CN116884758A - 一种高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法及应用，分别制备主合金和辅合金粉末，将两种粉末按比例混合制备出双合金毛坯，将毛坯沿非取向方向加工成基体磁片，将重稀土源混合液涂覆于基体磁片上，经真空热处理使重稀土源沿基体磁片非取向方向扩散至磁片内部，扩散后的基体磁片加工至目标尺寸磁片。本发明针对高磁性能电声产品，通过双合金工艺提升基体的矫顽力值，改善了基体磁片内部的矫顽力梯度，从而优化了磁体方形度，生产的产品热减磁率更低；降低了重稀土使用量，生产加工效率及磁材利用率高，节约了生产成本。本发明提供的方法制备的烧结钕铁硼电声产品，磁通、热减磁及镀层结合力优异，一致性最优。
Description
技术领域
本发明属于磁性材料技术领域，具体涉及一种高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法及应用。
背景技术
钕铁硼永磁材料以其优异的磁性能广泛应用在移动终端、智能音箱、智能家居等电声领域。该领域产品朝着轻、薄、小型化和高能化发展，对磁体的磁能积、矫顽力和热稳定性的要求越来越高。
传统的磁控溅射、喷涂、印刷等方式需要将磁片摆放至单层密排状态。通常电声产品的尺寸小，单重低，摆放效率极低，且翻面时容易错位叠片，而出现不合格产品。
采用半成品大片扩散后切小片可大幅提升扩散效率，扩散后磁体沿扩散方向存在重稀土浓度梯度。如沿取向方向扩散，不同深度加工出产品矫顽力存在差异，影响性能一致性；且磁材利用率较低，成本较高。
现有技术中，公开号为CN111378940 A的专利中，将块状磁体在至少一个非取向方向上的厚度加工至小于极限距离；采用磁控溅射法在该非取向方向进行晶界扩散处理后，切割可得多块磁性能相同的片状磁体，提高了生产效率。但该专利忽视了非取向扩散效率低，且方形度较取向扩散更差的现象，非取向方向厚度过大时，无法保证扩散效果。
基于上述因素，通过采用双合金工艺在晶界形成重稀土壳层，较好的解决了重稀土元素引入造成剩磁以及磁能积恶化的问题。然而混粉难以均匀,晶界反应不充分；同时双合金工艺制备磁体的过程中仍然需要经过高温的烧结过程，造成双合金工艺制备的磁体中重稀土元素富集的壳层较厚，仍然会造成部分剩磁和磁能积的降低，双合金工艺制备磁体重稀土壳层的存在会影响晶界扩散效果，因此生产过程中通常选择单合金烧结钕铁硼作为晶界扩散用基材。
单合金磁体进行非取向方向扩散时，由于大量重稀土进入浅层主相晶粒，向磁体内部扩散深度过小，浓度梯度和性能梯度显著，磁体方形度差，成品磁片热减磁较高。
受限于当前技术手段的水平，高性能烧结Nd-Fe-B的制备不可避免地需要引入重稀土元素，单独某一项技术的使用已经难以开发出具有更高磁性能的烧结Nd-Fe-B磁体。产品的磁性能的提升、成本的优化需结合毛坯与晶界扩散工艺整体考量，
基于上述因素，特别研发一种高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法及应用，通过控制液相添加量及壳层厚度，结合晶界扩散工艺，实现双高综合磁性能产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法及应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：一种高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，利用双合金工艺将主相合金和和辅相合金制备成扩散基体磁片毛坯，结合非取向方向扩散工艺将双合金烧结钕铁硼毛坯沿非取向方向加工成基体磁片，其中基体磁片内主相合金晶粒外延存在重稀土富集的壳层结构。
进一步地，通过双合金工艺分别制备主相合金和和辅相合金，分别熔炼和速凝甩带、然后氢破碎和气流磨制粉、混料、取向压型、冷等静压、烧结，热处理得到烧结基体磁片毛坯，将毛坯沿非取向方向切割扩散用基体磁片，在氮气氛围保护下，将悬浊液喷涂于烧结基体磁片上，将喷涂后基片磁材入真空热处理炉，热处理后的基片磁材经切磨加工形成产品磁片。
进一步地，所述主合金为R1-T-B，其中R1选自La、Ce、Pr、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho中的一种或者几种；
所述主合金其总量为26-33wt％，T为包含Fe，且包含Co、Cu、Al、Ga、Ti、Nb、Zr等元素中的一种或多种，其总量为60-80wt％；B总量为0.5wt％-2wt％。
进一步地，所述辅合金为R2-M,其中R1选自Pr、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho中的一种或者几种；
所述辅合金其总量为50-99wt％，M为Co、Cu、Al、Ga等元素中的一种或多种，其总量为1-50wt％。
高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，分别按照质量分数比主相PrNd28.3B0.92Cu0.11Al0.1Ga0.18Co1FebalZr0.13和辅相PrNd15Dy60B0.5Cu0.5Ga1Febal配制原材料；
步骤2，将步骤(1)所配制原材料依次经过速凝甩片、氢破碎、气流磨制备SMD为3.0μm的主相磁粉和SMD为2.5μm的辅相粉；
步骤3，将步骤(2)所制主相磁粉和辅相粉按照质量比为98％：2％混合并添加0.3％抗氧化剂以及0.2％润滑剂，在惰性气体保护下混合2-10h；
抗氧化剂为YSH-01氧化剂，润滑剂为水性润滑润滑剂。
步骤4，将步骤(3)后混合粉末经取向成型、等静压制成生坯，生坯经1070℃*5h真空烧结，然后再经900℃*3h，500℃*5h热处理制备毛坯，,其中厚度32mm为取向方向；
步骤5，将毛坯沿非取向方向切成厚度5.5mm的扩散用基体磁片，基体磁片经除油、酸洗、超声水洗、烘干等步骤清洁表面油污及氧化层，将毛坯加工成5.4*5.4*5.4mm的磁性能测试样品；
步骤6，在氮气氛围保护下，将悬浊液涂覆于步骤(5)制备的基体磁片上，烘干后基片磁材的增重比为0.8％；涂覆面平行于取向方向，且涂覆方式包括刷涂、喷涂、浸涂、丝网印刷；
步骤7，将喷涂后基片磁材入真空热处理炉，处理后的基片磁材经切磨加工至11*5.4*0.8mm的产品磁片和5.4*5.4*5.4mm的磁性能测试样品；
步骤8，将喷涂后基片磁材入真空热处理炉进行真空热处理；
步骤9，将步骤(8)加工的产品磁片进行磁通和热减磁测试，热处理条件为0.8mm铁板，140℃*2h；
步骤10，将步骤(5)和(9)加工的磁性能测试样品分别进行磁性能测试。
进一步地，步骤6中所述悬浊液为重稀土源混合液，采用氢化镝粉末与混合溶剂按照质量百分比为40％：60％配制的混合液，氢化镝粉末SMD为1.5μm。
进一步地，所述重稀土源混合液中重稀土源为Dy、Tb和Ho等重稀土元素的单质、合金、氟化物、氢化物、氧化物中的一种或几种；混合溶剂为有机溶剂，采用汽油、无水乙醇、乙二醇、松油醇中的一种或几种。
进一步地，步骤7中扩散真空热处理为两段式，其中第一段为800℃-980℃，保温2h-72h，第二段为450℃-600℃，保温2h-8h。
进一步地，步骤6中涂覆面平行于取向方向，且涂覆方式包括刷涂、喷涂、浸涂、丝网印刷。
进一步地，沿扩散面至磁体内部存在重稀土浓度分布梯度，磁性能具有方形度。
高性能烧结钕铁硼基体磁片的应用，将高性能烧结钕铁硼基片磁材应用于移动终端、智能音箱、智能家居电声类产品的制作。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明针对高磁性基体磁片应用于电声产品，通过双合金工艺提升基体的矫顽力值，改善了基体磁片内部的矫顽力梯度，从而优化了磁体方形度，生产的产品热减磁率更低，降低了重稀土使用量，生产加工效率及磁材利用率高，节约了生产成本。
本发明提供的烧结钕铁硼基体磁片，磁通、热减磁及镀层结合力优异，制得的磁体性能梯度较小，方形度高，产品热减磁一致性好。
附图说明
图1为本发明基片磁材加工的示意图。
图2为本发明实施例非取向扩散原理的示意图。
图3为本发明比较例非取向扩散原理的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，一种高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，利用双合金工艺将主相合金和和辅相合金制备成扩散基体磁片毛坯，结合非取向方向扩散工艺将双合金烧结钕铁硼毛坯沿非取向方向加工成基体磁片，其中基体磁片内主相合金晶粒外延存在重稀土富集的壳层结构。
通过双合金工艺分别制备主相合金和和辅相合金，分别熔炼和速凝甩带、然后氢破碎和气流磨制粉、混料、取向压型、冷等静压、烧结，热处理得到烧结基体磁片毛坯，将毛坯沿非取向方向切割扩散用基体磁片，在氮气氛围保护下，将悬浊液喷涂于烧结基体磁片上，将喷涂后基片磁材入真空热处理炉，热处理后的基片磁材经切磨加工形成产品磁片，所述主合金为R1-T-B，其中R1选自La、Ce、Pr、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho中的一种或者几种；
所述主合金其总量为26-33wt％，T为包含Fe，且包含Co、Cu、Al、Ga、Ti、Nb、Zr等元素中的一种或多种，其总量为60-80wt％；B总量为0.5wt％-2wt％。
所述辅合金为R2-M,其中R1选自Pr、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho中的一种或者几种；
所述辅合金其总量为50-99wt％，M为Co、Cu、Al、Ga等元素中的一种或多种，其总量为1-50wt％。
将R1-T-B与R2-M合金分别在真空速凝炉中熔炼制备速凝片。
将所述主相与辅相速凝片依次进行氢破和气流磨制备主相与辅相合金粉末。
将主相与辅相合金粉末按重量比为X％:Y％混合均匀，其中90≤X≤99.9，0.1≤X≤10。
将混合后的粉末依次进行磁场取向成型、等静压、真空烧结及热处理，制备出双合金烧结钕铁硼毛坯。
将长方体形状的目标电声产品尺寸定为长宽厚三个方向尺寸，其中长度l≥宽度m≥厚度h，其中产品厚度方向为磁体取向方向。
将双合金烧结钕铁硼毛坯沿非取向方向加工成基体磁片，基体磁片厚度略大于目标产品长度或宽度尺寸，超出尺寸将在后加工及酸洗过程中去除。
将基体磁片依次进行除油、酸洗、超声水洗、烘干等工序进行表面清洁。
配制重稀土源混合液。其中重稀土源为Dy、Tb和Ho等重稀土元素的单质、合金、氟化物、氢化物、氧化物中的一种或几种；混合液溶剂为汽油、无水乙醇、乙二醇、松油醇等有机溶剂中的一种或几种。将重稀土源混合液涂覆于清洁后的基体磁片上，涂覆方式包括刷涂、喷涂、浸涂、丝网印刷等，当重稀土源为重稀土氢化物时，涂覆过程需在惰性气体氛围下进行。
将涂覆后的磁片经烘干、真空热处理，使重稀土源沿基体磁片非取向方向扩散至磁片内部，所述烘干工艺为100℃-250℃保温1-5h；所述真空热处理为两段式，800℃-980℃保温2h-72h和450℃-600℃保温2h-8h。
将热处理后的基体磁片经后加工至目标尺寸磁片。
实施例一：
步骤(1)：分别按照质量分数比主相PrNd28.3B0.92Cu0.11Al0.1Ga0.18
Co1FebalZr0.13和辅相PrNd15Dy60B0.5Cu0.5Ga1Febal配制原材料；
步骤(2)：将步骤(1)所配制原材料依次经过速凝甩片、氢破碎、气流磨制备SMD为3.0μm的主相磁粉和SMD为2.5μm的辅相粉；
步骤(3)：将步骤(2)所制主相磁粉和辅相粉按照质量比为98％：2％混合并添加0.3％抗氧化剂以及0.2％润滑剂，在惰性气体保护下混合2-10h；
步骤(4)：将步骤(3)后混合粉末经取向成型、等静压制成生坯，生坯经1070℃*5h真空烧结，然后再经900℃*3h，500℃*5h热处理制备毛坯，毛坯尺寸为55*45*32mm，其中厚度32mm为取向方向；
步骤(5)：将毛坯沿非取向方向切成厚度5.5mm的扩散用基体磁片，基体磁片尺寸为5.5*45*33mm，基体磁片经除油、酸洗、超声水洗、烘干等步骤清洁表面油污及氧化层，将毛坯加工成5.4*5.4*5.4mm的磁性能测试样品；
步骤(6)：将氢化镝粉末与无水乙醇按照质量百分比为40％：60％配制悬浊液，氢化镝粉末SMD为1.5μm；
步骤(7)：在氮气氛围保护下，使用自动喷涂设备将悬浊液喷涂于步骤(5)制备的基体磁片上，喷涂面为45*33mm面。烘干后基片磁材的增重比为0.8％；
步骤(8)：将喷涂后基片磁材入真空热处理炉，经900℃*10h和500℃*5h两级热处理；
步骤(9)：处理后的基片磁材经切磨加工至11*5.4*0.8mm的产品磁片和5.4*5.4*5.4mm的磁性能测试样品；
步骤(10)：将步骤(9)加工的产品磁片进行磁通和热减磁测试，热处理条件为0.8mm铁板，140℃*2h；
步骤(11)：将步骤(5)和(9)加工的磁性能测试样品分别进行磁性能测试。
对比例：
步骤(1)：按照质量分数比PrNd28Dy1.2B0.92Cu0.12Al0.1Ga0.2Co1FebalZr0.13配制合金原材料；
步骤(2)：将步骤(1)所配制原材料依次经过速凝甩片、氢破碎、气流磨制备SMD为3.0μm的磁粉；
步骤(3)：将步骤(2)所制磁粉添加0.3％抗氧化剂以及0.2％润滑剂，在惰性气体保护下混合2-10h；
步骤(4)：将步骤(3)后混合粉末经取向成型、等静压制成生坯，生坯经1070℃*5h真空烧结，然后再经900℃*3h，500℃*5h热处理制备毛坯，毛坯尺寸为55*45*32mm，其中厚度32mm为取向方向；
步骤(5)：将毛坯沿非取向方向切成厚度5.5mm的扩散用基体磁片，基体磁片尺寸为5.5*45*33mm，基体磁片经除油、酸洗、超声水洗、烘干等步骤清洁表面油污及氧化层，将毛坯加工成5.4*5.4*5.4mm的磁性能测试样品；
步骤(6)：将氢化镝粉末与无水乙醇按照质量百分比为40％：60％配制悬浊液，氢化镝粉末SMD为1.5μm；
步骤(7)：在氮气氛围保护下，使用自动喷涂设备将悬浊液喷涂于步骤(5)制备的基体磁片上，喷涂面为45*33mm面，烘干后基片磁材的增重比为0.8％；
步骤(8)：将喷涂后基片磁材入真空热处理炉，经900℃*10h和500℃*5h两级热处理；
步骤(9)：处理后的基片磁材经切磨加工至11*5.4*0.8mm的产品磁片和5.4*5.4*5.4mm的磁性能测试样品；
步骤(10)：将步骤(9)加工的产品磁片进行磁通和热减磁测试，热处理条件为0.8mm铁板，140℃*2h；
步骤(11)：将步骤(5)和(9)加工的磁性能测试样品分别进行磁性能测试。
磁性能测试结果如表1所示：
表1磁性能测试结果
由表1结果可以看到，采用双合金工艺制备的实施例磁体，相较于单合金工艺的比较例磁体，剩磁和方形度非常接近，但由于双合金工艺重稀土壳层结构的存在，提升了内禀矫顽力。而在扩散后，实施例与比较例的内禀矫顽力基本相同，说明双合金工艺会影响晶界扩散的矫顽力提升值；但是通过壳层结构可以降低不同深度的重稀土浓度梯度和性能梯度，因此实施例的方形度远高于比较例。
实施例磁通及热减磁测试结果如表2所示：
表2实施例磁通及热减磁测试结果
比较例磁通及热减磁测试结果如表3所示：
表3对比例磁通及热减磁测试结果
表2和表3中的1-AVG,均是按照实施例、对比例方法切割后的产品，通过对比表2和表3的结果可以发现，采用双合金工艺结合非取向方向扩散制备的电声钕铁硼磁片热减磁率更低，耐温性更好，这是由于通过壳层结构可以降低不同深度的重稀土浓度梯度和性能梯度，双合金工艺结合非取向方向扩散制备的磁体方形度更高。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，其特征在于：利用双合金工艺将主相合金和和辅相合金制备成扩散基体磁片毛坯，结合非取向方向扩散工艺将双合金烧结钕铁硼毛坯沿非取向方向加工成基体磁片，其中基体磁片内主相合金晶粒外延存在重稀土富集的壳层结构。
2.根据权利要求1所述的高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，其特征在于：通过双合金工艺分别制备主相合金和和辅相合金，分别熔炼和速凝甩带、然后氢破碎和气流磨制粉、混料、取向压型、冷等静压、烧结，热处理得到烧结基体磁片毛坯，将毛坯沿非取向方向切割扩散用基体磁片，在氮气氛围保护下，将悬浊液喷涂于烧结基体磁片上，将喷涂后基片磁材入真空热处理炉，热处理后的基片磁材经切磨加工形成产品磁片。
3.根据权利要求2所述的高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，其特征在于：所述主合金为R1-T-B，其中R1选自La、Ce、Pr、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho中的一种或者几种；
所述主合金其总量为26-33wt％，T为包含Fe，且包含Co、Cu、Al、Ga、Ti、Nb、Zr等元素中的一种或多种，其总量为60-80wt％；B总量为0.5wt％-2wt％。
4.根据权利要求2所述的高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，其特征在于：所述辅合金为R2-M,其中R1选自Pr、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho中的一种或者几种；
所述辅合金其总量为50-99wt％，M为Co、Cu、Al、Ga等元素中的一种或多种，其总量为1-50wt％。
5.根据权利要求2所述的高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1，分别按照质量分数比主相PrNd28.3B0.92Cu0.11Al0.
1Ga0.18Co1FebalZr0.13和辅相PrNd15Dy60B0.5Cu0.5Ga1Febal配制原材料；
步骤2，将步骤(1)所配制原材料依次经过速凝甩片、氢破碎、气流磨制备SMD为3.0μm的主相磁粉和SMD为2.5μm的辅相粉；
步骤3，将步骤(2)所制主相磁粉和辅相粉按照质量比为98％：2％混合并添加0.3％抗氧化剂以及0.2％润滑剂，在惰性气体保护下混合2-10h；
步骤4，将步骤(3)后混合粉末经取向成型、等静压制成生坯，生坯经1070℃*5h真空烧结，然后再经900℃*3h，500℃*5h热处理制备毛坯，,其中厚度32mm为取向方向；
步骤5，将毛坯沿非取向方向切成厚度5.5mm的扩散用基体磁片，基体磁片经除油、酸洗、超声水洗、烘干等步骤清洁表面油污及氧化层，将毛坯加工成5.4*5.4*5.4mm的磁性能测试样品；
步骤6，在氮气氛围保护下，将悬浊液涂覆于步骤(5)制备的基体磁片上，烘干后基片磁材的增重比为0.8％；涂覆面平行于取向方向，且涂覆方式包括刷涂、喷涂、浸涂、丝网印刷；
步骤7，将喷涂后基片磁材入真空热处理炉，处理后的基片磁材经切磨加工至11*5.4*0.8mm的产品磁片和5.4*5.4*5.4mm的磁性能测试样品；
步骤8，将喷涂后基片磁材入真空热处理炉进行真空热处理；
步骤9，将步骤(8)加工的产品磁片进行磁通和热减磁测试，热处理条件为0.8mm铁板，140℃*2h；
步骤10，将步骤(5)和(9)加工的磁性能测试样品分别进行磁性能测试。
6.根据权利要求5所述的高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，其特征在于：步骤6中所述悬浊液为重稀土源混合液，采用氢化镝粉末与混合溶剂按照质量百分比为40％：60％配制的混合液，氢化镝粉末SMD为1.5μm。
7.根据权利要求6所述的高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，其特征在于：所述重稀土源混合液中重稀土源为Dy、Tb和Ho等重稀土元素的单质、合金、氟化物、氢化物、氧化物中的一种或几种；混合溶剂为有机溶剂，采用汽油、无水乙醇、乙二醇、松油醇中的一种或几种。
8.根据权利要求5所述的高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，其特征在于：步骤7中扩散真空热处理为两段式，其中第一段为800℃-980℃，保温2h-72h，第二段为450℃-600℃，保温2h-8h。
9.根据权利要求5所述的高性能烧结钕铁硼基体磁片的制备方法，其特征在于：沿扩散面至磁体内部存在重稀土浓度分布梯度，磁性能具有方形度。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的高性能烧结钕铁硼基体磁片的应用，其特征在于：将高性能烧结钕铁硼基片磁材应用于应用在移动终端、智能音箱、智能家居电声类产品的制作。
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