m/s，甩带得到甩带片；

S3、氢破：

将甩带片用氢气破碎，得到碎片；

S4、成粉：

将碎片在气流磨中磨成微粉，并在气流磨过程中喷入抗氧化剂，喷入量为微粉重量的30％；其中，抗氧化剂由苯并三氮唑、石油醚组成，苯并三氮唑、石油醚的体积比例分别为7％，93％；

S5、压型：

将微粉于氮气保护下进行混粉，微粉分散均匀后压制成型，得到钕铁硼毛坯；

S6、烧结：

进行烧结之前，升温至300℃，保温1h后，再升温至750℃，保温1h；将钕铁硼毛坯进行烧结，烧结过程中充入氩气，烧结温度为1050℃，烧结时间为4h；进行烧结之后，于860℃回火2.5h，再于550℃回火4h。

实施例2-实施例4

实施例2-实施例4均在实施例1的方法基础上，对各组分、组分含量以及制备参数作出调整，具体调整情况参见下表一。

表一 实施例1-4的组分及组分含量表(单位为％)

实施例5-实施例7

实施例5-实施例7均在实施例1的方法基础上，对TM的具体组分配比作出调整。其中，实施例5中，TM由重量比依次为的1:1:1:1:1的Al、Cu、Co、Zr、V组成；实施例6中，TM由重量比依次为的3:1:2:1:1的Al、Cu、Co、Zr、V组成；实施例7中，TM由重量比依次为的2:1:2:1:1的Al、Cu、Co、Zr、V组成。

实施例8

本实施例在实施例1的方法基础上，在步骤S6中，烧结过程中未充入氩气。

实施例9

本实施例在实施例1的方法基础上，步骤S6中，直接升温至烧结温度。

实施例10

本实施例在实施例1的方法基础上，步骤S6中，进行烧结之后直接降温。

实施例11-14

实施例11-14均在实施例1的方法基础上，对抗氧化剂的具体组分配比作出调整。实施例11中，苯并三氮唑、石油醚的体积比例分别为6％，94％；实施例12中，苯并三氮唑、石油醚的体积比例分别为8％，92％；实施例13中，抗氧化剂全部为石油醚；实施例14中，未添加抗氧化剂。

对比例

对比例1

本对比例在实施例1的方法基础上，未添加Cu、Co、Zr、V。

对比例2

本对比例在实施例1的方法基础上，未添加Al、Co、Zr、V。

对比例3

本对比例在实施例1的方法基础上，未添加Al、Cu、Zr、V。

对比例4

本对比例在实施例1的方法基础上，未添加Al、Cu、Co、V。

对比例5

本对比例在实施例1的方法基础上，未添加Al、Cu、Co、Zr。

性能检测试验

将实施例1-14以及对比例1-5制得的钕铁硼磁体按GB/T 13560-2017的检测标准对矫顽力和居里温度进行测定，检测结果参见下表二。

表二 实施例1-14以及对比例1-5的检测结果

综上，结合表二中实施例1-14和对比例1-5的检测结果可得，本发明制得的钕铁硼磁材具有优良的居里温度和矫顽力，能够适用于较高的工作温度中，其制备方法简单，便于大批量生产。

将实施例1与实施例5-7的检测结果进行比较，可以得到，TM由重量比依次为的3:1:2:2:1的Al、Cu、Co、Zr、V组成时，能够有效提高钕铁硼磁材的居里温度和矫顽力。

将实施例1与实施例8-10的检测结果进行比较，可以得到，本申请分段升温和分段回火的操作能够进一步提高钕铁硼磁体的内禀矫顽力，同时可防止钕铁硼磁体产生裂缝，提高钕铁硼磁体成品的完整度，具有操作简单、效果优异的特点。

将实施例1与实施例11-14的检测结果进行比较，可以得到，本申请使用的抗氧化剂由苯并三氮唑、石油醚组成、且苯并三氮唑、石油醚的体积比例分别为6-8％，92-94％时，能进一步有效提高钕铁硼磁体的烧结效果，使得制得的钕铁硼磁体具有优异的内禀矫顽力和耐高温性能。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种耐高温的钕铁硼磁体，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分的元素组成：

Nd：25.32％-27.33％；

Fe：65.85％-68.54％；

B：0.96％-1.15％；

TM：5.0％-6.5％；

其中TM为Al、Cu、Co、Zr、V的总和。

2.根据权利要求1所述的钕铁硼磁体，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分的元素组成：

Nd：26.50％；

Fe：66.50％；

B：1.00％；

TM：6.0％；

其中TM为Al、Cu、Co、Zr、V的总和。

3.根据权利要求1所述的钕铁硼磁体，其特征在于，Al、Cu、Co、Zr、V的重量比为3:1:2:2:1。

4.一种权利要求1-3任一项所述的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、配料：

按上述比例称取相对应的组分；

S2、熔炼甩带：

将原料进行熔炼，将熔融液体倾倒在旋转的甩带金属棍表面，甩带得到甩带片；

S3、氢破：

将甩带片用氢气破碎，得到碎片；

S4、成粉：

将碎片在气流磨中磨成微粉；

S5、压型：

将微粉于氮气保护下进行混粉，微粉分散均匀后压制成型，得到钕铁硼毛坯；

S6、烧结：

将钕铁硼毛坯进行烧结，烧结温度为1000-1080℃，烧结时间为3-5h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S6中，烧结过程中充入氩气。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，甩带金属辊的面线速度为2-4m/s。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S6中，进行烧结之前，升温至300℃，保温1h后，再升温至750℃，保温1h。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S6中，进行烧结之后，于820-920℃回火2-3h，再于500℃-600℃回火3-5h。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，在气流磨过程中喷入抗氧化剂，所述抗氧化剂由苯并三氮唑、石油醚组成；所述苯并三氮唑、石油醚的体积比例分别为6-8％，92-94％。

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