CN112164571A - 一种烧结稀土永磁材料的制备方法 - Google Patents

一种烧结稀土永磁材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烧结稀土永磁材料的制备方法，通过将主相合金铸片氢碎得到主相合金粗粉，将辅相合金铸片机械破碎得到辅相合金粗粉，然后根据烧结稀土永磁材料设计指标，按比例配备辅相合金粗粉和主相合金粗粉，先将辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉或者主相合金粗粉与辅相合金粗粉的混合物加入气流磨磨室进行研磨，由此制备得到粉末粒度范围是2.6‑4.0μm的粉料，再将粉料搅拌均匀，再经过磁场下成型工序、等静压工序和烧结工序依次处理后制备得到烧结稀土永磁材料；优点是不但能够提高烧结稀土永磁材料的磁性能，而且能够减少烧结后坯料有微裂纹情况，提高产品合格率，降低生产成本。

Description

一种烧结稀土永磁材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种稀土永磁材料的制备方法，尤其是涉及一种烧结稀土永磁材料的制备方法。
背景技术
烧结NdFeB作为第三代稀土永磁材料,自1983年被发现以来,以其高性能(理论磁能积为64MGOe)、高性价比得到迅猛发展。我国是稀土大国,稀土资源占世界储量的80％,这是我们发展稀土永磁材料的最大优势。然而,我国大多数企业的生产技术水平远远落后于日本和欧美,产品档次也不高,在市场竞争中处于不利的地位,因此,提高烧结NdFeB磁体的性能档次,是许多烧结NdFeB生产企业必须面对的问题。
合金工艺在提高稀土永磁材料矫顽力的同时，可以避免剩磁降低太多，是当前应用最为广泛的一种烧结稀土永磁材料制备工艺。例如公告号为CN103219117B的中国发明专利公开的一种双合金钕铁硼稀土永磁材料及制造方法(发明1)、公告号为CN102956337B的中国发明专利公开的一种烧结Nd-Fe-B系磁铁的省却工序的制作方法(发明2)、公告号为CN103276284B的中国发明专利公开的一种低镝耐热烧结钕铁硼制备方法(发明3)以及公告号为CN107742564B的中国发明专利公开的一种高镝辅合金添加制备低成本钕铁硼磁体的方法(发明4)等。
发明1中采用常规的双合金工艺，在制粉时主相合金和辅相合金分别熔炼和氢碎，粗粉混合后气流磨制粉；发明2中在制粉时主相合金和辅相合金熔炼和氢碎后不通过气流磨制粉，利用特殊的氢碎工艺将制备粉料粒度达到可成型的条件，省略了气流磨制粉工序；发明3在制粉时辅相合金熔炼后增加热处理工序再氢碎，然后与主相合金粗粉混合后气流磨制粉；发明4在制粉时辅相合金采用特殊的半脱氢氢碎工艺，制粉后细粉再混合。发明1至发明4中公开的双合金工艺中，在制粉时主相合金和辅相合金都需要氢碎，而辅相合金氢碎后会产生高稀土含量的微小粉末，这些微小的粉末在生产中容易氧化，进而影响磁性能，并且辅相合金氢碎后氢含量偏高，在烧结时脱氢量大，容易引起烧结后坯料有微裂纹的问题，另外辅相合金和主相合金均氢碎后同时进入气流磨，由于辅相合金自身的结构特点会优先于主相合金先行从气流磨磨室磨出细粉，使得磨出粉料不均匀，辅相合金粉料团聚较多，导致后续烧结晶粒长大现象增多，进而影响磁性能。
公告号为CN104907560B的中国发明专利公开的一种降低钕铁硼产品裂纹的烧结方法(发明5)，该方法将铸片破碎料与铸片氢碎料按比例混合后利用气流磨进行研磨制备成2.8～3.5μm合金粉末；然后进行过筛；最后将粉料在1280～1440KA/m的磁场压机中取向,应用垂直钢模压加冷等静压方式成型,生坯在10-2～10-3Pa真空条件下1323～1383K烧结3～5h后气淬冷却，于1073～1173k回火处理3h，于733～873k回火处理2～3h，得到钕铁硼产品。虽然该方法降低了高性能大块产品的开裂，减少了磁体由于开裂而产生的报废，降低了生产成本，但是该方法主要基于传统的单合金工艺而设计。而当前单合金工艺已逐渐被双合金工艺所取代，双合金工艺和单合金工艺是截然不同的两种工艺，上述方法并不能适用于双合金工艺来减少裂纹。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不但能够提高烧结稀土永磁材料的磁性能，而且能够减少烧结后坯料有微裂纹情况，提高产品合格率，降低生产成本的烧结稀土永磁材料的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种烧结稀土永磁材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将主相合金铸片氢碎得到主相合金粗粉，将辅相合金铸片机械破碎得到辅相合金粗粉；
(2)根据烧结稀土永磁材料设计指标，按比例配备辅相合金粗粉和主相合金粗粉，将气流磨磨室的最大设计研磨量记为K，如果配备的辅相合金粗粉的重量小于等于K,则先将全部辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，如果配备的辅相合金粗粉的重量大于K,则先将重量为K的辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉和剩余辅相合金粗粉混料后加入气流磨磨室进行研磨，由此制备得到粉末粒度范围是2.6-4.0μm的粉料；
(3)将粉料搅拌均匀，再依次进行磁场下成型工序、等静压工序和烧结工序制备得到烧结稀土永磁材料。
所述的辅相合金铸片的成分按R1a-R2b-Fc-Bd-Me进行配制，其中R1为Pr、Nd、Ce的一种或几种的混合，R2为Dy、Tb、Gd、Ho的一种或几种的混合，F为铁，B为硼，a、b、c、d和e分别表示重量百分比，0≤a≤40％，0≤b≤40％，且30％≤a+b，c＝1-a-b-d-e，0.4％≤d≤1％，0≤e≤10％，M为Ga、Cu、Al、Co、Zr、Nb或Ti中的一种或几种的混合。
所述的辅相合金铸片机械破碎得到辅相合金粗粉的尺寸范围0.01-15mm。
所述的步骤(2)中间隔一段时间为大于等于5分钟且小于等于15分钟。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过将主相合金铸片氢碎得到主相合金粗粉，将辅相合金铸片机械破碎得到辅相合金粗粉，然后根据烧结稀土永磁材料设计指标，按比例配备辅相合金粗粉和主相合金粗粉，将气流磨磨室的最大设计研磨量记为K，如果配备的辅相合金粗粉的重量小于等于K,则先将全部辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，如果配备的辅相合金粗粉的重量大于K,则先将重量为K的辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉和剩余辅相合金粗粉混料后加入气流磨磨室进行研磨，由此制备得到粉末粒度范围是2.6-4.0μm的粉料，本发明基于当前双合金工艺中添加的辅相合金重量占比在15％以下，一般优选5-8％，辅相合金占比较小，由此采用辅相合金铸片机械破碎后磨粉的方式取代当前氢碎后磨粉的方式，辅相合金粗粉在气流磨中出粉速率比主相合金粗粉慢，先将辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉或者主相合金粗粉与剩余辅相合金粗粉的混合物加入气流磨磨室进行研磨，由于辅相合金粗粉具有较高的稀土含量，富钕相占比较大，即便不氢碎，依然能够保持一定的气流磨制粉效率，而辅相合金粗粉在主相合金粗粉之前进入气流磨磨室，辅相合金粗粉可先完成自身初步的气流磨碰撞破碎，然后再参与主相合金粗粉的气流破碎，并几乎能够参与主相合金粗粉破碎的全过程，因此制备得到的主相合金和辅相合金两种类型混合的粉料在磨出后更为均匀，而且辅相合金始终参与气流磨磨室内主相合金的磨粉过程，对主相合金起到助磨的作用，由于颗粒大小不同存在碰撞动能差异，不仅增加了主相合金和辅相合金的颗粒之间碰撞的频率，有利于主相合金粗粉快速的完成破碎并吹出磨室，减少了主相合金粗粉过磨碎的现象，同时，由于辅相合金与主相合金各颗粒碰撞时，辅相合金颗粒会将自身的部分富钕相镶嵌在主相合金颗粒表面，相当于主相合金颗粒表面被包裹或修复了富钕相，改变了最终得到的粉料中主相合金粉末的微观形貌，最终有利于烧结时磁体微观晶界结构的均匀化，从而提高了材料磁性能，而辅相合金颗粒因自身表层厚重的富钕相经碰撞脱离后成为与主相合金颗粒形状近似的颗粒，随主相合金颗粒一同磨出；另外，由于辅相合金氢碎后会产生高稀土含量的微小粉末以及氢含量偏高，这些微小的粉末在生产中容易氧化以及在烧结时脱氢量大，容易引起烧结后坯料有微裂纹的问题，而本发明中辅相合金铸片不氢碎，进而减少了微小粉末的产生以及氢含量，避免辅相合金粗粉的氧含量增加影响磁性能的问题以及烧结后坯料有微裂纹的问题，同时由于将辅相合金颗粒出粉速率变慢，有利于均匀分布在磨出的主相合金细粉当中，相比常规双合金工艺，气流磨研磨后得到的粉料中辅相合金粉末不会大量聚集，也因此减少了后续烧结工艺中晶粒长大的现象，由此本发明不但提高了烧结稀土永磁材料的磁性能，而且减少了烧结后坯料有微裂纹情况，提高了产品合格率，降低了生产成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：一种烧结稀土永磁材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将主相合金铸片氢碎得到主相合金粗粉，将辅相合金铸片机械破碎得到辅相合金粗粉；
(2)根据烧结稀土永磁材料设计指标，按比例配备辅相合金粗粉和主相合金粗粉，将气流磨磨室的最大设计研磨量记为K，如果配备的辅相合金粗粉的重量小于等于K,则先将全部辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，如果配备的辅相合金粗粉的重量大于K,则先将重量为K的辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉和剩余辅相合金粗粉混料后加入气流磨磨室进行研磨，由此制备得到粉末粒度范围是2.6-4.0μm的粉料；
(3)将粉料搅拌均匀，再经过磁场下成型工序、等静压工序和烧结工序依次处理后制备得到烧结稀土永磁材料。
本实施例中，辅相合金铸片的成分按R1a-R2b-Fc-Bd-Me进行配制，其中R1为Pr、Nd、Ce的一种或几种的混合，R2为Dy、Tb、Gd、Ho的一种或几种的混合，M为Ga、Cu、Al、Co、Zr、Nb或Ti中的一种或几种的混合，F为铁，B为硼，a、b、c、d和e分别表示辅相合金铸片中各成分的重量百分比，0≤a≤40％，0≤b≤40％，且30％≤a+b，c＝1-a-b-d-e，0.4％≤d≤1％，0≤e≤10％。
本实施例中，辅相合金铸片机械破碎得到的辅相合金粗粉的粒度范围为0.01-15mm。
本实施例中，步骤(2)中间隔的一段时间大于等于5分钟且小于等于15分钟。
本实施例中，主相合金铸片的各成分及各成分的重量百分比配方为：30％PrNd、67.02％Fe、0.98％B、0.2％Ga、0.2％Cu、0.5％Al、1％Co以及0.1％Zr，主相合金铸片氢碎后制备主相合金粗粉600kg，为同一炉次。辅相合金铸片的各成分及各成分的重量百分比配方为：20％PrNd、20％Dy、56.3％Fe、0.9％B、0.5％Ga、0.2％Cu、1％Al、1％Co以及0.1％Zr，辅相合金铸片机械破碎后制备辅相合金粗粉100kg，主相合金粗粉与辅相合金粗粉的重量比例为90％：10％，磨粉计划为600kg，选择400G型气流磨，其磨室的设计最大研磨量为60kg，故首先加入磨室的辅相合金粗粉为60kg，间隔5分钟后加入主相合金粗粉磨粉，粉料制备后获得烧结产品A批次560kg，检测磁性能和统计坯料及成品加工开裂报废比例，坯料规格为外径D51mm内径D32mm高度32mm，加工成品规格为；外径50mm内径30mm高度3mm的圆环片。
对比例一：主相合金铸片与辅相合金铸片配方与实施例一相同，差别为本对比例中辅相合金铸片经过氢碎后得到的粗粉与主相合金铸片氢碎后的粗粉混合，再经过气流磨制粉及完成后续工序，获得产品B批次550kg，完成后续成品加工。
实施例二：一种烧结稀土永磁材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将主相合金铸片氢碎得到主相合金粗粉，将辅相合金铸片机械破碎得到辅相合金粗粉；
(2)根据烧结稀土永磁材料设计指标，按比例配备辅相合金粗粉和主相合金粗粉，将气流磨磨室的最大设计研磨量记为K，如果配备的辅相合金粗粉的重量小于等于K,则先将全部辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，如果配备的辅相合金粗粉的重量大于K,则先将重量为K的辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉和剩余辅相合金粗粉混料后加入气流磨磨室进行研磨，由此制备得到粉末粒度范围是2.6-4.0μm的粉料；
(3)将粉料搅拌均匀，再经过磁场下成型工序、等静压工序和烧结工序依次处理后制备得到烧结稀土永磁材料。
本实施例中，辅相合金铸片的成分按R1a-R2b-Fc-Bd-Me进行配制，其中R1为Pr、Nd、Ce的一种或几种的混合，R2为Dy、Tb、Gd、Ho的一种或几种的混合，M为Ga、Cu、Al、Co、Zr、Nb或Ti中的一种或几种的混合，F为铁Fe，B为硼，a、b、c、d和e分别表示辅相合金铸片中各成分的重量百分比，0≤a≤40％，0≤b≤40％，且30％≤a+b，c＝1-a-b-d-e，0.4％≤d≤1％，0≤e≤10％。
本实施例中，辅相合金铸片机械破碎得到的辅相合金粗粉的粒度范围为0.01-15mm。
本实施例中，步骤(2)中间隔的一段时间大于等于5分钟且小于等于15分钟。
本实施例中，主相合金铸片的各成分及各成分的重量百分比配方为：30％PrNd、67.35％Fe、0.95％B、0.2％Ga、0.2％Cu、0.2％Al、1％Co和0.1％Zr，氢碎后制备主相合金粗粉600kg，为同一炉次。辅相合金铸片的各成分及各成分的重量百分比配方为：20％PrNd、20％Tb、56.8％Fe、0.9％B、0.5％Ga、0.2％Cu、0.5％Al、1％Co和0.1％Zr，其余同实施例一。获得产品C批次560kg。
对比例二：主相合金铸片与辅相合金铸片配方与实施例二相同，差别为辅相合金铸片经过氢碎后的粗粉与主相合金经氢碎后的粗粉混合，再经过气流磨制粉及完成后续工序，获得产品D批次550kg，完成后续成品加工。
各批次产品平均性能数据和坯料及成品加工总开裂报废比例数据如下表1所示。
表1
批次 B<sub>r</sub>(kGs)平均数据 H<sub>cJ</sub>(kOe)平均数据 开裂比例
A 13.55 22.09 2.1％
B 13.41 21.32 6.2％
C 14.18 21.28 1.9％
D 14.05 20.72 7.5％
分析表1数据可以看出，本发明的方法制备得到的材料磁性能比现有方法制备的材料有所上升，且本发明的方法制备得到的产品成品加工全流程开裂比例大幅下降，从而为生产制造降低质量成本提供一种方法。

Claims (4)

1.一种烧结稀土永磁材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将主相合金铸片氢碎得到主相合金粗粉，将辅相合金铸片机械破碎得到辅相合金粗粉；
(2)根据烧结稀土永磁材料设计指标，按比例配备辅相合金粗粉和主相合金粗粉，将气流磨磨室的最大设计研磨量记为K，如果配备的辅相合金粗粉的重量小于等于K,则先将全部辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，如果配备的辅相合金粗粉的重量大于K,则先将重量为K的辅相合金粗粉加入气流磨磨室进行研磨，间隔一段时间后再将主相合金粗粉和剩余辅相合金粗粉混料后加入气流磨磨室进行研磨，由此制备得到粉末粒度范围是2.6-4.0μm的粉料；
(3)将粉料搅拌均匀，再经过磁场下成型工序、等静压工序和烧结工序依次处理后制备得到烧结稀土永磁材料。
2.根据权利要求1所述一种烧结稀土永磁材料的制备方法，其特征在于所述的辅相合金铸片的成分按R1a-R2b-Fc-Bd-Me进行配制，其中R1为Pr、Nd、Ce的一种或几种的混合，R2为Dy、Tb、Gd、Ho的一种或几种的混合，M为Ga、Cu、Al、Co、Zr、Nb或Ti中的一种或几种的混合，F为铁Fe，B为硼，a、b、c、d和e分别表示辅相合金铸片中各成分的重量百分比，0≤a≤40％，0≤b≤40％，且30％≤a+b，c＝1-a-b-d-e，0.4％≤d≤1％，0≤e≤10％。
3.根据权利要求1所述一种烧结稀土永磁材料的制备方法，其特征在于所述的辅相合金铸片机械破碎得到的辅相合金粗粉的粒度范围为0.01-15mm。
4.根据权利要求1所述一种烧结稀土永磁材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中间隔的一段时间大于等于5分钟且小于等于15分钟。
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