專利名稱：一種通過滲透法制備稀土永磁體的方法及方法中使用的石墨盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過滲透法制備稀土永磁體的方法及方法中使用的石墨盒，屬于磁性材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以Ndfe14B型化合物為主相的R_Fe_B系稀土類燒結(jié)磁體，廣泛應(yīng)用于電子、汽車、 計算機、能源、機械、醫(yī)療器械等眾多領(lǐng)域。在將燒結(jié)磁體用于電機等各類裝置時，為了適應(yīng)高溫下的使用條件，對磁體要求耐熱性要好，并具有高矯頑力特性。目前，主要是通過在熔煉工序添加重稀土金屬Dy、Tb、Ho或其化合物取代主相中的Nd來提高磁體的矯頑力，該方法在熔煉過程中容易造成重稀土金屬的揮發(fā)以及在燒結(jié)過程中重稀土元素不能均勻分布于磁體晶界相或取代主相，使其部分重稀土金屬不能充分利用而造成磁體成本的增加。隨著重稀土金屬的匱乏，近來價格一路上漲，減少重稀土金屬的使用是未來R-Fe-B系稀土類燒結(jié)磁體必然的選擇。另外，傳統(tǒng)工藝提高磁體矯頑力的理論依據(jù)如下通過成型、燒結(jié)等工藝，重稀土類元素RH大多分布在Iy^e14B相的晶界附近，因此，能夠高效地提高主相外殼部中的Rfe14B相的磁晶各向異性。R-Fe-B系稀土類燒結(jié)磁鐵的矯頑力產(chǎn)生機理為成核型， 重稀土類元素RH大多分布在主相外殼部(晶界附近)，可防止反磁化區(qū)成核，有利于矯頑力的提高。但是，在實際的燒結(jié)工序中，重稀土類元素RH擴散速度增加，此類元素會擴散至晶粒的中心位置，破壞理想的組織結(jié)構(gòu)，造成磁體矯頑力的下降。另一方面，考慮到微小型磁鐵加工方面的難度，用其他磁鐵很難取代NdJe14B型化合物為主相的R-Fe-B系稀土類燒結(jié)磁體。微小型釹鐵硼磁體的應(yīng)用會越來越廣泛，而該發(fā)明對小型磁體處理效果最佳?；谏鲜隼碛?，為了適應(yīng)小型電機用磁體的特殊要求，也為了適應(yīng)目前原材料上漲尤其是重稀土類金屬稀缺的現(xiàn)狀，需要開發(fā)使重稀土元素高效地擴散到磁體內(nèi)部的技術(shù)以提高磁體性能，節(jié)約原材料成本。中國專利CN101562067A報道的一種耐腐蝕的釹鐵硼稀土永磁體的制造方法采用滲透工藝對磁體進行處理，使各類金屬進入磁體晶界相來提高磁體的耐腐蝕性，該專利在滲透過程中使用的設(shè)備、工藝和技術(shù)參數(shù)和本發(fā)明有較大差別。專利文獻CN101006534B提出了一種稀土類燒結(jié)磁體的制造方法，該發(fā)明主要采用蒸鍍法、濺射法、離子鍍敷法、蒸鍍薄膜形成法、浸漬法在磁體表面形成合金層，從而使稀土金屬擴散到磁體內(nèi)部，和本發(fā)明在工藝上也有較大區(qū)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過滲透工藝使其重稀土類元素RH(Dy、Tb、Ho)進入 R-Fe-B磁體晶界相來提高磁體矯頑力，而節(jié)約重稀土類元素用量的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種通過滲透法制備稀土永磁體的方法，其特征在于包括以下工藝步驟(1)將配制的原料經(jīng)過熔煉、氫破、氣流磨、磁場成型、燒結(jié)等工序制備出R-Fe-B 系稀土類磁體的母材；(2)對制備好的磁體母材進行切割，加工成厚度在2-10mm之間的薄片；(3)將薄片放入特制的石墨盒內(nèi)，在石墨盒底部放入重稀土類金屬氟化物和少量金屬鈣顆粒，做蒸發(fā)滲透處理前重稀土類金屬RH以氟化物的形態(tài)存在；(4)將石墨盒放入燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，然后充入Ar氣冷卻到60°C以下，最后對磁體進行時效處理，時效結(jié)束后再充入Ar氣冷卻到60°C以下出爐，得到稀土永磁體。所述步驟4中的燒結(jié)過程為抽真空待爐膛真空度進入KT3Pa后開始加熱，溫度升至600°C，保溫1. 5小時；溫度升至900-1000°C后，保溫3_5小時，在該溫度下，重稀土類元素的氟化物在金屬鈣顆粒的還原下將全部蒸發(fā)，同時形成的重稀土類金屬原子會通過磁體表面擴散至晶界相；所述步驟4中的時效處理溫度為450_550°C，時效時間4_5小時；所述步驟3中的重稀土類金屬氟化物RH為選自Dy、Tb、Ho中的稀土類元素的一種或兩種以上。所述步驟1中的熔煉、氫破、氣流磨、磁場成型、燒結(jié)等工序的步驟為(1)將配制好的原料放入真空中頻速凝感應(yīng)爐里，抽真空到小于IPa的條件下充入Ar氣保護進行加熱熔化，精煉結(jié)束后將釹鐵硼合金液澆到旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥上，制備出厚度為0. 25-0. 35mm合金鑄片，合金液溫度控制在1450-1500°C之間，在氫碎爐里進行氫化合金鑄片，通過低溫吸氫和高溫脫氫反應(yīng)后合金鑄片變成非常疏松的顆粒，然后通過氣流磨制成平均粒度為3. 0-5. 0 μ m的料粉；(2)料粉稱好后，放入適合的壓機模具內(nèi)，在磁場強度大于1.8T的磁場中取向并壓制成型，然后退磁取出生坯，抽真空封裝，再將封裝好的坯料放入等靜壓機中加壓 15-20MPa，保壓后取出生坯；(3)將成型的生坯放入高真空爐里進行燒結(jié)，調(diào)節(jié)真空度達到2. 1X10_2I^時開始提升溫度到800°C，保持該溫度3-5個小時后，調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度到1060°C -1120°C，保持該溫度 2-3小時后充入Ar氣冷卻到60°C以下，然后在高真空爐里進行時效處理；(4)在高真空爐里進行時效處理分兩級第一級時效溫度850°C _950°C，保持該溫度2-3小時后充入Ar氣冷卻到60°C以下；第二級時效溫度480°C -550°C，保溫4_5小時后充入Ar氣冷卻到60°C以下；經(jīng)過如上工藝步驟得到R-Fe-B系稀土類磁體的母材。所述步驟1中的配料為下列原子百分比的原料，Nd 13. 78%, Al 0. 3%, Nb 0.2%、B :5. 9%和其余含量的!^e及其由原料引入的雜質(zhì)。所述步驟1中的配料為下列原子百分比的原料，Nd 13. 25%, Dy 0. 45%, Cu 0. 05%, Co 1.0%, Al 0. 3%, Nb :0. 2%, B :5. 9%和其余含量的!^e及其由原料引入的雜質(zhì)。所述步驟2中加工的薄片為長30mm、寬10mm、厚2mm。一種通過滲透法制備稀土永磁體的方法中使用的特制石墨盒，包括凹形盒體、盒蓋，其特征在于所述凹形盒體內(nèi)分為上下兩層并由帶孔托架分隔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過滲透工藝將Dy、Tb、Ho等元素滲入到R-Fe-B的晶界中制備高矯頑力稀土永磁體的方法，以此來代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中在熔煉工序加入重稀土金屬的方法，可以極大的減少重稀土金屬的使用量，有效降低磁體的生產(chǎn)成本，該工藝操作簡單， 適合批量生產(chǎn)。


附圖1為本發(fā)明通過滲透法制備稀土永磁體的方法流程圖附圖2為本發(fā)明所使用特制石墨盒的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式實施例1按下例步驟生產(chǎn)(1)將下列原子百分比的原料=Nd 13. 78% ；Al :0. 3% ；Nb :0. 2% ；B :5. 9%和其余含量的狗及其由原料引入的雜質(zhì)混合在一起進行配料；(2)將步驟⑴配制的原料投入真空中頻速凝感應(yīng)爐里，抽真空到小于1 的條件下充入Ar氣保護進行加熱熔化，精煉結(jié)束后將釹鐵硼合金液澆到旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥上，制備出厚度為0. 25-0. 35mm合金鑄片，然后在氫碎爐里進行氫化釹鐵硼合金鑄片，在氣流磨里將氫化后的合金鑄片磨制成平均粒度為3. 0-5. 0 μ m的料粉，在磁場強度為1. 8T的磁場中取向并壓制出成型的生坯，然后退磁取出生坯，抽真空封裝，再將封裝好的坯料放入等靜壓機中加壓15-20MPa，保壓后取出生坯；(3)將成型的生坯放入高真空爐里進行燒結(jié)，調(diào)節(jié)真空度達到2. IXlO-2Pa時開始提升溫度到800°C，保持該保溫4. 5個小時，調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度到1065°C，保持保溫3小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C，然后在高真空爐里進行兩級時效處理第一級時效溫度900°C，保持該溫度3小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C ；第二級時效溫度 4800C，保溫4. 5小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C ；(4)對燒結(jié)完成后的毛坯進行密度、磁性能和溫度特性的測量(試樣編號1)；(5)對由上述方法制備的磁體塊材料進行切割，制成長30mm、寬10mm、厚2mm的 Nd-Fe-B系稀土類磁體；(6)將制備好的樣品放入如附圖2所示的特制石墨盒帶孔托架3上，石墨盒底部放置白色粉末氟化鏑(DyF3)和少量金屬鈣顆粒，把該裝置置于真空燒結(jié)爐內(nèi)；抽真空到小于 5. OX 10 時開始加熱至600°C，保溫1. 5個小時，目的是除去磁體表面的氧化層；然后調(diào)節(jié)溫度到950°C，保溫3小時，在該溫度下，重稀土類元素的氟化物在金屬鈣顆粒的還原下將全部蒸發(fā)，同時形成的重稀土類金屬原子會通過磁體表面擴散至晶界相；保溫后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C，然后在高真空爐里時效處理時效溫度480°C，保溫4. 5小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C出爐；(7)對經(jīng)過滲透法處理完成后的磁體進行密度、磁性能和溫度特性的測量(試樣編號2)。實施例2按下例步驟生產(chǎn)(1)磁鐵母材(基體)的生產(chǎn)方法如實施例1，對由上述方法制備的磁體塊材料進行切割，制成長30mm、寬10mm、厚2mm的Nd-Fe-B系稀土類磁體；(2)將制備好的樣品放入如附圖2所示的特制石墨盒帶孔托架3上，石墨盒底部放置白色粉末氟化鋱(TbF3)和少量金屬鈣顆粒，把該裝置置于真空燒結(jié)爐內(nèi)；抽真空到小于 5. OX 10 時開始加熱至600°C，保溫1. 5個小時，目的是除去磁體表面的氧化層；然后調(diào)節(jié)溫度到950°C，保溫3小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C，然后在高真空爐里時效處理時效溫度480°C，保溫4. 5小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C出爐；(3)對經(jīng)過滲透法處理完成后的磁體進行密度、磁性能和溫度特性的測量(試樣編號3)。實施例3按下例步驟生產(chǎn)(1)磁鐵母材(基體)的生產(chǎn)方法如實施例1，對由上述方法制備的磁體塊材料進行切割，制成長30mm、寬10mm、厚2mm的Nd-Fe-B系稀土類磁體；(2)將制備好的樣品放入如附圖2所示的特制石墨盒帶孔托架3上，石墨盒底部放置白色粉末氟化鈥(HoF3)和少量金屬鈣顆粒，把該裝置置于真空燒結(jié)爐內(nèi)；抽真空到小于 5. OX 10 時開始加熱至600°C，保溫1. 5個小時，目的是除去磁體表面的氧化層；然后調(diào)節(jié)溫度到950°C，保溫3小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C，然后在高真空爐里時效處理時效溫度480°C，保溫4. 5小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C出爐；(3)對經(jīng)過滲透法處理完成后的磁體進行密度、磁性能和溫度特性的測量(試樣編號4)。實施例4按下例步驟生產(chǎn)(1)磁鐵母材(基體)的生產(chǎn)方法如實施例1，對由上述方法制備的磁體塊材料進行切割，制成長30mm、寬10mm、厚5mm的Nd-Fe-B系稀土類磁體；(2)將制備好的樣品放入如附圖2所示的特制石墨盒帶孔托架3上，石墨盒底部按 1 1比例放置白色粉末氟化鏑(DyF3)和氟化鋱(TbF3)及少量金屬鈣顆粒，把該裝置置于真空燒結(jié)爐內(nèi)；抽真空到小于5.0X10’a時開始加熱至600°C，保溫1.5個小時，目的是除去磁體表面的氧化層；然后調(diào)節(jié)溫度到950°C，保溫3小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C，然后在高真空爐里時效處理時效溫度480°C，保溫4. 5小時后充入一個大氣壓的 Ar氣，冷卻到60°C出爐；(3)對經(jīng)過滲透法處理完成后的磁體進行密度、磁性能和溫度特性的測量(試樣編號5)。實施例5按下例步驟生產(chǎn)(1)將下列原子百分比的原料=Nd 13. 25% ；Dy 0. 45% ；Cu 0. 05% ；Co 1. 0% ； Al 0. 3% ；Nb 0. 2% ；B 5. 9%和其余含量的狗及其由原料引入的雜質(zhì)混合在一起進行配料；(2)將步驟⑴配制的原料投入真空中頻速凝感應(yīng)爐里，抽真空到小于1 的條件下充入Ar氣保護進行加熱熔化，精煉結(jié)束后將釹鐵硼合金液澆到旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥上，制備出厚度為0. 25-0. 35mm合金鑄片，然后在氫碎爐里進行氫化釹鐵硼合金鑄片，在氣流磨里將氫化后的合金鑄片磨制成平均粒度為3. 0-5. 0 μ m的料粉，在磁場強度為1. 8T的磁場中取向并壓制出成型的生坯，然后退磁取出生坯，抽真空封裝，再將封裝好的坯料放入等靜壓機中加壓15-20MPa，保壓后取出生坯；(3)將成型的生坯放入高真空爐里進行燒結(jié)，調(diào)節(jié)真空度達到2. IXlO-2Pa時開始提升溫度到800°C，保持該保溫4. 5個小時，調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度到1065°C，保持保溫3小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C，然后在高真空爐里進行兩級時效處理第一級時效溫度900°C，保持該溫度3小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C ；第二級時效溫度 4800C，保溫4. 5小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C ；(4)對燒結(jié)完成后的毛坯進行密度、磁性能和溫度特性的測量(試樣編號6)；(5)對由上述方法制備的磁體塊材料進行切割，制成長30mm、寬10mm、厚5mm的 Nd-Fe-B系稀土類磁體；(6)將制備好的樣品放入如附圖2所示的特制石墨盒帶孔托架3上，石墨盒底部放置白色粉末氟化鏑(DyF3)和少量金屬鈣顆粒，把該裝置置于真空燒結(jié)爐內(nèi)；抽真空到小于 5. OX 10 時開始加熱至600°C，保溫1. 5個小時，目的是除去磁體表面的氧化層；然后調(diào)節(jié)溫度到950°C，保溫3小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C，然后在高真空爐里時效處理時效溫度480°C，保溫4. 5小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到60°C出爐；(7)對經(jīng)過滲透法處理完成后的磁體進行密度、磁性能和溫度特性的測量(試樣編號7)。表(1)給出了按本發(fā)明工藝進行處理的磁體磁性能參數(shù)。試樣2、試樣3、試樣4、 試樣5分別經(jīng)過Dy、Tb、Ho和Dy+Tb滲透處理，其矯頑力比處理前有很大的提高，矯頑力提高約13. 8% -26. 8%。試樣6是在熔煉過程中加入約的金屬鏑，和本發(fā)明中先不在熔煉工序中加入重稀土，而是通過滲透將重稀土進入磁體晶界相比，矯頑力略低于本發(fā)明，而本發(fā)明在重稀土的使用成本上約節(jié)省20% -30%。試樣7和試樣6相比矯頑力也有明顯的提高。從測試數(shù)據(jù)分析，用該發(fā)明提出的工藝對磁體進行處理，能使磁體性能提高一個檔次， 而重稀土將節(jié)約20-30%的用量，對降低R-Fe-B型稀土類磁體的生產(chǎn)成本，提高性價比有重要意義。表(1)
權(quán)利要求
1.一種通過滲透法制備稀土永磁體的方法，其特征在于包括以下工藝步驟(1)將配制的原料經(jīng)過熔煉、氫破、氣流磨、磁場成型、燒結(jié)等工序制備出R-Fe-B系稀土類磁體的母材；(2)對制備好的磁體母材進行切割，加工成厚度在2-10mm之間的薄片；(3)將薄片放入特制的石墨盒內(nèi)，在石墨盒底部放入重稀土類金屬氟化物和少量金屬鈣顆粒，做蒸發(fā)滲透處理前重稀土類金屬RH以氟化物的形態(tài)存在；(4)將石墨盒放入燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，然后充入Ar氣冷卻到60°C以下，最后對磁體進行時效處理，時效結(jié)束后再充入Ar氣冷卻到60°C以下出爐，得到稀土永磁體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過滲透法制備稀土永磁體的方法，其特征在于所述步驟 4中的燒結(jié)過程為抽真空待爐膛真空度進入10_3pa后開始加熱，溫度升至600°C，保溫1. 5 小時；溫度升至900-100(TC后，保溫3-5小時，在該溫度下，重稀土類元素的氟化物在金屬鈣顆粒的還原下將全部蒸發(fā)，同時形成的重稀土類金屬原子會通過磁體表面擴散至晶界相；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過滲透法制備稀土永磁體的方法，其特征在于所述步驟4 中的時效處理溫度為450-550°C，時效時間4-5小時；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過滲透法制備稀土永磁體的方法，其特征在于所述步驟3 中的重稀土類金屬氟化物RH為選自Dy、Tb、Ho中的稀土類元素的一種或兩種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過滲透法制備稀土永磁體的方法，其特征在于所述步驟1 中的熔煉、氫破、氣流磨、磁場成型、燒結(jié)等工序的步驟為(1)將配制好的原料放入真空中頻速凝感應(yīng)爐里，抽真空到小于IPa的條件下充入Ar 氣保護進行加熱熔化，精煉結(jié)束后將釹鐵硼合金液澆到旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥上，制備出厚度為 0. 25-0. 35mm合金鑄片，合金液溫度控制在1450-1500°C之間，在氫碎爐里進行氫化合金鑄片，通過低溫吸氫和高溫脫氫反應(yīng)后合金鑄片變成非常疏松的顆粒，然后通過氣流磨制成平均粒度為3. 0-5. 0 μ m的料粉；(2)料粉稱好后，放入適合的壓機模具內(nèi)，在磁場強度大于1.8T的磁場中取向并壓制成型，然后退磁取出生坯，抽真空封裝，再將封裝好的坯料放入等靜壓機中加壓15-20MPa， 保壓后取出生坯；(3)將成型的生坯放入高真空爐里進行燒結(jié)，調(diào)節(jié)真空度達到2.1X10_2I^時開始提升溫度到800°C，保持該溫度3-5個小時后，調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度到1060°C -1120°C，保持該溫度2_3 小時后充入Ar氣冷卻到60°C以下，然后在高真空爐里進行時效處理；(4)在高真空爐里進行時效處理分兩級第一級時效溫度850°C-950°C，保持該溫度 2-3小時后充入Ar氣冷卻到60°C以下；第二級時效溫度480°C _550°C，保溫4_5小時后充入Ar氣冷卻到60°C以下；經(jīng)過如上工藝步驟得到R-Fe-B系稀土類磁體的母材。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過滲透法制備稀土永磁體的方法，其特征在于所述步驟1 中的配料為下列原子百分比的原料，Nd 13. 78%、Al :0. 3%、Nb :0. 2%、B :5. 9%和其余含量的狗及其由原料引入的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過滲透法制備稀土永磁體的方法，其特征在于所述步驟 1中的配料為下列原子百分比的原料，Nd 13. 25%,Dy :0. 45%,Cu :0. 05%,Co :1·0%、Α1 0.3%, Nb :0. 2%、B :5. 9%和其余含量的佝及其由原料引入的雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過滲透法制備稀土永磁體的方法，其特征在于所述步驟2 中加工的薄片為長30畫、寬10mm、厚2mm。
9.一種權(quán)利要求1所述方法中使用的特制石墨盒，包括凹形盒體(1)、盒蓋C)，其特征在于所述凹形盒體(1)內(nèi)分為上下兩層并由帶孔托架(3)分隔。
全文摘要
一種通過滲透法制備稀土永磁體的方法及方法中使用的石墨盒，將配制的原料經(jīng)過熔煉、氫破、氣流磨、磁場成型、燒結(jié)等工序制備出R-Fe-B系稀土類磁體的母材；對母材進行切割，切成厚度為2-10mm的薄片；將薄片放入特制的石墨盒內(nèi)，在盒底放入重稀土類金屬氟化物和少量金屬鈣顆粒；將石墨盒放入燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，然后充入Ar氣冷卻到60℃以下，最后對磁體進行時效處理，時效結(jié)束后再充入Ar氣冷卻到60℃以下出爐，得到稀土永磁體。該技術(shù)通過滲透工藝將Dy、Tb、Ho等元素滲入到R-Fe-B的晶界中制備高矯頑力稀土永磁體，可以極大的減少重稀土金屬的使用量，有效降低磁體生產(chǎn)成本，該工藝操作簡單，適合批量生產(chǎn)。
文檔編號H01F1/053GK102568806SQ20111046292
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者刁樹林, 劉剛, 張文旺, 武志敏, 袁文杰, 袁易, 趙永剛 申請人:包頭天和磁材技術(shù)有限責(zé)任公司