一種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于釹鐵硼磁體制備【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種改善釹鐵硼磁體磁性能和抗腐蝕性能的固體擴(kuò)散工藝。所述改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝，包括如下步驟：(1)以釹鐵硼磁體為基體，利用物理氣相沉積技術(shù)在基體表面進(jìn)行濺射沉積一層金屬氧化物薄膜；(2)將沉積后的釹鐵硼磁體在惰性氣體中進(jìn)行熱處理，得到改善后的釹鐵硼磁體。本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝過程簡(jiǎn)便有效，明顯降低釹鐵硼磁體中重稀土的含量，所得釹鐵硼磁體與傳統(tǒng)制備的燒結(jié)釹鐵硼或粘結(jié)釹鐵硼相比提高了矯頑力；且有效改善了釹鐵硼磁體晶界相的成分和結(jié)構(gòu)，提高所得釹鐵硼磁體的耐腐蝕性能。
【專利說明】一種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于釹鐵硼磁體制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種改善釹鐵硼磁體磁性能和抗 腐蝕性能的固體擴(kuò)散工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 釹鐵硼（Nd-Fe-B)磁體自1983年發(fā)明以來由于具有最高的最大磁能積（(BH)max) 且不含價(jià)格昂貴Co元素，被稱為第三稀土永磁材料而被深入的研宄和廣泛的應(yīng)用。它的發(fā) 展帶動(dòng)了整個(gè)下游產(chǎn)業(yè)如通訊、電子、醫(yī)療和能源行業(yè)的進(jìn)步和產(chǎn)品更新，釹鐵硼產(chǎn)業(yè)已成 為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。隨著以動(dòng)力馬達(dá)為代表的新應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展和需 求，對(duì)其磁性能、抗腐蝕性、熱穩(wěn)定性等綜合性能有了更高的要求，提高磁體的綜合性能已 經(jīng)成為釹鐵硼材料研宄的一個(gè)重要方向。
[0003] 矯頑力（H?！梗┦怯来朋w最重要的技術(shù)磁性參數(shù)之一。提高磁體的矯頑力可提高磁 體的最大磁能積（(BH) _)，可提高磁體在使用過程中的抗退磁能力，提高其穩(wěn)定性。但是傳 統(tǒng)商業(yè)燒結(jié)釹鐵硼的矯頑力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其理論值，且熱穩(wěn)定性能較差的缺陷限制了在高溫領(lǐng) 域的發(fā)展。因?yàn)闊Y(jié)釹鐵硼的矯頑力是內(nèi)稟結(jié)構(gòu)參數(shù)，其機(jī)制是以反向疇的形核為主，因此 晶界的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)于提高燒結(jié)釹鐵硼磁體的矯頑力起著至關(guān)重要的作用。在傳統(tǒng)生產(chǎn)過程 中，主要通過以下方法提高磁體的矯頑力：（1)是通過添加重稀土元素，如鏑（Dy)和鋱（Tb) 來提高磁體的各向異性場(chǎng)，從而提高磁體的矯頑力，但由于近年來重稀土元素的價(jià)格不斷 上漲，導(dǎo)致制造成本的不斷提高，并且犧牲了相當(dāng)大的剩磁。（2)是添加微量元素，如Cu， Al，Mg或其氧化物等改變和優(yōu)化晶界結(jié)構(gòu)和細(xì)化晶粒，從而提高磁體的矯頑力，但是由于這 些微量元素的添加提高了磁體中非磁性相的含量，導(dǎo)致了磁體剩磁的急劇降低。（3)將重稀 土的氧化物或者氟化物，如氧化鏑、氧化鋱等溶于適當(dāng)?shù)臒o機(jī)溶劑中，然后涂覆在磁體表面 通過晶界擴(kuò)散來提高磁體的矯頑力，但是無法控制表面涂覆層的厚度和含量且涂覆層相對(duì) 于磁體的結(jié)合力較差，因而工藝穩(wěn)定性較差，不適用于大批量生產(chǎn)。
[0004] 燒結(jié)釹鐵硼基本上由Nd2Fe14B主相、富Nd相以及富B相等組成。燒結(jié)釹鐵硼磁體 的富釹相具有較高的電化學(xué)活性，且傳統(tǒng)工藝制造的燒結(jié)釹鐵硼磁體存在大量的空隙，導(dǎo) 致了磁體的耐腐蝕差，大大限制了其使用范圍。自燒結(jié)釹鐵硼永磁體成功制備以來，關(guān)于磁 體的腐蝕機(jī)理的研宄以及如何提高磁體的抗腐蝕性研宄就引起了產(chǎn)、學(xué)、研各界的廣泛關(guān) 注。燒結(jié)釹鐵硼永磁材料的腐蝕是典型的晶間腐蝕，其腐蝕的推動(dòng)力來源于不同相之間的 電化學(xué)位差，因此針對(duì)燒結(jié)釹鐵硼磁體的腐蝕機(jī)理，人們提出了兩類提高磁體耐腐蝕性能 的方法：⑴從晶界相的電極電位出發(fā)，提高磁體的本征耐腐蝕性能，即合金化法。(2)是從 表面改性出發(fā)，提高磁體表面的耐腐蝕性能，即表面防護(hù)處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單有效的改善釹 鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝；所述改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝基于"晶界擴(kuò)散" 原理，以晶界為通道，合理地改善和優(yōu)化晶界相的成分和結(jié)構(gòu)，從而在不以犧牲剩磁為代價(jià) 的前提下，有效的提高了釹鐵硼磁體的矯頑力并提高了釹鐵硼磁體的抗腐蝕性能。
[0006] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝，包括如下步驟：
[0008] (1)以釹鐵硼磁體為基體，利用物理氣相沉積技術(shù)在基體表面進(jìn)行濺射沉積一層 金屬氧化物薄膜；
[0009] (2)將沉積后的釹鐵硼磁體在惰性氣體中進(jìn)行熱處理，得到改善后的釹鐵硼磁體。
[0010] 在上述改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝中，
[0011] 優(yōu)選的，所述釹鐵硼磁體為富稀土含量的釹鐵硼磁體，包含燒結(jié)釹鐵硼磁體或粘 結(jié)釹鐵硼磁體；
[0012] 所述釹鐵硼磁體可以為各種形狀，取向方向上的最小尺度厚度變化在1?40毫米 之間，優(yōu)選為20毫米左右的圓片釹鐵硼磁體；
[0013] 優(yōu)選的，所述金屬氧化物為氧化鎂或氧化鋅；
[0014] 優(yōu)選的，所述物理氣相沉積技術(shù)采用磁控濺射法，具體參數(shù)為：濺射功率為100? 150W，工作氣壓0. 5?0. 8Pa，Ar氣流量為20?25sccm，時(shí)間為0. 5?2h，溫度為室溫；
[0015] 優(yōu)選的，所述惰性氣體為氬氣（Ar);
[0016] 優(yōu)選的，所述熱處理的溫度為550?950°C，處理時(shí)間為1?4h。
[0017] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0018] (1)本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝過程簡(jiǎn)便有效，明顯降低釹鐵硼磁體中重稀土的含 量，所得釹鐵硼磁體與傳統(tǒng)制備的燒結(jié)釹鐵硼或粘結(jié)釹鐵硼相比提高了矯頑力。
[0019] (2)與傳統(tǒng)的燒結(jié)釹鐵硼晶界擴(kuò)散工藝相比，本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝使用氧化 鎂或氧化鋅等金屬氧化物作為晶界調(diào)控材料，不使用稀土金屬或含稀土化合物，在提高磁 體的矯頑力的同時(shí)進(jìn)一步節(jié)約了稀土用量。
[0020] (3)與傳統(tǒng)制備的燒結(jié)釹鐵硼或粘結(jié)釹鐵硼相比，本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝有效 改善了釹鐵硼磁體晶界相的成分和結(jié)構(gòu)，提高所得釹鐵硼磁體的耐腐蝕性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為未固體擴(kuò)散處理的備用釹鐵硼磁體的初始退磁曲線以及采用本發(fā)明所述 固體擴(kuò)散工藝處理后的釹鐵硼磁體的退磁曲線比較圖。
[0022] 圖2為采用本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝處理后的釹鐵硼磁體磁性能隨表面擴(kuò)散深 度的變化曲線圖。
[0023] 圖3為隨擴(kuò)散深度方向切割試樣的示意圖。
[0024] 圖4為未進(jìn)行固體擴(kuò)散處理的備用釹鐵硼磁體的掃描電鏡背散射示意圖。
[0025] 圖5為采用本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝處理后的釹鐵硼磁體的磁體表層掃描電鏡 背散射示意圖。
[0026] 圖6為采用本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝處理后的釹鐵硼磁體的磁體心部掃描電鏡 背散射示意圖。
[0027] 圖7為未固體擴(kuò)散處理的備用釹鐵硼磁體的極化曲線以及采用本發(fā)明所述固體 擴(kuò)散工藝處理后的釹鐵硼磁體的極化曲線示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0029] 制備備用釹鐵硼磁體：
[0030] 制備備用釹鐵硼磁體，包括以下步驟：
[0031] 步驟[1]配料：將表面潔凈的原材料按設(shè)計(jì)合金成分（不含重稀土元素）配料，在 真空甩帶爐快淬制備出速凝薄片；
[0032] 本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝可應(yīng)用于目前已有的各種合金成分的釹鐵硼磁體。該合 金成分如下：TRE^fe^Bi，其中TRE是指釹鐠合金的稀土總量。
[0033] 步驟[2]氫爆：將上述速凝薄片裝入不銹鋼容器，抽真空到l(T3Pa，然后充入高純 氫氣至105Pa，經(jīng)過20?30min后，容器的溫度升高，發(fā)生氫爆裂；然后在室溫?600°C真空 脫氫處理，冷卻后得到45?500 ym的粗粉；
[0034] 步驟[3]氣流磨：利用高速氣流（氬氣或氮?dú)猓⒋址奂铀俚匠曀偈怪嗷ヅ?撞而破碎制備出3?5 ym的細(xì)粉；
[0035] 步驟[4]取向壓制成型：將所得細(xì)粉在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，在2T磁場(chǎng)中取向成型制得 生胚；
[0036] 步驟[5]將所得生胚放入高真空（l(T3Pa)燒結(jié)爐燒結(jié)成磁體；
[0037] 步驟[6]熱處理：將步驟[5]所得燒結(jié)態(tài)的磁體進(jìn)行回火熱處理制備出備用釹鐵 硼磁體。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] 一種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝，包括如下步驟：
[0040] (1)將制備的備用釹鐵硼磁體通過線切割切成10mmX 10mmX4mm的薄片，然后將 其置入磁控濺射儀中，以純度為99. 99 %的MgO為靶材，沉積出一層MgO薄膜，其中濺射功率 為150W，工作氣壓0. 5Pa，Ar氣流量為20sccm，時(shí)間為0. 5h，溫度為室溫；
[0041] (2)將上述制備所需的磁體在惰性氣體氬氣（Ar)中于900°C熱處理4小時(shí)，得到 改善后的釹鐵硼磁體。
[0042] 圖1為備用釹鐵硼磁體和經(jīng)固體擴(kuò)散工藝改善后的釹鐵硼磁體的退磁曲線變化 示意圖。從圖1可看出，通過MgO的固體擴(kuò)散工藝，在未使用昂貴的重稀土前提下改善后的 釹鐵硼磁體的矯頑力（H?！梗┯休^大的提高，從1094kA/m提高至1170kA/m(300K)，且剩磁也 有所增加，從1. 19T提高至1. 20T(300K)。
[0043] 實(shí)施例2
[0044] 一種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝，包括如下步驟：
[0045] (1)將制備的備用釹鐵硼磁體通過線切割切成10mmX 10mmX4mm的薄片，然后將 其置入磁控濺射儀中，以純度為99. 99 %的MgO為靶材，沉積出一層MgO薄膜，其中濺射功率 為120W，工作氣壓0. 7Pa，Ar氣流量為24sccm，時(shí)間為lh，溫度為室溫；
[0046] (2)將上述制備所需的磁體在惰性氣體氬氣（Ar)中于900°C熱處理1小時(shí)，得到 改善后的釹鐵硼磁體。
[0047] 眾所周知，磁滯回線反映的是整個(gè)磁體的磁性能的平均值，為深入了解隨著MgO 擴(kuò)散深度的變化磁體磁性能的變化，將實(shí)施例2經(jīng)固體擴(kuò)散工藝處理得到的改善后的釹鐵 硼磁體薄片如圖2沿著擴(kuò)散方向進(jìn)行切取，測(cè)定剩余磁體的矯頑力（Hy和剩余磁極化強(qiáng)度 a)，其變化趨勢(shì)如圖3。矯頑力隨著擴(kuò)散層深度的減小而減小，在2mm處矯頑力回復(fù)到了 初始磁體矯頑力水平，說明本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝處理，MgO的擴(kuò)散深度大約在2mm。
[0048] 圖4為未進(jìn)行固體擴(kuò)散處理的備用釹鐵硼磁體（a)的掃描電鏡背散射示意圖，圖 5為采用本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝處理后的釹鐵硼磁體（b)的磁體表層掃描電鏡背散射示 意圖，圖6為采用本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝處理后的釹鐵硼磁體（c)的磁體心部掃描電鏡 背散射示意圖。其中編號(hào)A、編號(hào)D及編號(hào)G代表的是主相顆粒Nd2Fe14B，編號(hào)B、編號(hào)C、編 號(hào)E、編號(hào)F及編號(hào)H代表的是不同形貌的晶界富稀土相。結(jié)合圖4至圖6可以看出，通過 本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝很明顯的優(yōu)化了釹鐵硼磁體內(nèi)部晶界相顯微結(jié)構(gòu)，富稀土相變得 更加光滑、細(xì)直，抑制了反磁化疇的形核，這對(duì)于矯頑力的提高有著明顯的促進(jìn)作用。表1 是圖4至圖6編號(hào)A至編號(hào)H所標(biāo)區(qū)域的Nd、Pr、Fe、0和Mg元素的相對(duì)原子百分比及相 組成，發(fā)現(xiàn)與目前流行的重稀土（Dy或Tb)或其氧化物的晶界擴(kuò)散工藝處理后的釹鐵硼磁 體相比有著明顯的不同，重稀土（Dy或Tb)或其氧化物的晶界擴(kuò)散主要是通過重稀土（Dy 或Tb)與主相顆粒表面發(fā)生置換反應(yīng)，生成（Nd，Dy)2Fe14B，提高主相顆粒表面的局部各向 異性場(chǎng)，從而提高磁體矯頑力；而本發(fā)明所述固體擴(kuò)散工藝中的Mg并沒有與主相顆粒發(fā)生 反應(yīng)，只是僅僅存在于晶界相中，新生成的Nd-Mg-Fe-0相對(duì)于疇壁的推移起到一定的釘扎 作用，從而提高了磁體的矯頑力。
[0049] 表1圖4-6編號(hào)對(duì)應(yīng)區(qū)域的Nd、Pr、Fe、0和Mg元素的相對(duì)原子百分比及相組成
[0050]

【權(quán)利要求】
1. 一種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝，其特征在于，包括如下步驟： (1) 以釹鐵硼磁體為基體，利用物理氣相沉積技術(shù)在基體表面進(jìn)行濺射沉積一層金屬 氧化物薄膜； (2) 將沉積后的釹鐵硼磁體在惰性氣體中進(jìn)行熱處理，得到改善后的釹鐵硼磁體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝，其特征在于：所 述釹鐵硼磁體為富稀土含量的釹鐵硼磁體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝，其特征在于：所 述金屬氧化物為氧化鎂或氧化鋅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝，其特征在于： 所述物理氣相沉積技術(shù)采用磁控濺射法，具體參數(shù)為：濺射功率為100?150W，工作氣壓 0. 5?0. 8Pa，Ar氣流量為20?25sccm，時(shí)間為0. 5?2h，溫度為室溫。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝，其特征在于：所 述惰性氣體為氬氣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善釹鐵硼磁體性能的固體擴(kuò)散工藝，其特征在于：所 述熱處理的溫度為550?950°C，處理時(shí)間為1?4h。
【文檔編號(hào)】C23C14/08GK104505247SQ201410740028
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】劉仲武, 周慶, 鐘喜春, 鄭志剛 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)