TWI632564B

TWI632564B - 以細粉製造釹鐵硼磁石的方法

Info

Publication number: TWI632564B
Application number: TW105143080A
Authority: TW
Inventors: 邱軍浩; 陳柏偉; 黃宏勝; 莫智傑
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-08-11
Also published as: TW201824303A

Abstract

本發明提供一種釹鐵硼磁石的製造方法，其包含步驟：在一惰性氣體中混合由一第一釹鐵硼合金粉末與一輔助劑所形成的一輔助粉體以及一第二釹鐵硼合金粉末，以形成一混合粉體；以及對該混合粉體依序進行磁場成形配向、真空燒結以及熱處理，以形成一釹鐵硼磁石；其中該第一及第二釹鐵硼合金粉末的粒徑範圍分別是小於或等於1微米以及超過1微米，該輔助劑選自硬酯酸鹽或硼酸烷基酯。

Description

以細粉製造釹鐵硼磁石的方法

本發明係關於一種以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，特別是關於一種可在燒結步驟中，提高粒徑在1微米以下的釹鐵硼合金細粉的使用量，並形成具有優良磁特性的釹鐵硼磁石的製造方法。

一般釹鐵硼磁石的製造主要分成前段及後段製程。前段製程包含將甩片合金進行氫碎及氣流粉碎。甩片合金經過前段製程，依照粒徑分佈可被區分成兩個區塊，一是「一般粉末」，平均粒徑分佈於1至10微米之間，另一區塊則是「超微細粉末」，粉末粒徑小於1微米，其含量預估可達整體粉末的10%以上。

超微細粉末由於粒徑過小，在後續燒結製程中容易形成異常粗大晶粒，降低磁石的本質矯頑磁力值(iHc)。此外，超微細粉末在磁場成形配向時，其易磁化軸較不易被整齊排列於磁場方向，故降低了磁石的殘餘磁化量值(Br)。因此，日立金屬公司提出了將超微細粉末的含量限定在10%以下，且發現只要超過3%，則磁石的磁特性將嚴重惡化。然而，一般經過氣流粉碎後的粉末雖然會自動依照粒徑被分離，但若依照日立金屬公司所建議，大部分的超微細粉末將被捨棄，至少會浪費原本甩片合金重量的7%左右的材料。

故，有必要提供一種以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，可完全利用粒徑在1微米以下的釹鐵硼合金細粉，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，藉由使用一輔助劑，可在燒結製程中，提高粒徑小於或等於1微米的釹鐵硼合金粉末的使用量，同時維持釹鐵硼磁石的磁特性等級不降低，因此可回收並再利用廢棄材料、簡化製程及節省材料成本。

為達上述之目的，本發明的一實施例提供一種以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，其包含步驟：(1)提供一輔助粉體，其包含一第一釹鐵硼合金粉末以及一輔助劑，該第一釹鐵硼合金粉末具有一粒徑範圍小於或等於1微米；(2)在一惰性氣體中混合該輔助粉體與一第二釹鐵硼合金粉末以形成一混合粉體，該第二釹鐵硼合金粉末具有一粒徑範圍超過1微米；以及(3)對該混合粉體依序進行磁場成形配向、真空燒結以及熱處理，以形成一釹鐵硼磁石；其中該輔助劑選自硬酯酸鹽或硼酸烷基酯。

在本發明之一實施例中，該輔助劑以重量計佔該輔助粉體的0.5至5%。

在本發明之一實施例中，該輔助粉體以重量計佔該混合粉體的20%以下。

在本發明之一實施例中，該硬酯酸鹽是硬酯酸鋅或硬酯酸鋰。

在本發明之一實施例中，該硼酸烷基酯類是硼酸三正丁酯。

在本發明之一實施例中，該步驟(3)進行燒結的條件是在1000至1090℃持續3至5小時，真空度大於5×10^-5托(torr)；以及進行熱處理的條件是在450至500℃持續2至3小時，真空度大於5×10^-5托(torr)。

在本發明之一實施例中，該第一釹鐵硼粉末及該第二釹鐵硼粉末是利用各成分以重量計為(Nd,Pr)_xDy_yFe_balCo_zCu_mNb_nB₁的一甩片合金進行(A)氫破碎製程；以及(B)進行氣流粉碎製程，以形成該第一釹鐵硼粉末及該第二釹鐵硼粉末，其中24.5<x<28，2<y<8，0<z<10，0<m<0.3，0<n<0.1，以及x+y+z+m+n+bal=99。

在本發明之一實施例中，該步驟(A)的實施條件為：吸氫壓力1.8至2.5千克力/平方公分(kgf/cm²)持續1至3小時，以及脫氫溫度450至650℃持續1至3小時。

在本發明之一實施例中，該步驟(B)的實施條件為：系統壓力0.3至0.5兆帕(MPa)，分級輪之每分鐘轉速(rpm)為4500至5000轉。

在本發明之一實施例中，該惰性氣體為氮氣或氬氣。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的單數形式“一”、“一個”和“所述”包括複數引用，除非上下文另有明確規定。例如，術語“一化合物”或“至少一種化合物”可以包括多個化合物，包括其混合物；本發明文中提及的「%」若無特定說明皆指「重量百分比(wt%)」；數值範圍(如10%至11%的A)若無特定說明皆包含上、下限值(即10%≦A≦11%)；數值範圍若未界定下限值(如低於0.2%的B，或0.2%以下的B)，則皆指其下限值可能為0(即0%≦B≦0.2%)；各成份的「重量百分比」之比例關係亦可置換為「重量份」的比例關係。上述用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

本發明的一實施例提供一種以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，其主要包含步驟：(S01)提供一輔助粉體，包含一第一釹鐵硼合金粉末；(S02)混合該輔助粉體與一第二釹鐵硼合金粉末成為一混合粉體；以及(S03)對該混合粉體依序進行磁場成形配向、真空燒結以及熱處理，以形成一釹鐵硼磁石。

本發明一實施例之以細粉製造釹鐵硼磁石的方法首先是：(S01)提供一輔助粉體，包含一第一釹鐵硼合金粉末。在本步驟中，該第一釹鐵硼合金粉末的粒徑小於或等於1微米，因此一般在燒結步驟中，都將大部分界於此粒徑範圍的粉末篩除而不使用，或僅使用一小部分，其餘則丟棄。該輔助粉體中另外還包含一輔助劑，其選自硬酯酸鹽或硼酸烷基酯。該硬酯酸鹽可例如是硬酯酸鋅或硬酯酸鋰。該硼酸烷基酯類可例如是硼酸三正丁酯。較佳的，在該輔助粉體中，該輔助劑以重量計佔該輔助粉體的0.5至5%，可例如是0.5、1、2、3或5%，然不限於此。

本發明一實施例之以細粉製造釹鐵硼磁石的方法接著是：(S02)混合該輔助粉體與一第二釹鐵硼合金粉末成為一混合粉體。在本步驟中，該輔助粉體以重量計佔該混合粉體的20%以下，可例如是0.5、1、2、3、5、10、15或20%，然不限於此。該第二釹鐵硼合金粉末的粒徑超過1 微米，較佳是2至10微米。較佳的，本步驟是在一惰性氣體中進行。該惰性氣體可例如是氮氣或氬氣等。

本發明一實施例之以細粉製造釹鐵硼磁石的方法接著是：(S03)對該混合粉體依序進行磁場成形配向、真空燒結以及熱處理，以形成一釹鐵硼磁石。在本步驟中，該混合粉體進行磁場成形配向之後，接著進行真空燒結的條件為：真空度大於5×10^-5托，1000~1090℃維持3~5小時。該混合粉體進行真空燒結之後，接著進行熱處理的條件為：真空度大於5×10^-5托，450~500℃維持2~3小時。

再者，上述該步驟(S01)與(S02)中，該第一釹鐵硼合金粉末與該第二釹鐵硼合金粉末可以來自同一批次，先經過氫破碎製程及氣流粉碎製程所分離出來，各具有不同粒徑範圍的釹鐵硼合金粉末。較佳的，該第一釹鐵硼粉末及該第二釹鐵硼粉末是可例如是利用各成分以重量計為(Nd,Pr)_xDy_yFe_balCo_zCu_mNb_nB₁的一甩片合金，依序進行(A)氫破碎製程；以及(B)進行氣流粉碎製程，以形成該第一釹鐵硼合金粉末及該第二釹鐵硼合金粉末，其中24.5<x<28，2<y<8，0<z<10，0<m<0.3，0<n<0.1，以及x+y+z+m+n+bal=99。因此，在實際以氣流粉碎機進行上述步驟(B)之後，可獲得該第一釹鐵硼合金粉末及該第二釹鐵硼合金粉末，接著直接將該輔助劑添加於該第一釹鐵硼合金粉末，然後與該第二釹鐵硼合金粉末均勻混合，進行燒結及熱處理。

利用本發明所提供的以細粉製造釹鐵硼磁石的方法所形成的釹鐵硼磁石，其磁特性不會有顯著降低，能維持在所需要的等級範圍。此外，相較於以往在燒結前的處理流程，由於可以完全利用粒徑範圍小於1 微米的超微細粉末，省去了篩選、分離及捨棄的步驟，可節省材料成本並簡化製程。

為驗證本發明以細粉製造製造釹鐵硼磁石的方法能有效維持磁特性，進行了下述實驗測試。

實驗組1：

使用一甩片合金，成分為Nd_26.5Dy_4.5Fe_balCo₂Cu_0.2Nb_0.25B₁，在氬氣保護下進行氫破碎製程，吸氫壓力為1.95千克力/平方公分，維持2小時；脫氫溫度為550℃，維持1小時。接著在氮氣保護下進行氣流粉碎製程，系統壓力為0.5兆帕，分級輪之轉速為5000rpm。氣流粉碎製程後可獲得粒徑超過1微米的粉體(下稱「優粉體A」)，以及粒徑小於或等於1微米的粉體(下稱「細粉體B」)。將全部細粉體B與一輔助劑(硬酯酸鋅)混合形成一輔助粉體C，混合重量比例為細粉體B：輔助劑=95：5。接著，將所得之輔助粉體C與優粉體A充分混合後，於磁場成形配向，並置入真空燒結爐中進行燒結及熱處理。燒結條件：1050℃持續5小時，真空度5×10^-5托；熱處理條件：500℃持續2小時，真空度5×10^-5托。經過燒結及熱處理後，形成的釹鐵硼磁石具有磁性值：殘留磁化量(Br)為12.9kG、本質矯頑磁力(iHc)為23.3kOe以及磁能積(BH)_max為41.5MGOe。

比較組1：

不採用實驗組1的細粉體B，僅以優粉體A直接進行磁場成形配向、燒結及熱處理等製程，燒結及熱處理條件同實驗組1。經過燒結及熱處理後，形成的釹鐵硼磁石具有磁性值：殘留磁化量(Br)為12.8kG、本質矯頑磁力(iHc)為23.6kOe以及磁能積(BH)_max為41.2MGOe。從實驗組1及比較組1可知，兩組的磁石特性並無太大差異，也就是添加輔助劑來回收利用細粉體B，不但可獲得相同等級的磁石，也可以減少材料浪費。

實驗組2：

將實驗組1中的細粉體B與輔助劑的重量比改變為細粉體B：輔助劑=99.5：0.5(實驗組2-1)或97：3(實驗組2-2)。然後進行磁場成形配向、燒結及熱處理等製程，燒結及熱處理條件同實驗組1。經過燒結及熱處理後，所形成的釹鐵硼磁石磁特性如下表1。

從表1可知，改變輔助劑的含量會使磁特性略微起伏，但仍可維持在同一等級。因此可判斷，只要添加相對於細粉體B較少量的輔助劑，即可維持後續所形成的釹鐵硼磁石的磁特性。

實驗組3：

如下表2所示，改變實驗組1中的輔助粉體C與優粉體A的混合比例，藉以了解輔助粉體C含量對於磁特性的影響。

從表2可看出，當輔助粉體C佔有比例在20%以下時，磁特性仍可以維持在同一等級，甚至在比例為0.5~2%時，對磁特性有提升的效果。相反的，當輔助粉體C佔有比例超過20%時，各項磁性值均呈現下降趨勢。

相較於現有技術，本發明所提供的以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，對於以往製程中粒徑不符合後續製程需求的釹鐵硼合金粉末，可提高其容許含量，也就是不需要將他們額外篩選、分離及捨棄，除了可簡化製程之外，也可以將其回收再利用於製造具有相同等級磁特性的磁石，因此節省了材料成本，亦減少了廢棄材料的產生。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，其包含下列步驟：(1)提供一輔助粉體，其包含一第一釹鐵硼合金粉末以及一輔助劑，該第一釹鐵硼合金粉末具有一粒徑範圍小於或等於1微米，其中該輔助劑以重量計佔該輔助粉體的0.5至5%；(2)在一惰性氣體中混合該輔助粉體與一第二釹鐵硼合金粉末以形成一混合粉體，該第二釹鐵硼合金粉末具有一粒徑範圍超過1微米，其中該輔助粉體以重量計佔該混合粉體的20%以下；(3)對該混合粉體進行磁場成形配向；以及(4)對該混合粉體進行燒結及熱處理，以獲得一釹鐵硼磁石；其中該輔助劑選自硬酯酸鹽或硼酸烷基酯；該第一釹鐵硼粉末及該第二釹鐵硼粉末是利用各成分以重量計為(Nd,Pr)_xDy_yFe_balCo_zCu_mNb_nB_l的一甩片合金進行(A)氫破碎製程；以及(B)進行氣流粉碎製程，以形成該第一釹鐵硼粉末及該第二釹鐵硼粉末，其中24.5<x<28，2<y<8，0<z<10，0<m<0.3，0<n<0.1，以及x+y+z+m+n+bal=99。
如申請專利範圍第1項所述之以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，其中該硬酯酸鹽是硬酯酸鋅或硬酯酸鋰。
如申請專利範圍第1項所述之以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，其中該硼酸烷基酯是硼酸三正丁酯。
如申請專利範圍第1項所述之以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，其中該步驟(4)進行燒結的條件是在1000至1090℃持續3至5小時，真空度大於5×10^-5托(torr)；以及進行熱處理的條件是在450至500℃持續2至3小時，真空度大於5×10^-5托。
如申請專利範圍第1項所述之以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，其中該步驟(A)的實施條件為：吸氫壓力1.8至2.5千克力/平方公分持續1至3小時，以及脫氫溫度450至650℃持續1至3小時。
如申請專利範圍第1項所述之以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，其中該步驟(B)的實施條件為：系統壓力0.3至0.5兆帕，分級輪之每分鐘轉速為4500至5000轉。
如申請專利範圍第1項所述之以細粉製造釹鐵硼磁石的方法，其中該惰性氣體為氮氣或氬氣。