CN112216462B - 一种含铈且耐腐蚀性能好的钕铁硼磁体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及磁体的领域，具体公开了一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体及其制备方法。该钕铁硼磁体的制备方法包括：S1，初熔炼得到熔融物A；S2，再熔炼得到熔融物B；S3，氢破；S4，气流磨处理得到原料粉；S5，成型：将原料粉在氮气环境中压制成型，得到生坯；然后将生坯装入袋中，通过等静压油压对袋内的生坯进行二次压制成型，得到坯体；S6：烧结：在氮气的保护下，对坯体进行烧结；防腐助剂由包括以下原料制成：足球烯和增粘剂；防腐助剂的制备方法如下：按配比将足球烯、增粘剂均匀混合得到预混合物；对预混合物进行球磨制得防腐助剂。其中，本申请的制备方法所制得的钕铁硼磁体具有耐腐蚀性能较好的优点。
Description
技术领域
本申请涉及磁体的领域，更具体地说，它涉及一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体及其制备方法。
背景技术
烧结钕铁硼磁体具有磁能积高、体积小及质量轻等优点，广泛应用于国防航空、通讯电子、医疗以及机械等领域。近年来，由于我国节能环保产业的快速发展，应用于风力发电、新能源汽车和变频空调等的稀土永磁电机产量也迅速增长，使得烧结钕铁硼磁体的应用快速增长。
随着烧结钕铁硼磁体应用的快速增长，给烧结钕铁硼磁体带来了巨大的市场需求。而金属元素钕作为烧结钕铁硼磁体的主要成分之一，其因含量少所以价格日益上涨，导致烧结钕铁硼的原料成本也不断增加，因此，亟需开发一种低成本的烧结钕铁硼磁体。
为降低钕铁硼磁体的原料成本，目前部分人开始尝试采用价格较低的金属铈来代替部分金属钕，制得了原料成本相对较低的含铈的钕铁硼磁体。但是，实践过程中发现，随着金属元素铈重量百分比的增加，含铈的钕铁硼磁体的耐腐蚀性能逐渐下降。然而，以风力发电机为例，风力发电机需要在旷野中工作，经受着高温、严寒、雨水等的考验，容易加速风力发电机中磁体的腐蚀，如果风力发电机中的磁体发生腐蚀，磁体表面产生的腐蚀产物不仅会降低磁体的磁性能，还会影响风力发电机的使用性能和安全性能。因此，需要提供一种含铈且耐腐蚀性较好的钕铁硼磁体。
发明内容
为了改善钕铁硼磁体中铈含量较高时，钕铁硼磁体的耐腐蚀性能差的问题，本申请提供一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体及其制备方法，采用如下的技术方案：
一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，初熔炼：将硼铁、铈、钆以及第一部分铁混合并进行熔炼，熔炼温度为1130-1250℃，待硼铁、铈、钆以及部分铁完全熔融后，得到熔融物A；
步骤S2，再熔炼：往熔融物A中加入钕、铜、铝、铌铁以及第二部分铁，继续熔炼，熔炼温度为1620-1780℃，待熔融完全后得到熔融物B；
步骤S3，氢破：将熔融物B倒在冷水辊上制得甩带片，然后对甩带片进行氢破处理，得到氢碎粉；
步骤S4，气流磨：将氢碎粉、防腐助剂送入气流磨中，制得原料粉；
步骤S5，成型：将原料粉在氮气环境中压制成型，得到生坯；然后将生坯装入袋中，通过等静压油压对袋内的生坯进行二次压制成型，得到坯体；
步骤S6：烧结：在氮气的保护下，对坯体进行烧结，制得含铈且耐腐蚀性能好的钕铁硼磁体；
其中，所述防腐助剂由包括以下重量份的原料制成：
足球烯：5.5-7.5份
增粘剂：35-55份；
所述防腐助剂的制备方法如下：
按配比将足球烯、增粘剂均匀混合，得到预混合物；
对预混合物进行球磨，球磨速度为100-300rad/min，球磨时间为15-30min。
通过采用上述技术方案，由于在步骤S4中加入防腐助剂，该防腐助剂包括具有协同作用的足球烯以及增粘剂，其中，增粘剂能够使得原料粉之间的结合更加紧密，从而提高钕铁硼磁体的致密度，有利于降低烧结过程中铈被氧化成氧化铈的可能性；另外，足球烯能够在烧结过程中，将坯体中的氧带离坯体，从而降低坯体中的含氧量；通过足球烯与增粘剂的结合，从而增强了含铈的钕铁硼磁体的耐腐蚀性能。
优选的，所述步骤S1中的硼铁为14-18份、铈为36-40份、钆为1.23-1.62份、第一部分铁为91.5-95份；步骤S2中，钕为53-60份、铜为0.24-0.56份、铝为0.75-1.25份、铌铁为1.4-2.2份、第二部分铁为91.5-95份。
通过采用上述技术方案，当含的铈钕铁硼磁体按照上述配比进行制备含铈的钕铁硼磁体时，含铈的钕铁硼磁体成本较低，且含铈的钕铁硼磁体具有较好的耐腐蚀性能。
优选的，所述足球烯为改性足球烯，所述改性足球烯的制备方法如下：将足球烯在50-60℃的环境中以1250-1550rad/min的搅拌速度搅拌处理20-40min,冷却至室温，制得改性足球烯。
通过采用上述技术方案，采用上述方法对足球烯的表面进行改性，使得改性足球烯的分散性能增强，有利于使改性足球烯均匀分散至增粘剂中，从而得到分布均匀的防腐助剂，当防腐助剂均匀分散至坯体中时，在烧结的过程中，坯体各处的氧可以随着后续的烧结离开坯体中，从而制得含氧量较低的钕铁硼磁体，有利于提高防腐助剂的耐腐蚀性能，尤其是钕铁硼磁体在较高温条件下的耐腐蚀性能。
优选的，所述足球烯的平均粒径范围为200-400目。
通过采用上述技术方案，足球烯的平均粒径在该范围内时，足球烯不仅具有较好的分散性，还能够减小坯体的孔隙大小，有利于制得耐腐蚀性能较好的含铈钕铁硼磁体。
优选的，所述增粘剂由重量比为（1-2）：（3-4）的壳聚糖与羟丙基甲基纤维素组成。
通过采用上述技术方案，当增粘剂由上述配比的壳聚糖与羟丙基甲基纤维素组成时，能够进一步降低含铈钕铁硼磁体中的含氧量，有利于改善含铈的钕铁硼磁体的耐腐蚀性能。
优选的，所述增粘剂由重量比为1.5：3.5的壳聚糖与羟丙基甲基纤维素组成。
通过采用上述技术方案，当增粘剂由上述配比的壳聚糖与羟丙基甲基纤维素组成时，含铈钕铁硼磁体中的含氧量较低，含铈钕铁硼磁体的耐腐蚀性能更好。
优选的，所述增粘剂的分子量为10-30万。
通过采用上述技术方案，增粘剂的分子量在该范围内时，足球烯能够较好地均匀分散至增粘剂中。
优选的，步骤S6中，烧结时，先将温度上升至200-300℃，保温1-2h；然后将温度上升至600-800℃，保温1-2h；继续将温度上升至1000-1200℃，保温2-3h；接着进行两级时效处理，第一级时效处理的温度为720-780℃，第二级时效处理的温度为520-550℃，最后，冷却至室温，即可制得含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体。
通过采用上述技术方案，通过三级烧结，逐步将坯体中的氧带离坯体，有利于提高含铈钕铁硼磁体的耐腐蚀性能；另外，对含铈钕铁硼磁体进行两级时效处理，有利于提高含铈钕铁硼磁体的矫顽力以及物理机械性能。
优选的，所述防腐助剂的用量为硼铁、铈、钆、钕、铜、铝、铌铁、铁总重量的2-4%。
通过采用上述技术方案，上述用量的防腐助剂能够很好地去除坯体中的氧含量，而且还能减少防腐助剂在含铈钕铁硼磁体中的残留，能够进一步提高含铈钕铁硼磁体的耐腐蚀性能。
第二方面，本申请提供一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，采用如下的技术方案：
由上述任意一种方法制成。
通过采用上述技术方案，采用上述方法制得的含铈钕铁硼磁体具有较好的耐腐蚀性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请的方法在步骤S4中加入防腐助剂，该防腐助剂包括具有协同作用的足球烯以及增粘剂，其中，增粘剂能够使得原料粉之间的结合更加紧密，从而提高钕铁硼磁体的致密度，有利于降低烧结过程中铈被氧化成氧化铈的可能性；另外，足球烯能够在烧结过程中，将坯体中的氧带离坯体，从而降低坯体中的含氧量；通过足球烯与增粘剂的结合，从而增强了含铈的钕铁硼磁体的耐腐蚀性能。
2、本申请中步骤S1中采用的硼铁为14-18份、铈为36-40份、钆为1.23-1.62份、第一部分铁为91.5-95份，步骤S2中采用的钕为53-60份、铜为0.24-0.56份、铝为0.75-1.25份、铌铁为1.4-2.2份、第二部分铁为91.5-95份，当含的铈钕铁硼磁体按照上述配比进行制备含铈的钕铁硼磁体时，含铈的钕铁硼磁体成本较低，且含铈的钕铁硼磁体具有较好的耐腐蚀性能。
具体实施方式
为降低钕铁硼磁体的原料成本，目前部分人开始尝试采用价格较低的金属铈来代替部分金属钕，制得了原料成本相对较低的含铈的钕铁硼磁体。但是，实践过程中发现，随着金属元素铈含量的增加，含铈的钕铁硼磁体的耐腐蚀性能逐渐下降。经研究，申请人发现，随着金属元素铈含量的增加，磁体中容易有较多的孔隙空洞，使得在烧制磁体的过程中，铈更容易被氧化成氧化铈，从而使得磁体的含氧量增加，导致含铈量较高的钕铁硼磁体的耐腐蚀性能下降。
基于此，申请人研究了不同工艺制备金属铈含量约为11-14%时的含铈钕铁硼磁体，并分别测试了这些含铈钕铁硼磁体的耐腐蚀性能，结果发现，当往气流磨工艺中加入防腐助剂，将防腐助剂与氢破粉同时进行气流磨处理得到的原料粉用于制备钕铁硼磁体时，能够有效改善金属铈含量约为11-14%时的含铈的钕铁硼磁体的耐腐蚀性能。
本申请所涉及的原料均为市售，其中：
硼铁中硼的重量占比为18.7%；
铌铁中铌的重量占比为5.14%；
金属钕、铜、铈、铝以及钆的纯度均大于99.5%；
金属铁的纯度大于99.9%；
足球烯购于徐州捷创新材料科技有限公司；
壳聚糖购于浙江康兴生物科技有限公司；
羟丙基甲基纤维素购于浙江康兴生物科技有限公司。
实施例
实施例1-5中含铈且耐腐蚀性能好的钕铁硼磁体的组分及其配比如下表1：
表1 实施例1-5中钕铁硼磁体的配比（单位/kg）
实施例1
一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，该钕铁硼磁体的制备方法包括如下步骤：
步骤S1，初熔炼：将硼铁、铈、钆以及部分铁混合并进行熔炼，熔炼温度为1130℃，熔炼时间为2h，使硼铁、铈、钆以及第一部分铁完全熔融后，得到熔融物A；
步骤S2，再熔炼：往熔融物A中加入钕、铜、铝、铌铁以及第二部分铁，继续熔炼3.5h，熔炼温度为1620℃，待熔融完全后得到熔融物B；
步骤S3，氢破：将熔融物B倒在冷水辊上制得甩带片，然后对甩带片进行氢破处理，得到氢碎粉；
步骤S4，气流磨：将氢碎粉、防腐助剂送入气流磨中，制得平均粒径为2µm的原料粉；
步骤S5，成型：将平均粒径为2µm的原料粉在氮气环境中压制成型，得到生坯；然后将生坯装入袋中，通过等静压油压对袋内的生坯进行二次压制成型，得到坯体；
步骤S6：烧结：在氮气的保护下，对坯体进行烧结，烧结时，先将温度上升至300℃，保温1h；然后将温度上升至600℃，保温2h；继续将温度上升至1100℃，保温2.5h；接着进行两级时效处理，第一级时效处理的温度为720℃，保温处理2h，第二级时效处理的温度为520℃，保温处理2h，最后，冷却至室温，制得含铈且耐腐蚀性能好的钕铁硼磁体；
本实施例步骤S4中的防腐助剂由包括以下重量份的原料制成：
足球烯：5.5kg
增粘剂：35kg；
本实施例中的足球烯的平均粒径为200目，增粘剂选用分子量为10万的壳聚糖。
本实施例步骤S4中的防腐助剂的制备方法如下：
按配比将平均粒径为200目的足球烯、分子量为10万的壳聚糖均匀混合，得到预混合物；
对预混合物进行球磨，球磨速度为100rad/min，球磨时间为30min，冷却，制得防腐助剂。
实施例2
一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，与实施例1的区别在于：
步骤S1中的熔炼温度为1250℃，熔炼时间为1h；
步骤S2中的熔炼温度为1780℃，熔炼时间为3h；
步骤S4与步骤S5中原料粉的平均粒径为3µm；
步骤S6中烧结时，先将温度上升至200℃，保温2h；然后将温度上升至800℃，保温1h；继续将温度上升至1000℃，保温3h；接着进行两级时效处理，第一级时效处理的温度为780℃，保温处理1h，第二级时效处理的温度为550℃，保温处理1h，最后，冷却至室温，制得含铈且耐腐蚀性能好的钕铁硼磁体；
本实施例步骤S4中防腐助剂的原料包括7.5kg足球烯和55kg增粘剂，其中，足球烯的平均粒径为400目，增粘剂选用分子量为30万的羟丙基甲基纤维素；
制备本实施例步骤S4中的防腐助剂时，球磨速度为300rad/min，球磨时间为15min。
实施例3
一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，与实施例1的区别在于：
本实施例步骤S4中防腐助剂的原料包括6.5kg足球烯和45kg增粘剂，其中，足球烯的平均粒径为300目，增粘剂由13.5kg壳聚糖和31.5kg羟丙基甲基纤维素组成，且壳聚糖的分子量为30万，羟丙基甲基纤维素的分子量为10万。
实施例4
一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，与实施例3的区别在于：
增粘剂由9kg壳聚糖和36kg羟丙基甲基纤维素组成。
实施例5
一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，与实施例3的区别在于：
增粘剂由18kg壳聚糖和27kg羟丙基甲基纤维素组成。
实施例6
一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，与实施例3的区别在于：
本实施例步骤S4中防腐助剂所采用的足球烯为改性足球烯，该改性足球烯的制备方法如下：
将足球烯在50℃的环境中以1550rad/min的搅拌速度搅拌处理20min,冷却至室温，制得改性足球烯。
实施例7
一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，与实施例3的区别在于：
本实施例步骤S4中防腐助剂所采用的足球烯为改性足球烯，该改性足球烯的制备方法如下：
将足球烯在60℃的环境中以1250rad/min的搅拌速度搅拌处理40min,冷却至室温，制得改性足球烯。
实施例8
一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，与实施例3的区别在于：
本实施例步骤S4中防腐助剂所采用的足球烯的平均粒径为1000目
实施例9
一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，与实施例3的区别在于：
壳聚糖的分子量为100万，羟丙基甲基纤维素的分子量为100万。
对比例
对比例1
一种含铈的钕铁硼磁体，与实施例1的区别在于：
步骤S4中未添加防腐助剂。
对比例2
一种含铈的钕铁硼磁体，与实施例1的区别在于：
步骤S4中的防腐助剂仅由分子量为10万的壳聚糖在球磨速度为100rad/min的球磨机中球磨30min制得。
对比例3
一种含铈的钕铁硼磁体，与实施例1的区别在于：
步骤S4中的防腐助剂由平均粒径为200目的足球烯在球磨速度为100rad/min的球磨机中球磨30min制得。
性能检测试验
根据上述实施例1-9与对比例1-3的方法分别制得各实施例或对比例对应的待测样品，并对各个待测样品进行检测，其中，各样品的形状、大小相同，且各样品在同一条件下进行检测，且各检测项目对应的检测方法如下：
1.氧含量：采用“IRO-II红外分析仪”来定量分析磁体中的氧含量。
2.5℃时的耐腐蚀性能：将待测样品放入中性盐雾试验箱中，盐雾试验箱内的温度控制在5℃，然后采用pH值为6.5-7.5范围内的5%的氯化钠溶液连续对待测样品进行喷雾，7天后，测试样品的失重变化率。
3.45℃时的耐腐蚀性能：将待测样品放入中性盐雾试验箱中，盐雾试验箱内的温度控制在45℃，然后采用pH值为6.5-7.5范围内的5%的氯化钠溶液连续对待测样品进行喷雾，7天后，测试样品的失重率。
表2 实施例1-9与对比例1-3中各样品的性能检测数据
结合实施例1-9和对比例1-3并结合表2可以看出，当步骤S4中的防腐助剂仅采用足球烯或仅采用增粘剂作为防腐助剂时，所得含铈的钕铁硼磁体的含氧量大大提高，且含铈的钕铁硼磁体在5℃以及在45℃条件下的耐腐蚀性能均大大降低，说明防腐助剂中的足球烯与增粘剂具有协同作用，当加入同时含有足球烯以及增粘剂的防腐助剂时，含铈的钕铁硼磁体具有较好的耐腐蚀性能。
结合实施例1-5并结合表2可以看出，当步骤S4中的增粘剂采用壳聚糖与羟丙基甲基纤维素的组合时，制得的含铈的钕铁硼磁体的耐腐蚀性能优于仅采用单一壳聚糖或羟丙基甲基纤维素作为增粘剂的含铈的钕铁硼磁体；且当增粘剂由重量比为1.5:3.5的壳聚糖与羟丙基甲基纤维素组成时，含铈的钕铁硼磁体的耐腐蚀性能较优。
结合实施例3与实施例6-7并结合表2可以看出，当步骤S4中的足球烯采用改性足球烯时，采用改性足球烯制得的防腐助剂能够进一步降低含铈的钕铁硼磁体的含氧量，从而改善含铈的钕铁硼磁体的耐腐蚀性能，尤其是含铈的钕铁硼磁体在45℃下的耐腐蚀性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，初熔炼：将硼铁、铈、钆以及第一部分铁混合并进行熔炼，熔炼温度为1130-1250℃，待硼铁、铈、钆以及部分铁完全熔融后，得到熔融物A；步骤S1中的硼铁为14-18份、铈为36-40份、钆为1.23-1.62份、第一部分铁为91.5-95份；
步骤S2，再熔炼：往熔融物A中加入钕、铜、铝、铌铁以及第二部分铁，继续熔炼，熔炼温度为1620-1780℃，待熔融完全后得到熔融物B；步骤S2中，钕为53-60份、铜为0.24-0.56份、铝为0.75-1.25份、铌铁为1.4-2.2份、第二部分铁为91.5-95份；
步骤S3，氢破：将熔融物B倒在冷水辊上制得甩带片，然后对甩带片进行氢破处理，得到氢碎粉；
步骤S4，气流磨：将氢碎粉、防腐助剂送入气流磨中，制得原料粉；
步骤S5，成型：将原料粉在氮气环境中压制成型，得到生坯；然后将生坯装入袋中，通过等静压油压对袋内的生坯进行二次压制成型，得到坯体；
步骤S6：烧结：在氮气的保护下，对坯体进行烧结，烧结时，先将温度上升至200-300℃，保温1-2h；然后将温度上升至600-800℃，保温1-2h；继续将温度上升至1000-1200℃，保温2-3h；接着进行两级时效处理，第一级时效处理的温度为720-780℃，第二级时效处理的温度为520-550℃，最后，冷却至室温，即可制得含铈且耐腐蚀性能好的钕铁硼磁体；
其中，所述防腐助剂的用量为硼铁、铈、钆、钕、铜、铝、铌铁、铁总重量的2-4%，所述防腐助剂由包括以下重量份的原料制成：
改性足球烯：5.5-7.5份；
增粘剂：35-55份；
所述防腐助剂的制备方法如下：
将足球烯在50-60℃的环境中以1250-1550rad/min的搅拌速度搅拌处理20-40min,冷却至室温，制得改性足球烯；
按配比将改性足球烯、增粘剂均匀混合，得到预混合物；
对预混合物进行球磨，球磨速度为100-300rad/min，球磨时间为15-30min。
2.根据权利要求1所述的一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述足球烯的平均粒径范围为200-400目。
3.根据权利要求1所述的一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述增粘剂由重量比为（1-2）：（3-4）的壳聚糖与羟丙基甲基纤维素组成。
4.根据权利要求3所述的一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述增粘剂由重量比为1.5：3.5的壳聚糖与羟丙基甲基纤维素组成。
5.根据权利要求1所述的一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述增粘剂的分子量为10-30万。
6.一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体，其特征在于，由上述权利要求1-5任一所述的一种含铈且耐腐蚀性能较好的钕铁硼磁体的制备方法制成。
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