CN111554502A - 增压扩散热处理制备高矫顽力烧结钕铁硼的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于永磁材料领域,具体涉及一种增压扩散热处理制备高矫顽力烧结钕铁硼的方法。本方法具体过程包括:制备含重稀土元素Tb或Dy中一种或者两种的低熔点合金;将合金破碎成细粉并与有机溶剂混合成泥浆;将合金泥浆涂覆于洁净的烧结磁体表面至于热处理炉内;在特制的高温高压炉内充入一定量的高纯Ar气并保持压力热处理,最终制得增压扩散处理后的磁体。本方法制备的钕铁硼烧结磁体矫顽力较相同条件下未增压扩散的磁体更高,本申请在高温热处理的过程中,炉内施加等静压,提高重稀土元素的扩散效率,更高效地提高磁体矫顽力;实际生产过程可以适当减少扩散热处理的时间,有效的减少能耗,降低生产成本。

Description

增压扩散热处理制备高矫顽力烧结钕铁硼的方法
技术领域
本发明属于永磁材料领域,具体涉及一种增压扩散热处理制备高矫顽力烧结钕铁硼的方法。
背景技术
自20世纪80年代初Nd2Fe14B化合物发现以来,烧结Nd-Fe-B磁体已发展成为磁性最强、应用最广、消耗稀土最多的永磁材料。近些年来,清洁能源和可持续发展成为全球关注焦点,以风力发电、混合动力汽车、纯电动汽车等为代表的产业消耗大量的烧结Nd-Fe-B稀土永磁,而在这些清洁能源领域,需要磁体在较高的工作温度环境下服役。这就需要磁体具有较高的室温矫顽力,抵抗热退磁效应,从而保证磁体的高温磁性能。通常,提高磁体室温矫顽力Hcj最直接的方法就是添加重稀土元素Dy、Tb。因为,Dy2Fe14B(HA=15.0T)和Tb2Fe14B(HA=22.0T)相比于Nd2Fe14B(HA=7.3T)具有更高的磁晶各向异性场,重稀土元素Dy、Tb取代Nd2Fe14B硬磁性相晶格中的Nd,形成(Nd,Dy)2Fe14B或(Tb,Dy)2Fe14B可以有效地提高磁体的实际矫顽力。磁体的工作温度越高,磁体所需的室温矫顽力就越高,而对应的磁体所消耗的重稀土Dy、Tb元素的含量就越多。想要满足于电机马达等高温(~200℃)的工作要求环境,磁体中Dy、Tb的含量约占整个原材料的4at.%左右,而Dy、Tb在自然界的储量相对于Pr、Nd而言不到十分之一,价格也高出Pr、Nd十几倍。因此,怎么少用重稀土元素,大幅度提高磁体的矫顽力是关键。
晶界扩散的方法可以在保持磁体剩磁基本不变的条件下,有效的提高磁体的矫顽力。如专利CN201710573497.X,采用电泳沉积方法在钕铁硼磁体表面沉积重稀土化合物涂层,涂层主要为含重稀土的氧化物,硫化物或者氟化物,然后进行扩散处理和回火处理,制得低重稀土高矫顽力钕铁硼磁体。稀土氧化物熔点较高,氧化物高温较为稳定,热处理过程中,稀土原子从氧化物、硫化物或者氟化物中分离进入Nd2Fe14B晶格中的量较少,扩散效率有限。
专利CN201810507016.X,通过磁控溅射工艺在钕铁硼磁体粉末颗粒表面溅射一层稀土金属薄膜,然后经压制烧结以及扩散热处理,通过该方法制成的钕铁硼磁体在剩磁几乎不降低的情况下,矫顽力有了显著提高。但是磁控溅射过程较慢,对于批量生产而言,难以批量实现。且上述的方法扩散热处理过程都是采用真空条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增压扩散热处理制备高矫顽力烧结钕铁硼永磁材料的方法,在真空处理时,通过施加等静压,提高磁体的矫顽力和扩散效率。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种增压扩散热处理制备高矫顽力烧结钕铁硼的方法,包括如下步骤:
步骤(1):制备含重稀土元素Tb或Dy中一种或者两种的低熔点合金;
步骤(2):将制备的低熔点合金破碎成细粉并与有机溶剂混合成合金泥浆;
步骤(3):将合金泥浆涂覆于洁净的烧结磁体表面后,至于高温高压炉内充入高纯Ar气并保持压力热处理,最终制得钕铁硼磁体。
进一步的,所述步骤(1)中通过真空电弧熔炼或者感应熔炼制备含有重稀土元素的低熔点合金RaMb,其中R为Tb、Dy中的一种或者两种,M为Nd、Pr、Fe、Co、Ni、Ga、Al、Cu、Zn元素中的一种或几种,a、b满足以下关系:a>0,b>0。
进一步的,所述低熔点合金的熔点范围为500~1000℃。
进一步的,所述步骤(2)具体为:在惰性气体保护下将合金,进行粗破碎后,球磨或气流磨制备成细粉,并与有机溶剂或者熔融液态石蜡混合成泥浆。
进一步的,所述粗破碎具体为:在惰性气体手套箱中进行机械粗破碎过筛,获得平均颗粒尺寸±200μm的粗粉;
所述球磨具体为:将粗粉和无水乙醇混合装入球磨罐中,进行高能球磨。
进一步的,制成的细粉的尺寸为1~10μm;所述的有机溶剂为酒精或者汽油。
进一步的,所述步骤(3)压力热处理的参数具体为:升温至700~1000℃,并调整压力至1~20MPa,保温1~5h,随炉冷却到室温。
本发明与现有技术相比,其显著优点在于:
(1)通过在高温扩散过程中,炉内充入高压惰性气体,达到施加等静压的目的,相比于通常真空热处理方式而言,扩散效率更高;同样的热处理温度,可以有效的缩短热处理时间,降低能耗,节约成本;本发明通过增压扩散低熔点含重稀土合金的方法,磁体的矫顽力提升效果更为明显,扩散效率更高。
(2)采用含重稀土的低熔点合金粉末与有机物混合泥浆的涂覆的方式,添加重稀土扩散源,相对于电泳涂层,磁控溅射等手段,效率更高,因此能够在规模化生产中实现,且合金细粉由于尺寸效应,更容易参与化学反应,提高扩散效率。
(3)低熔点合金在扩散处理时熔融成液态,相比于纯稀土金属或者稀土化合物等高熔点物质而言,热处理温度较低,且易于参与反应,提高扩散反应效率。
具体实施方式
一种增压扩散热处理制备高矫顽力烧结钕铁硼永磁材料的方法,它的步骤为:
通过真空电弧熔炼或者感应熔炼制备含有重稀土元素的低熔点合金RaMb,其中R为Tb、Dy中的一种或者两种,M为Nd、Pr、Fe、Co、Ni、Ga、Al、Cu、Zn元素中的一种或几种,a、b满足一下关系:a>0,b>0;
将含有重稀土元素的低熔点合金,在惰性气体保护下进行粗破,再通过球磨或者气流磨,破碎成1~10μm的细粉;
将细粉与有机溶剂(优选酒精或者汽油)或者熔融液态石蜡均匀混合成泥浆;
将混合泥浆均匀涂覆于光洁磁体表面,并置于高温高压炉内;
高温高压炉抽真空后,并充入一定量的氩气,升温至700~1000℃,并调整压力至1~20MPa,保温1~5h,随炉冷却到室温,最终获得高矫顽力烧结钕铁硼磁体。
实施例1
步骤(1)通过电弧熔炼,制备Dy68Cu32at%合金,合金反复熔炼4遍,保证成分均匀性;
步骤(2)在惰性气体(Ar气)手套箱中进行机械粗破碎过筛,获得平均颗粒尺寸200μm左右的粗粉;
步骤(3)将粗粉和无水乙醇混合装入球磨罐中,进行高能球磨,获得平均粒度约为2μm的细粉泥浆。
步骤(4)将细粉泥浆涂覆于光洁块状磁体(2*2*2cm3)表面,同时至于高温高压炉内;
步骤(5)高温高压炉抽真空后,并充入一定量的氩气,升温至800℃,并调整压力至15MPa,保温3.5h,随炉冷却到室温,获得高矫顽力烧结钕铁硼磁体。
步骤(6)同样的工艺条件,放置一块涂覆后的磁体于高温高压炉中,不施加等静压,直接抽真空后加热至800℃,并保温3.5h热处理,随炉冷却到室温,作为对比样。
测试增压扩散样品和真空扩散对比样品的磁性能如下表1:
Figure BDA0002473493710000041
实施例2
步骤(1):通过感应熔炼,制备Pr33Dy35Cu32at%合金;
步骤(2):通过速凝甩带,将Pr33Dy35Cu32at%合金制备成快淬薄带并机械粗破碎成粒径小于5mm的粗粉;
步骤(3):通过N2气气流磨将合金粗粉研磨至平均粒径小于2μm的细粉;
步骤(4):将细粉和无水乙醇混合获得细粉泥浆;
步骤(5):将细粉泥浆涂覆于光洁块状磁体(2*2*2cm3)表面,同时至于高温高压炉内;
步骤(6):炉内抽真空后,并充入一定量的氩气,升温至650℃,并调整压力至15MPa,保温3.5h,随炉冷却到室温,获得高矫顽力烧结钕铁硼磁体。
步骤(7):同样的工艺条件,放置一块细粉泥浆涂覆后的磁体于炉内,不施加等静压,直接抽真空后加热至650℃,并保温3.5h热处理,随炉冷却到室温,作为对比样。
测试增压扩散样品和真空扩散对比样品的磁性能如下表2:
Figure BDA0002473493710000042
实施例3
步骤(1)通过电弧熔炼,制备Tb63Co37at%合金,合金反复熔炼4遍,保证成分均匀性;
步骤(2):在惰性气体(Ar气)手套箱中进行机械粗破碎过筛,获得平均颗粒尺寸200μm左右的粗粉;
步骤(3):将粗粉和无水乙醇混合装入球磨罐中,进行高能球磨,获得平均粒度约为2μm的细粉泥浆。
步骤(4):将细粉泥浆涂覆于光洁块状磁体(2*2*2cm3)表面,同时至于高温高压炉内;
步骤(5):高温高压炉抽真空后,并充入一定量的氩气,升温至850℃,并调整压力至10MPa,保温3h,随炉冷却到室温,获得高矫顽力烧结钕铁硼磁体。
步骤(6):同样的工艺条件,放置一块涂覆后的磁体于高温高压炉中,不施加等静压,直接抽真空后加热至850℃,并保温3h热处理,随炉冷却到室温,作为对比样。
测试增压扩散样品和真空扩散对比样品的磁性能如下表3:
Figure BDA0002473493710000051
综合上述实例可以说明,增压扩散可以提高磁体的磁性能,尤其是矫顽力。

Claims (7)

1.一种增压扩散热处理制备高矫顽力烧结钕铁硼的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤(1):制备含重稀土元素Tb或Dy中一种或者两种的低熔点合金;
步骤(2):将制备的低熔点合金破碎成细粉并与有机溶剂混合成合金泥浆;
步骤(3):将合金泥浆涂覆于洁净的烧结磁体表面后,至于高温高压炉内充入高纯Ar气并保持压力热处理,最终制得钕铁硼磁体。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)中通过真空电弧熔炼或者感应熔炼制备含有重稀土元素的低熔点合金RaMb,其中R为Tb、Dy中的一种或者两种,M为Nd、Pr、Fe、Co、Ni、Ga、Al、Cu、Zn元素中的一种或几种,a、b满足以下关系:a>0,b>0。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述低熔点合金的熔点范围为500~1000℃。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)具体为:在惰性气体保护下将合金,进行粗破碎后,球磨或气流磨制备成细粉,并与有机溶剂或者熔融液态石蜡混合成泥浆。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,
所述粗破碎具体为:在惰性气体手套箱中进行机械粗破碎过筛,获得平均颗粒尺寸±200μm的粗粉;
所述球磨具体为:将粗粉和无水乙醇混合装入球磨罐中,进行高能球磨。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,制成的细粉的尺寸为1~10μm;所述的有机溶剂为酒精或者汽油。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)压力热处理的参数具体为:升温至700~1000℃,并调整压力至1~20MPa,保温1~5h,随炉冷却到室温。
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