CN111681867A - 钕铁硼磁粉及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及永磁材料技术领域，公开了钕铁硼磁粉及其制备方法与应用。钕铁硼磁粉的制备方法，包括：球磨处理：将粗钕铁硼合金粉置于球磨机中，以料球比1:6～10进行球磨，球磨转速为100～200rpm，球磨时间为2～4h；将粗钕铁硼合金粉置于球磨机的同时还一同加入可淹没料球的有机溶剂，有机溶剂包括体积比为1:5～20的油酸和正庚烷。上述制备方法以低能球磨的方式结合加入特定的有机溶剂减少球磨过程对磁粉造成的损伤，可保证磁粉细化的同时保持高的矫顽力。钕铁硼磁粉，通过上述方法制得，适合应用于汽车零部件、电子或电气设备中。

Description

钕铁硼磁粉及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及稀土永磁材料技术领域，具体而言，涉及钕铁硼磁粉及其制备方法与应用。

背景技术

粘结钕铁硼磁体具有一系列突出优点：它各种形状高，不变形，无需二次加工；形态自由度大，可根据使用需求，造成各种符合要求的产品；便于大批量自动化生产；机械强度高等。因而，粘结钕铁硼磁体制品常用于一些精密、小型化的领域，如汽车零部件、电子、电气设备等。但是，粘结钕铁硼磁体的磁性能低，这一缺点制约着粘结钕铁硼磁体的应用，也影响着粘结钕铁硼磁体的发展。在相同体积下，具有优异磁性能的磁体，有更高的磁能积和能量密度。改善和提高粘结钕铁硼磁体的磁性能有着重大意义，这是充分利用和发挥材料性能的表现，也是节能环保的重要手段，这将推动仪器仪表、电声电机、磁选磁化等设备的轻量化、小型化、薄型化。

用来制造粘结钕铁硼磁粉的常用方法有以下几种，即熔体快淬法、HDDR法、气体喷雾法、机械合金化法。机械合金法成本低，实验设备简单，被广泛运用于小型实验室、工厂等。机械合金化法是先将钕铁硼合金破碎成粗粉，然后进行长时间的球磨处理，根据球磨工艺的不同可得到磁性能不同的产物。此外，不同的原材料具有不同的组织结构，其在球磨过程中破碎机理或将不同，这将影响着球磨产物的磁性能和微观组织形貌。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供钕铁硼磁粉及其制备方法与应用，以改善背景技术提到的至少一种问题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种钕铁硼磁粉的制备方法，包括：

球磨处理：将粗钕铁硼合金粉置于球磨机中，以料球比1:6～10进行球磨，球磨转速为100～200rpm，球磨时间为2～4h；将所述粗钕铁硼合金粉置于球磨机的同时还一同加入可淹没料球的有机溶剂，所述有机溶剂包括体积比为1:5～20的油酸和正庚烷。

在可选的实施方式中，在球磨处理前还包括制备粗钕铁硼合金粉：

将钕铁硼合金带材破碎得到粗钕铁硼合金粉；

在可选的实施方式中，将所述钕铁硼合金带材破碎过目数大于或等于300目的筛得到所述粗钕铁硼合金粉；

在可选的实施方式中，研磨过程中加入的氧化锆球直径为2～7mm。

在可选的实施方式中，在制备粗钕铁硼合金粉之前还包括钕铁硼合金带材热处理：

将钕铁硼合金带材置于温度为450～950℃下热处理10～30min。

在可选的实施方式中，在制备粗钕铁硼合金粉之前还包括真空快淬制备带材：

将金属粉末原料置于真空单辊快淬炉中，抽真空至小于或等于10^-3Pa，加热使原料熔化，熔化后保温1～2min，在保护气体气氛下，以线速度40～45m/s的辊速制备所述钕铁硼合金带材。

在可选的实施方式中，所述钕铁硼磁粉元素组成包括：钕、铁、钴和硼；

在可选的实施方式中，钕铁硼磁粉的化学通式为Nd₁₄Fe_80-xCo_xB₆，其中0＜x≤5。

在可选的实施方式中，钕铁硼磁粉中元素组成包括：钕、铁、硼和镓；

在可选的实施方式中，钕铁硼磁粉的化学通式为Nd₁₄Fe₈₀B_6-yGa_y，其中0＜y≤0.5。

在可选的实施方式中，钕铁硼磁粉中元素组成包括：钕、铁、钴、硼和镓；

在可选的实施方式中，钕铁硼磁粉的化学通式为Nd₁₄Fe_80-xCo_xB_6-yGa_y，其中0＜x≤5，其中0＜y≤0.5。

在可选的实施方式中，球磨处理后包括：

将球磨得到的产物清洗，然后干燥。

第二方面，本发明实施例提供一种钕铁硼磁粉，采用上述任一实施方式提供的制备方法制得。

第三方面，本发明实施例提供钕铁硼磁粉在汽车零部件、电子或电气设备中的应用。

本发明具有以下有益效果：

油酸可以包裹住磁粉，减少磁粉受到的机械损伤，也能减少磁粉的非晶化和氧化，油酸十分粘稠，流动性差，正庚烷能有效分散油酸，使油酸更好地包覆磁粉。本发明通过优化球磨过程对钕铁硼合金粉进行球磨，采用合适的料球比、球磨转速和球磨时间以低能球磨的方式结合加入特定的有机溶剂减少球磨过程对磁粉造成的损伤，可保证磁粉细化的同时保持高的矫顽力。制得的磁粉适合应用于汽车零部件、电子或电气设备中。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对发明实施例提供的钕铁硼磁粉及其制备方法与应用进行具体说明。

本发明实施例提供的钕铁硼磁粉的制备方法，包括：

球磨处理：将粗钕铁硼合金粉置于球磨机中，以料球比1:6～10进行球磨，球磨转速为100～200rpm，球磨时间为2～4h；将所述粗钕铁硼合金粉置于球磨机的同时还一同加入有机溶剂，所述有机溶剂包括体积比为1:5～20的油酸和正庚烷。

对于晶粒细小、分布均匀、有明确分布的晶间相的钕铁硼稀土永磁，其在球磨过程中，并没有太多沿脆性晶间相的断裂发生，而是更多地发生穿晶断裂，使得原始基体产生大量缺陷；对于晶粒相对粗大的、具有一定织构的原始基体，其更容易在晶间的脆性相处优先发生断裂。随着球磨时间、球磨能量的改变，基体缺陷的产生量和断裂的完成程度都将受到相应的影响，从而影响磁粉的磁性能。

油酸可以包裹住磁粉，减少磁粉受到的机械损伤，也能减少磁粉的非晶化和氧化，油酸十分粘稠，流动性差，正庚烷能有效分散油酸，使油酸更好地包覆磁粉。在本申请中，通过优化球磨过程对钕铁硼合金粉进行球磨，采用合适的料球比、球磨转速和球磨时间以低能球磨的方式结合加入特定的有机溶剂减少球磨过程对磁粉造成的损伤，可保证磁粉细化的同时保持高的矫顽力。

该制备方法具体包括：

S1、真空快淬制备带材

优选地，钕铁硼磁粉的元素组成包括钕、铁、钴和硼。钕铁硼磁粉中掺入少量钴，Co-Fe形成的化学键强度高于Fe-Fe之间的化学键，高温环境下Co-Fe键更稳定，从而磁体温度稳定性更好。更优选地，由于不同配比组成的原材料适合的球磨工艺均是不同的，为保证在掺入钴后制备原料组成更适合以本发明实施方式中提供的球磨方式进行球磨，而制得性能更好的钕铁硼磁粉，钕铁硼磁粉的结构通式为：Nd₁₄Fe_80-xCo_xB₆，其中0＜x≤5。

优选地，钕铁硼磁粉中元素组成包括：钕、铁、硼和镓。少量Ga的添加能增加富钕相的润湿性，优化钕铁硼磁体微观组织，提高磁体的矫顽力。更优选地，由于不同配比组成的原材料适合的球磨工艺均是不同的，为保证在掺入镓后制备原料组成更适合以本发明实施方式中提供的球磨方式进行球磨，而制得性能更好的钕铁硼磁粉，钕铁硼磁粉的结构通式为：Nd₁₄Fe₈₀B_6-yGa_y，其中0＜y≤0.5。

进一步优选地，钕铁硼磁粉中元素组成包括：钕、铁、钴、硼和镓；更优选地，为保证以本申请提供的制备方法制得的钕铁硼磁粉的性能达到最佳，钕铁硼磁粉的化学通式为Nd₁₄Fe_80-xCo_xB_6-yGa_y，其中0＜x≤5，其中0＜y≤0.5。

按照上述的各结构通式中各元素配比备料。

将配好的混合金属粉末原料置于高真空单辊快淬炉中，抽真空至小于或等于10^{- 3}Pa，加热使原料熔化，熔化后保温1～2min，在保护气体气氛下，以线速度40～45m/s的辊速制备所述钕铁硼合金带材。保护气体选择本领域常用的氩气。

线速度40～45m/s较高，高的铜辊线速度便于形成纳米级钕铁硼晶粒，从而提高磁体矫顽力。但线速度不宜超过上述要求的范围，若线速度过高，会产生非晶，导致磁性能降低。

S2、钕铁硼合金带材热处理

将制得的钕铁硼合金带材置于温度为450～950℃下热处理10～30min，以清除合金带材中的非晶相。热处理温度不宜过高，时间不宜过长，防止钕铁硼晶粒长大而降低磁性能。而当热处理温度为550℃时热处理效果最佳。

S3、制备粗钕铁硼合金粉

将制备热处理后的钕铁硼合金带材置于手套箱中粗破碎后，过目数大于或等于300目的筛子得到粗钕铁硼合金粉。

S4、球磨处理

称取一定量的粗钕铁硼合金粉、直径2～7mm(通常一般选用3mm)的氧化锆球以及可淹没料球的有机溶剂混合均匀，封罐后，置入QM-3SP2行星球磨机中。以料球比1:6～10进行球磨，球磨转速为100～200rpm，球磨时间为2～4h。加入的有机溶剂包括体积比为1:5～20的油酸和正庚烷。

S5、磁粉清洗

将球磨处理后得到的磁粉用酒精洗涤清除残留的有机溶剂，并干燥处理。得到具有优良矫顽力的钕铁硼磁粉。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

(1)采用纯度为99.9％的稀土钕、铁硼、钴镓和纯铁为原料，以Nd₁₄Fe_75.5Co_4.5B_5.6Ga_0.4(原子数比)配料。

(2)将上述配好的原料放入高真空单辊快淬炉中，抽真空至10^-3Pa及以下，加热熔化各原材料，并保温1min均匀合金成分，熔体温度可达1550℃，采用水冷铜辊制备合金带材，铜辊切向线速度为40m/s。

(3)将合金带材进行热处理，热处理温度为550℃，时间为10min。

(4)将合金带材在手套箱中粗破碎后，经300目筛子过筛，将粗磁粉、直径3mm氧化锆球及有机溶剂20ml，其中油酸和正庚烷体积比为1:5，均匀混合，封罐后，置入QM-3SP2行星球磨机。按如下流程进行球磨：球磨转速100rpm、球磨时间2h、球料比1:6。

(5)将球磨工艺制得的磁粉，用酒精洗涤清除残留的油酸有机溶剂，真空干燥处理，并用VSM进行磁性能测试。

实施例2-4

实施例2-4与实施例1基本相同，不同之处仅在于部分球磨参数不同：

实施例2中：油酸和正庚烷体积比为1:10，球磨时间4h；

实施例3中：油酸和正庚烷体积比为1:15，球磨转速200rpm；

实施例4中：油酸和正庚烷体积比为1:20，球料比1:10球磨时间4h球磨转速200rpm。

实施例5、6

实施例5和6与实施例1基本相同，不同之处仅在于钕铁硼合金带材热处理条件不同。

实施例5中：钕铁硼合金带材热处理条件：温度450℃，热处理时间30min。

实施例6中：钕铁硼合金带材热处理条件：温度950℃，热处理时间20min。

实施例7、8

实施例7和8与实施例1基本相同，不同之处仅在于真空快淬制备带材制备条件不同。

实施例7中：真空快淬制备带材时：原料熔化后保温2min，铜辊线速度为45m/s。

实施例8中：真空快淬制备带材时：原料熔化后保温2min，铜辊线速度为42m/s。

实施例9-12

实施例9-12与实施例1基本相同，不同之处仅在于：磁粉的各元素配比不同。

实施例9为：Nd₁₄Fe₇₇Co₃B_5.5Ga_0.5。

实施例10为：Nd₁₄Fe₇₉Co₁B_5.8Ga_0.2。

实施例11为：Nd₁₄Fe₇₇Co₃B₆。

实施例12为：Nd₁₄Fe₈₀B_5.8Ga_0.2。

实验例

将实施例1-4制得的磁粉用VSM进行磁性能测试。将测试结果记录至表1中。

表1各实验组磁性能测试结果

从表1能够看出，本发明各实施例制得的钕铁硼磁粉的矫顽力较高。

综上所述，本发明提供的钕铁硼磁粉的制备方法，通过优化球磨过程对钕铁硼合金粉进行球磨，采用合适的料球比、球磨转速和球磨时间以低能球磨的方式结合加入特定的有机溶剂减少球磨过程对磁粉造成的损伤，可保证磁粉细化的同时保持高的矫顽力。进一步地，采用高的快淬速度制得纳米级钕铁硼合金带材，便于形成纳米级钕铁硼晶粒，从而提高磁体矫顽力；进一步通过合适的温度热处理以清除合金带材的非晶相减少合金带材的弱磁相。

本发明提供的钕铁硼磁粉，由于采用本发明提供的制备方法制得，因此其兼具磁粉细化且矫顽力高的特点。该钕铁硼磁粉适合应用于汽车零部件、电子或电气设备中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钕铁硼磁粉的制备方法，其特征在于，包括：

球磨处理：将粗钕铁硼合金粉置于球磨机中，以料球比1:6～10进行球磨，球磨转速为100～200rpm，球磨时间为2～4h；将所述粗钕铁硼合金粉置于球磨机的同时还一同加入可淹没料球的有机溶剂，所述有机溶剂包括体积比为1:5～20的油酸和正庚烷。

2.根据权利要求1所述的钕铁硼磁粉的制备方法，其特征在于，在球磨处理前还包括制备粗钕铁硼合金粉：

将钕铁硼合金带材破碎得到粗钕铁硼合金粉；

优选地，将所述钕铁硼合金带材破碎过目数大于或等于300目的筛得到所述粗钕铁硼合金粉；

优选地，研磨过程中加入的氧化锆球直径为2～7mm。

3.根据权利要求2所述的钕铁硼磁粉的制备方法，其特征在于，在制备粗钕铁硼合金粉之前还包括钕铁硼合金带材热处理：

将钕铁硼合金带材置于温度为450～950℃下热处理10～30min。

4.根据权利要求2或3所述的钕铁硼磁粉的制备方法，其特征在于，在制备粗钕铁硼合金粉之前还包括真空快淬制备带材：

将金属粉末原料置于真空单辊快淬炉中，抽真空至小于或等于10^-3Pa，加热使原料熔化，熔化后保温1～2min，在保护气体气氛下，以线速度40～45m/s的辊速制备所述钕铁硼合金带材。

5.根据权利要求1-3任一项所述的钕铁硼磁粉的制备方法，其特征在于，所述钕铁硼磁粉元素组成包括：钕、铁、钴和硼；

优选地，所述钕铁硼磁粉的化学通式为Nd₁₄Fe_80-xCo_xB₆，其中0＜x≤5。

6.根据权利要求1-3任一项所述的钕铁硼磁粉的制备方法，其特征在于，钕铁硼磁粉中元素组成包括：钕、铁、硼和镓；

优选地，所述钕铁硼磁粉的化学通式为Nd₁₄Fe₈₀B_6-yGa_y，其中0＜y≤0.5。

7.根据权利要求1-3任一项所述的钕铁硼磁粉的制备方法，其特征在于，钕铁硼磁粉中元素组成包括：钕、铁、钴、硼和镓；

优选地，所述钕铁硼磁粉的化学通式为Nd₁₄Fe_80-xCo_xB_6-yGa_y，其中0＜x≤5，其中0＜y≤0.5。

8.根据权利要求1-3任一项所述的钕铁硼磁粉的制备方法，其特征在于，球磨处理后包括：

将球磨得到的产物清洗，然后干燥。

9.一种钕铁硼磁粉，其特征在于，采用如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得。

10.如权利要求9所述的钕铁硼磁粉在汽车零部件、电子或电气设备中的应用。