一種增韌型稀土永磁材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種增韌型稀土永磁材料的制備方法，包括以下步驟：S1、采用鑄錠或速凝甩片工藝制備稀土永磁合金，經(jīng)破碎、研磨得到合金粉料；S2、往合金粉料中加入增韌劑和有機(jī)添加劑，并混合均勻；所述增韌劑選自SiC晶須、CuO晶須、TiC晶須、Si3N4晶須、AlN晶須、TiO2晶須、SnO2晶須中的至少一種；S3、將混合體系進(jìn)行磁場(chǎng)取向壓制成型和等靜壓，燒結(jié)和回火后得到稀土永磁材料。本發(fā)明還提供了采用該制備方法制備得到的增韌型稀土永磁材料。本發(fā)明提供的制備方法，在保持磁性能基本不變的前提下，能顯著提高稀土永磁合金的韌性及加工性能，從而制備得到力學(xué)性能得到顯著增強(qiáng)的稀土永磁材料。
【專利說(shuō)明】一種增韌型稀土永磁材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁性材料領(lǐng)域，尤其涉及一種增韌型稀土永磁材料的制備方法以及由該制備方法制備得到的稀土永磁材料。
【背景技術(shù)】
[0002]1983年，日本住友金屬公司首次發(fā)明了釹鐵硼永磁材料。自問(wèn)世以來(lái)，釹鐵硼永磁材料由于具有高磁能積、相對(duì)低廉的價(jià)格和充足的資源儲(chǔ)備等優(yōu)點(diǎn)，特別是釹鐵硼具有很高的性能價(jià)格比，因此成為制造效能高、體積小、質(zhì)量輕的磁性功能器件的理想材料，對(duì)許多應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。
[0003]Nd2Fe14B為四方晶系，其晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滑移系很少，因此沒(méi)有屈服變形，這就決定了 Nd2Fe14B系列化合物為脆性材料。而釹鐵硼的脆性特征在很大程度上限制了其應(yīng)用，只能進(jìn)行磨削切片、電火花切割、激光等加工，且加工過(guò)程易造成破碎、掉邊角等不良品，抬高了產(chǎn)品成本。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)在燒結(jié)釹鐵硼磁粉中添加鐵纖維或其它纖維狀金屬絲，其不但不能起到增韌的作用，反而會(huì)在燒結(jié)過(guò)程中與釹鐵硼合金反應(yīng)造成釹鐵硼成分偏析，甚至破壞其四方晶相結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致磁性能降低。
[0005]CN201110347367中公開(kāi)了一種改善加工性的電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼的制備方法，其通過(guò)在合金熔煉過(guò)程中向釹鐵硼中添加銻、銅和鈦元素，以改善合金的力學(xué)性能。但該方法中，用于改性的金屬元素與合金組分同時(shí)熔煉，因此用于改性的金屬元素含量不宜過(guò)高，否則會(huì)導(dǎo)致合金成分偏析，但是含量較低時(shí)其改善效果又有限，并不能有效增強(qiáng)合金的韌性，使得合金產(chǎn)品的加工性能仍較差。
[0006]CN200810249555中公開(kāi)了一種氮化硼納米管晶界相添加制備高強(qiáng)韌性磁體方法，其步驟為:1)主相合金采用鑄造工藝制成釹鐵硼鑄錠合金，晶界相合金采用快淬工藝制成快淬帶；2)將主相合金和晶界相合金分別制粉；3)將氮化硼納米管添加到晶界相合金粉末中；4)混合后的主相合金和晶界相合金粉末在磁場(chǎng)中壓制成型；5)在高真空燒結(jié)爐內(nèi)制成燒結(jié)磁體。該方法為雙合金法，工藝復(fù)雜；另外，所采用的氮化硼納米管成本高，不利于生產(chǎn)量產(chǎn)；且采用該方法制備得到的磁體的抗彎強(qiáng)度< 300 MPa，其韌性改善效果仍非常有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中稀土永磁材料存在的韌性差、增韌改性過(guò)程中改性效果有限且工藝復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。
[0008]本發(fā)明提供了一種增韌型稀土永磁材料的制備方法，包括以下步驟:
51、采用鑄錠或速凝甩片工藝制備稀土永磁合金，然后經(jīng)破碎、研磨得到粒徑為3-5μ m的合金粉料；
52、往100重量份合金粉料中加入0.02-2重量份的增韌劑和0.01-1重量份的有機(jī)添加劑，并混合均勻；所述增韌劑選自SiC晶須、CuO晶須、TiC晶須、Si3N4晶須、AlN晶須、TiO2晶須、SnO2晶須中的至少一種； S3、將S2得到的混合體系進(jìn)行磁場(chǎng)取向壓制成型和等靜壓，然后進(jìn)行燒結(jié)和回火，得到所述增韌型稀土永磁材料。[0009]本發(fā)明還提供了一種增韌型稀土永磁材料，所述增韌型稀土永磁材料由本發(fā)明提供的制備方法制備得到。[0010]本發(fā)明提供的增韌型稀土永磁材料的制備方法中，通過(guò)采用高熔點(diǎn)、韌度高的晶須級(jí)的Sic、CuO、TiC、Si3N4, AIN、TiO2, SnO2作為稀土永磁合金的增韌劑，在燒結(jié)過(guò)程中能有效細(xì)化晶粒，從而提高材料韌性；同時(shí)結(jié)合晶須的復(fù)合傳遞、裂紋橋聯(lián)、裂紋偏轉(zhuǎn)以及拔出效應(yīng)等增強(qiáng)機(jī)理，能進(jìn)一步增強(qiáng)稀土永磁材料的韌性，得到本發(fā)明提供的增韌型稀土永磁材料。
【具體實(shí)施方式】[0011]本發(fā)明提供了一種增韌型稀土永磁材料的制備方法，包括以下步驟: 51、采用鑄錠或速凝甩片工藝制備稀土永磁合金，然后經(jīng)破碎、研磨得到粒徑為3-5μ m的合金粉料； 52、往100重量份合金粉料中加入0.02-2重量份的增韌劑和0.01-1重量份的有機(jī)添加劑，并混合均勻；所述增韌劑選自SiC晶須、CuO晶須、TiC晶須、Si3N4晶須、AlN晶須、TiO2晶須、SnO2晶須中的至少一種； 53、將S2得到的混合體系進(jìn)行磁場(chǎng)取向壓制成型和等靜壓，然后進(jìn)行燒結(jié)和回火，得到所述增韌型稀土永磁材料。[0012]具體地，本發(fā)明中，所述稀土永磁合金的組成為:REaFe (1QQ_a_b_。) BbMe，其中9at% ≤ a ≤ 18at%，5at% ≤ b ≤ 8at%, O ≤ c ≤ 15 at% ;RE 選自 Nd、Pr、Dy、Tb、Ho、Ga 中的至少一種，M 選自 Co、Al、Cu、Zr、N1、Sn、Ga、Nb、Mo、Ti 中的至少一種。[0013]本發(fā)明中,將稀土永磁合金破碎的方法為氫碎或通過(guò)破碎機(jī)破碎，優(yōu)選氫碎，其破碎效果更佳。所述氫碎法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，將鑄錠或速凝甩片工藝制備得到的稀土永磁合金裝入氫碎爐中，抽真空后，充入高純氫氣，在0.02-1.2Mpa氫壓下,吸氫0.5_5h,聽(tīng)到合金的爆裂聲，同時(shí)可以檢測(cè)到容器的溫度在不斷升高，這是稀土永磁合金吸氫后形成氫化物體積膨脹而爆裂，然后在450-650°C下脫氫2-10h，得到碎粉。所述通過(guò)破碎機(jī)破碎的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如采用鄂式破碎機(jī)進(jìn)行粗破碎，然后通過(guò)中破碎機(jī)進(jìn)行中破碎。[0014]本發(fā)明中，所述研磨將氫碎后的碎粉進(jìn)一步破碎，從而完成合金的制粉過(guò)程。所述研磨的方法為氣流磨或球磨，優(yōu)選氣流磨。氣流磨制粉的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，其為利用氣流將粉末顆粒加速到超音速，使之相互對(duì)撞而破碎。通過(guò)氣流磨將破碎后的碎粉制成平均粒徑為3-5 μ m的合金粉料。[0015]本發(fā)明提供的增韌型稀土永磁材料的制備方法中，通過(guò)采用高熔點(diǎn)、韌度高的晶須級(jí)的Sic、CuO、TiC、Si3N4, AIN、TiO2, SnO2作為稀土永磁合金的增韌劑，在燒結(jié)過(guò)程中能有效細(xì)化晶粒，從而提高材料韌性；同時(shí)結(jié)合晶須的復(fù)合傳遞、裂紋橋聯(lián)、裂紋偏轉(zhuǎn)以及拔出效應(yīng)等增強(qiáng)機(jī)理，能進(jìn)一步增強(qiáng)稀土永磁材料的韌性，得到本發(fā)明提供的增韌型稀土永磁材料。[0016]本發(fā)明中，所述晶須為通過(guò)高純度單晶生長(zhǎng)而成的短纖維，其直徑一般為微米或亞微米數(shù)量級(jí)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明中，所述增韌劑的晶須長(zhǎng)度為1-50 μ m0
[0017]本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明中，所述增韌劑選自SiC晶須和CuO晶須的混合物。更優(yōu)選情況下，以增韌劑的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，其中SiC晶與CuO晶須的質(zhì)量比為I: (1-5)。
[0018]如前所述，本發(fā)明中，以100重量份的合金粉料為基準(zhǔn)，增韌劑的用量0.02-2重量份，更優(yōu)選為0.1-0.3重量份。
[0019]本發(fā)明中，所述有機(jī)添加劑為現(xiàn)有制備稀土永磁合金中常用的各種有機(jī)添加劑，其主要作用包括:提高粉末的潤(rùn)滑度以提高磁場(chǎng)取向成型取向度，同時(shí)阻隔粉料顆粒與氧氣接觸，防止合金粉末被氧化。因此，所述有機(jī)添加劑包括但不限于現(xiàn)有技術(shù)中常用的各種潤(rùn)滑劑和/或抗氧化劑。其中，所述抗氧化劑可選自聚環(huán)氧乙烷烷基醚、聚環(huán)氧乙烷單脂肪酸酯或聚環(huán)氧乙烷烯丙基醚中的一種或多種。所述潤(rùn)滑劑可采用油酸、硬脂酸及它們的鹽、多元醇、聚乙二醇、山梨醇、以及脫水山梨醇與硬脂酸甘油脂的混合物。。本發(fā)明中，所述潤(rùn)滑劑、抗氧化劑也可直接采用商購(gòu)產(chǎn)品，本發(fā)明沒(méi)有特殊限定。
[0020]將混合體系在磁場(chǎng)中取向壓制成型坯件的方法為常規(guī)方法，優(yōu)選情況下，在磁場(chǎng)取向成型壓機(jī)中壓制為坯件。所述磁場(chǎng)取向壓制成型的條件為:在1.5-5T的恒磁場(chǎng)或脈沖磁場(chǎng)中進(jìn)行取向壓制成型。所述等靜壓的條件為:將壓制成型得到的坯件在170-220MPa等靜壓保持15-120S。
[0021]本步驟S3中，將坯件放置于燒結(jié)爐中，在1000-1200°C燒結(jié)2-6小時(shí)，采用低溫?zé)Y(jié)能夠有效避免坯件晶粒較快的長(zhǎng)大。所述燒結(jié)爐內(nèi)設(shè)有腔體，腔體內(nèi)壁以一定間隔的環(huán)狀的鑰絲環(huán)繞，通電使鑰絲發(fā)熱，然后主要以熱輻射的形式作用到坯件上，對(duì)坯件進(jìn)行加熱，所述坯件即壓型塊，形狀以所需要的永磁體的加工外型為參考。所述回火的步驟為:先在800-1000°C進(jìn)行一級(jí)回火，并保持l_4h，再在400-600°C進(jìn)行二級(jí)回火，并保持l_4h。經(jīng)過(guò)兩級(jí)回火處理有利于稀土永磁材料獲得良好的微觀結(jié)構(gòu)。
[0022]本發(fā)明中，所述燒結(jié)和回火的步驟優(yōu)選在真空或惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。所述惰性氣體可以為不參與反應(yīng)的任何氣體，優(yōu)選為零族元素氣體中的一種或多種。
[0023]本發(fā)明還提供了一種增韌型稀土永磁材料，所述增韌型稀土永磁材料由本發(fā)明提供的制備方法制備得到。
[0024]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]實(shí)施例1
(1)采用鑄錠工藝制備釹鐵硼合金塊，其成分為(PrNd)12.64Dy1.47Fe77.79B6C0l.2Al0.5 Cu0.2Ga0 2ο然后將釹鐵硼合金塊米用1.0Mpa氫壓下吸氫1.5h,并560°C下脫氫6h,得到氫碎粉；然后通過(guò)將氫碎粉研磨成粒度為3?4 μ m的合金粉料。
(2)取該合金粉料100重量份，然后加入0.1重量份SiC晶須(長(zhǎng)度為1-50 μ m)和0.1重量份抗氧化劑及潤(rùn)滑劑，采用美式三維混料機(jī)混料，混料轉(zhuǎn)速為30r/min，混料時(shí)間為2h，得到混合體系。 (3)將混合體系在1.5-2T的恒磁場(chǎng)中取向壓制成型，并經(jīng)過(guò)190MPa等靜壓保持15s，得到坯件。將坯件在氬氣保護(hù)下，轉(zhuǎn)入真空燒結(jié)爐內(nèi)1070°C燒結(jié)4.5h，并在900°C進(jìn)行一級(jí)回火2h，然后在490°C下二級(jí)回火3h，得到本實(shí)施例的稀土永磁材料SI。
[0026]對(duì)比例I
采用與實(shí)施例1相同的步驟制備本對(duì)比例的稀土永磁材料DS1，不同之處在于:
步驟(2)中，往100重量份合金粉料中只加入0.1重量份抗氧化劑及潤(rùn)滑劑，不加入SiC晶須；然后采用美式三維混料機(jī)混料，混料轉(zhuǎn)速為30r/min，混料時(shí)間為2h，得到混合體
系O
通過(guò)上述步驟，得到本對(duì)比例的稀土永磁材料DSl。
[0027]實(shí)施例2
(O采用速凝甩片工藝制備釹鐵硼合金薄片，其成分為(PrNd)1(l.65Dy3.5Fe77.46B5.9C0l.73Ala5 Cuai6 Nba i。然后將釹鐵硼合金薄片米用1.1Mpa氫壓下吸氫2.5h,并500°C下脫氫8h,得到氫碎粉；然后通過(guò)將氫碎粉研磨成粒度為3?4μ m的合金粉料。
(2)取該合金粉料100重量份，然后加入0.1重量份SiC晶須(長(zhǎng)度為1-50μπι)、0.1重量份的CuO晶須(長(zhǎng)度為1-50 μ m)和0.1重量份抗氧化劑及潤(rùn)滑劑，采用美式三維混料機(jī)混料，混料轉(zhuǎn)速為30r/min，混料時(shí)間為2h，得到混合體系。
(3)將混合體系在1.5-2T的恒磁場(chǎng)中取向壓制成型，并經(jīng)過(guò)190MPa等靜壓保持15s，得到坯件。將坯件在氬氣保護(hù)下，轉(zhuǎn)入真空燒結(jié)爐內(nèi)1080°C燒結(jié)4.5h，并在900°C進(jìn)行一級(jí)回火2h，然后在550°C下二級(jí)回火3.5h，得到本實(shí)施例的稀土永磁材料S2。
[0028]對(duì)比例2
采用與實(shí)施例2相同的步驟制備本對(duì)比例的稀土永磁材料DS1，不同之處在于:
步驟(2)中，往100重量份合金粉料中只加入0.1重量份抗氧化劑及潤(rùn)滑劑，不加入SiC晶須、CuO晶須；然后采用美式三維混料機(jī)混料，混料轉(zhuǎn)速為30r/min，混料時(shí)間為2h，得到混合體系。
通過(guò)上述步驟，得到本對(duì)比例的稀土永磁材料DS2。
[0029]實(shí)施例3
采用采用與實(shí)施例1相同的步驟制備本實(shí)施例的稀土永磁材料DS1，不同之處在于:步驟(2)中，往100重量份合金粉料中只加入2重量份TiC晶須(長(zhǎng)度為1-50 μ m)、0.3重量份抗氧化劑及潤(rùn)滑劑；然后采用美式三維混料機(jī)混料，混料轉(zhuǎn)速為30r/min，混料時(shí)間為2h，得到混合體系。
通過(guò)上述步驟，得到本實(shí)施例的稀土永磁材料S3。
[0030]實(shí)施例4
采用采用與實(shí)施例1相同的步驟制備本實(shí)施例的稀土永磁材料DS1，不同之處在于:步驟(2)中，往100重量份合金粉料中只加入0.01重量份Ti02晶須(長(zhǎng)度為1-50 μ m)、0.01重量份AlN晶須(長(zhǎng)度為1-50 μ m)和0.01重量份抗氧化劑及潤(rùn)滑劑；然后采用美式三維混料機(jī)混料，混料轉(zhuǎn)速為30r/min，混料時(shí)間為2h，得到混合體系。
通過(guò)上述步驟，得到本實(shí)施例的稀土永磁材料S4。
[0031]實(shí)施例5
采用采用與實(shí)施例1相同的步驟制備本實(shí)施例的稀土永磁材料DS1，不同之處在于:步驟(2)中，往100重量份合金粉料中只加入0.05重量份SiC晶須(長(zhǎng)度為1-50 μ m)、
0.25重量份CuO晶須(長(zhǎng)度為1-50 μ m)和0.03重量份抗氧化劑及潤(rùn)滑劑；然后采用美式三維混料機(jī)混料，混料轉(zhuǎn)速為30r/min，混料時(shí)間為2h，得到混合體系。
通過(guò)上述步驟，得到本實(shí)施例的稀土永磁材料S5。
[0032]對(duì)比例3
采用CN201110347367實(shí)施例一公開(kāi)的方法制備本對(duì)比例的釹鐵硼合金樣品DS3。
[0033]對(duì)比例4
采用CN200810249555實(shí)施例1公開(kāi)的方法制備本對(duì)比例的釹鐵硼合金樣品DS4。
[0034]性能測(cè)試
將S1-S5和DS1-DS4加工為60_ (長(zhǎng))X6_ (寬)X5_ (高)的規(guī)格樣品，其中高度5mm方向?yàn)槿∠蚍较?。米用微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(型號(hào)CMT5105)進(jìn)行三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度測(cè)試，加載跨距為40mm,加壓速率為0.lmm/min,加壓方向平行于釹鐵硼取向方向，記錄各磁體樣品的三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度平均值(σ bb)。測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1
【權(quán)利要求】
1.一種增韌型稀土永磁材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、采用鑄錠或速凝甩片工藝制備稀土永磁合金，然后經(jīng)破碎、研磨得到粒徑為3-5μ m的合金粉料； 52、往100重量份合金粉料中加入0.02-2重量份的增韌劑和0.01-1重量份的有機(jī)添加劑，并混合均勻；所述增韌劑選自SiC晶須、CuO晶須、TiC晶須、Si3N4晶須、AlN晶須、TiO2晶須、SnO2晶須中的至少一種； 53、將S2得到的混合體系進(jìn)行磁場(chǎng)取向壓制成型和等靜壓，然后進(jìn)行燒結(jié)和回火，得到所述增韌型稀土永磁材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟SI中，所述稀土永磁合金的組成為:REaFeBbMc,其中 9at% ≤ a ≤ 18at%, 5at% ≤ b ≤ 8at%, 0 ≤ c ≤ 15 at% ；RE 選自Nd、Pr、Dy、Tb、Ho、Ga 中的至少一種，M 選自 Co、Al、Cu、Zr、N1、Sn、Ga、Nb、Mo、Ti 中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟SI中，所述破碎為氫碎，氫碎的條件為:將稀土永磁合金在0.02-1.2Mpa氫壓下，吸氫0.5_5h,在450-650°C下脫氫2-1Oh,得到碎粉；所述研磨的方法為氣流磨或球磨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述增韌劑的晶須長(zhǎng)度為1-50 μ m0
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述增韌劑選自SiC晶須和CuO晶須的混合物；以增朝劑的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，其中SiC晶與CuO晶須的質(zhì)量比為1:(1-5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，以100重量的合金粉料為基準(zhǔn)，增韌劑的用量為0.1-0.3重量份。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述有機(jī)添加劑抗氧化劑和/或潤(rùn)滑劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述磁場(chǎng)取向壓制成型的條件為:在1.5-5T的恒磁場(chǎng)或脈沖磁場(chǎng)中進(jìn)行取向壓制成型；所述等靜壓的條件為:將壓制成型得到的坯件在170-220MPa等靜壓保持15_120s。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)的條件為:燒結(jié)溫度為1000-1200°C，燒結(jié)時(shí)間為2-6小時(shí)；所述回火的步驟為:先在800-1000°C進(jìn)行一級(jí)回火，并保持l_4h，再在400-600°C進(jìn)行二級(jí)回火，并保持l_4h。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)和回火在真空或惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。
11.一種增韌型稀土永磁材料,其特征在于,所述增韌型稀土永磁材料由權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。
【文檔編號(hào)】H01F1/053GK103567446SQ201210264842
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月30日
【發(fā)明者】張素榮, 金啟明, 吳波 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司