專(zhuān)利名稱：一種制備高矯頑力和高耐蝕性燒結(jié)釹鐵硼永磁材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種制備具有高矯頑力和高耐蝕性的釹一鐵一硼永磁材料的方法，屬于磁性材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
NdFeB永磁材料從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始發(fā)展，屬國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的新材料，主要包括燒結(jié)和粘結(jié)稀土永磁材料，已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各產(chǎn)業(yè)，尤其是電子和汽車(chē)工業(yè)的一種不可替代的基礎(chǔ)材料，其種類(lèi)繁多，廣泛用于電子、汽車(chē)、計(jì)算機(jī)、電力、機(jī)械、能源、環(huán)保、國(guó)防、醫(yī)療器械等眾多領(lǐng)域，又是節(jié)能、節(jié)材及出口創(chuàng)匯的產(chǎn)品，帶動(dòng)著各行業(yè)的發(fā)展。NdFeB系稀土永磁材料自出現(xiàn)后，在短短的幾十年中得到迅猛的發(fā)展，人們不斷地優(yōu)化其化學(xué)組成，改進(jìn)制造工藝技術(shù)與設(shè)備，使其磁性能不斷得到提高，日本現(xiàn)已能夠批量生產(chǎn)磁能積達(dá)400kJ/m3 (50MMG0e)的各向異性燒結(jié)NdFeB永磁體，實(shí)驗(yàn)研究的燒結(jié)NdFeB永磁磁能積已達(dá)474kJ/m3(59. 5MMG0e)，達(dá)到了其理論值的93%，從磁能積角度看已沒(méi)有太大的提升空間。NdFeB基永磁材料主相Nd2Fe14B具有非常高的各向異性場(chǎng)，其矯頑力的理論極限高達(dá)70k0e，但是實(shí)際磁體的矯頑力僅為理論值的十分之一到三分之一。NdFeB永磁體的矯頑力之所以遠(yuǎn)小于理論各向異性場(chǎng)，是由于其具體的微結(jié)構(gòu)及缺陷造成的。磁體硬磁相晶粒的不規(guī)則形狀決定的自退磁場(chǎng)和晶粒之間相互作用產(chǎn)生的內(nèi)部散磁場(chǎng)合成的有效退磁場(chǎng)(-NrffMs)使磁體的矯頑力降低。晶粒界面結(jié)構(gòu)缺陷是另外一個(gè)影響因素。結(jié)構(gòu)缺陷勢(shì)必導(dǎo)致磁性結(jié)構(gòu)參數(shù)的畸變，即晶粒表面結(jié)構(gòu)缺陷區(qū)的磁晶各向異性常數(shù)K、交換積分A和飽和磁極化強(qiáng)度Js (或飽和磁化強(qiáng)度Ms)都會(huì)不同于晶粒內(nèi)部相應(yīng)量的取值。它們既是晶粒反磁化的成核中心，又是阻礙晶粒間疇壁位移的釘扎部位，對(duì)磁體矯頑力有很大影響。燒結(jié)釹鐵硼磁性能另外一個(gè)`缺點(diǎn)是耐腐蝕性差，從而大大限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。燒結(jié)NdFeB磁體耐蝕性差的特點(diǎn)首先與其自身晶體結(jié)構(gòu)和相分布有著密切的聯(lián)系。與多數(shù)金屬及合金一樣，燒結(jié)NdFeB永磁合金是由多晶體組成的,其多晶組織由主相Nd2Fe14B相，富Nd相和富B相Nd1 + εFe4B4三相組成。就分布狀態(tài)而言，富Nd相以網(wǎng)絡(luò)狀的方式分布在主相Nd2Fe14B的晶粒邊界或三角晶界位置，形成所謂的晶界相，此外少量的富B相以顆粒的形式分布于主相的晶界位置。NdFeB磁體的磁性主要由硬磁相Nd2Fe14B決定；富Nd相的存在可促進(jìn)磁性材料的燒結(jié)，使磁體致密化，沿晶界分布時(shí)，可起磁耦合隔離作用，有利于矯頑力的提高，但會(huì)降低飽和磁化強(qiáng)度和剩磁。另一個(gè)造成燒結(jié)NdFeB磁體耐蝕性差的原因則與合金中的相的化學(xué)特點(diǎn)相關(guān)。具體而言，富Nd相中大量存在的單質(zhì)Nd元素是化學(xué)活性最高的金屬元素之一，化學(xué)穩(wěn)定性差，較易發(fā)生氧化。一般而言，當(dāng)磁體處于室溫和干燥環(huán)境(<15%RH)下，其氧化腐蝕過(guò)程十分緩慢，化學(xué)穩(wěn)定性較好。但是當(dāng)合金處于干燥高溫(>250°C)或電化學(xué)環(huán)境中，就會(huì)發(fā)生明顯的腐蝕過(guò)程。其中在干燥高溫的環(huán)境中，合金中富Nd相會(huì)首先轉(zhuǎn)變?yōu)镹d2O3,隨后還會(huì)逐步發(fā)生主相Nd2Fe14B的氧化分解成α -Fe和Nd2O3,進(jìn)一步氧化生成Fe2O3;而在電化學(xué)環(huán)境中，合金組織中相互接觸的三相之間存在著明顯的電位差。三相的電化學(xué)電位由低到高依次分別為富Nd相、富B相和主相Nd2Fe14B,因此三相的腐蝕速率不同。三相間電化學(xué)性質(zhì)的不同造成了電偶效應(yīng)，為合金形成原電池提供了可能。富Nd相和富B相會(huì)相對(duì)于主相Nd2Fe14B形成陽(yáng)極，優(yōu)先發(fā)生腐蝕。這兩相作為陽(yáng)極金屬將承擔(dān)很大的腐蝕電流密度，尤其是其中的富Nd相，由于在組織中呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，腐蝕速度很快。它的腐蝕會(huì)導(dǎo)致主相Nd2Fe14B晶粒之間結(jié)合界面消失，出現(xiàn)晶粒脫落現(xiàn)象，最終導(dǎo)致合金的整體腐蝕。由此可見(jiàn),無(wú)論在哪種腐蝕環(huán)境中,燒結(jié)NdFeB合金的腐蝕過(guò)程就其本質(zhì)而言都屬于選擇性腐蝕。發(fā)生這一過(guò)程的原動(dòng)力在于合金中富Nd相既具有強(qiáng)烈的化學(xué)活性，又與主相Nd2Fe14B之間有明顯的電位差。與此同時(shí)，由于合金中的富Nd相是呈網(wǎng)絡(luò)狀分布在主相晶粒邊界上，使得NdFeB磁體的腐蝕形態(tài)具有典型的晶間腐蝕特征，大大加速了合金的腐蝕速度?？梢?jiàn)，富Nd相的化學(xué)特性及其分布狀態(tài)是決定NdFeB磁體耐腐蝕性的關(guān)鍵因素。據(jù)此，本發(fā)明采用鏑鋅合金粉末顆粒摻雜制備兼具高矯頑力和高耐蝕性的燒結(jié)NdFeB永磁材料。與單相金屬粉末顆粒摻雜相比，本發(fā)明利用兩種兀素組成合金粉末摻雜磁體，綜合利用了兩種元素的特性，使磁體的磁性能和耐腐蝕性能更好。與雙合金法相比，本發(fā)明簡(jiǎn)化了磁體的制備工序，同時(shí)在改善磁體微結(jié)構(gòu)、提高磁體磁性能、耐腐蝕性能以及降低稀土含量方面也有所改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題，提出采用鏑鋅合金粉末顆粒摻雜的方法制備高矯頑力和高耐腐蝕性的燒結(jié)釹鐵硼磁體，是通過(guò)添加鏑鋅合金粉末顆粒提高燒結(jié)NdFeB永磁材料矯頑力和耐蝕性的方法。一種制備高矯頑力和高耐蝕性燒結(jié)釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于，包括以下步驟(I)采用速凝薄片工藝制備釹鐵硼基速凝薄片，之后用氫爆法將合金薄片破碎并通過(guò)氣流磨粉碎制備3-5微米 釹鐵硼基原料粉末；(2)將平均粒徑1-10微米的鏑鋅合金DyZn或DyZn5粉末加入步驟(I)中制備好的釹鐵硼基粉末中，添加比例為釹鐵硼基粉末重量的O. 3-3. 0%，將兩種粉末混合均勻；(3)將步驟(2)經(jīng)過(guò)均勻混合后的粉末在1. 8T的磁場(chǎng)中取向并壓制成型，得到壓坯；(4)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，然后升高溫度在1000-1100°C燒結(jié)2-4小時(shí)，最后進(jìn)行二級(jí)熱處理，其中一級(jí)熱處理溫度850°C _950°C，時(shí)間1-3小時(shí)；二級(jí)熱處理溫度4600C _600°C，時(shí)間1-3小時(shí)；最終獲得燒結(jié)釹鐵硼磁性材料。與單相金屬粉末顆粒摻雜相比，本發(fā)明利用兩種元素組成合金粉末摻雜磁體，綜合利用了兩種元素的特性，使磁體的磁性能和耐腐蝕性能更好。與雙合金法相比，本發(fā)明簡(jiǎn)化了磁體的制備工序，同時(shí)在改善磁體微結(jié)構(gòu)、提高磁體磁性能、耐腐蝕性能以及降低稀土含量方面也有所改善。本發(fā)明將一定鏑鋅合金粉末顆粒與釹鐵硼微米顆?；旌?，使得鏑鋅合金粉末顆粒均勻分布分散于主相Nd2Fe14B晶粒表面。添加鏑鋅合金粉末經(jīng)過(guò)燒結(jié)及熱處理過(guò)程富集在富Nd相和主相晶粒邊界處。低熔點(diǎn)元素在燒結(jié)溫度下形成液體，改善富Nd相與主相的潤(rùn)濕性，使富Nd相更均勻的沿晶界分布，晶界更加清晰、光滑，增強(qiáng)了晶粒間的去磁交換耦合作用和晶界上反磁化疇的形核場(chǎng)，從而提高了磁體的矯頑力。同時(shí)，這種方法能夠在主相NdFeB晶粒的邊界層上引入一層鏑，形成DyFeB化合物，從而可以提高磁體的矯頑力。首先，這樣可以降低DyFeB在燒結(jié)NdFeB永磁材料中的比例，從而減小對(duì)磁體剩磁和磁能積的負(fù)面影響，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)提高矯頑力和改善溫度特性的目的。其次，鏑的添加量會(huì)由此顯著降低，從而有利于降低材料的制造成本。另一方面這些所添加的鏑鋅金屬間化合物在晶界上部分的取代了富釹晶界相，因?yàn)檫@類(lèi)化合物具有相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)特性，它的存在可以起到改善富Nd晶界相耐蝕性差的弱點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1利用速凝技術(shù)將成分為Nd13.5FebalAla4B6 (原子百分含量)的合金制備為薄片，隨后采用氫破碎-氣流粉碎工藝將粉末制成平均粒徑3微米的粉末。之后將重量百分比O. 3%的、平均粒徑I微米的鏑鋅合金粉末(DyZn5)添加到上述初始粉末中，利用混料機(jī)將兩種粉末進(jìn)行均勻的混合。將經(jīng)過(guò)均勻混合后的粉末在1. 8T的磁場(chǎng)中取向并壓制成型。然后將壓坯置入高真空燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1060°C燒結(jié)3小時(shí)。之后進(jìn)行二級(jí)熱處理，其中一級(jí)熱處理溫度950°C，時(shí)間2小時(shí)；二級(jí)熱處理溫度580°C，時(shí)間I小時(shí)。即獲得燒結(jié)磁體。

對(duì)比利I采用與實(shí)施例1相同的工藝制備了未摻雜鏑鋅合金粉末顆粒的Nd13.5FebalAl0.4B6燒結(jié)磁體作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)。利用B-H回線儀測(cè)試了兩種磁體的磁性能，同時(shí)利用高壓反應(yīng)釜(121°C，0. 2MPa,500h)測(cè)試了磁體的耐腐蝕性。所制備磁體的各項(xiàng)磁性能及耐腐蝕性能指標(biāo)列于表I中。表I實(shí)施例1和對(duì)比例I磁體磁性能及耐腐蝕性能對(duì)比
高壓反應(yīng)釜 剩磁矯頑力磁能積 樣品名稱質(zhì)量損失
(kGs) (kOe) (MGOe) (mg/cm2)
實(shí)施例1 13.46 15.34 40.913.05
對(duì)比例 I 1 67 143 42.091625以上結(jié)果說(shuō)明對(duì)于成分相同的燒結(jié)NdFeB磁體而言，采用本發(fā)明添加鏑鋅合金粉末顆粒制備的磁體比未摻雜磁體的矯頑力顯著提高，此外兩種磁體的剩磁與磁能積相當(dāng)，同時(shí)磁體的耐腐蝕性明顯改善。實(shí)施例2利用速 規(guī)技術(shù)將成分為Nd12.5FebalAlQ.5NbQ.2B6 (原子百分含星)的合金制備為薄片，隨后采用氫破碎-氣流粉碎工藝將粉末制成平均粒徑5微米的粉末。之后將重量百分比1.0%的、平均粒徑3微米的鏑鋅合金(DyZn)粉末添加到上述初始粉末中，利用混料機(jī)將兩種粉末進(jìn)行均勻的混合。將經(jīng)過(guò)均勻混合后的粉末在1. 8T的磁場(chǎng)中取向并壓制成型。然后將壓坯置入高真空燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1000°C燒結(jié)4小時(shí)。之后進(jìn)行二級(jí)熱處理，其中一級(jí)熱處理溫度900°C，時(shí)間3小時(shí)；二級(jí)熱處理溫度460°C，時(shí)間2小時(shí)。即獲得燒結(jié)磁體。對(duì)比例2采用與實(shí)施例2相同的工藝制備了未摻雜鏑鋅合金粉末顆粒的Nd12.5FebalAl0.5Nb0.2B6燒結(jié)磁體作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)。利用B-H回線儀測(cè)試了兩種磁體的磁性能，同時(shí)利用高壓反應(yīng)釜(121°C，0. 2MPa,500h)測(cè)試了磁體的耐腐蝕性。所制備磁體的各項(xiàng)磁性能及耐腐蝕性能指標(biāo)列于表2中。表2實(shí)施例2和對(duì)比例2磁體磁性能及耐腐蝕性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種制備高矯頑力和高耐蝕性燒結(jié)釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)采用速凝薄片工藝制備釹鐵硼基速凝薄片，之后用氫爆法將合金薄片破碎并通過(guò)氣流磨粉碎制備3-5微米釹鐵硼基原料粉末； (2)將平均粒徑1-10微米的鏑鋅合金DyZn或DyZn5粉末加入步驟(I)中制備好的釹鐵硼基粉末中，添加比例為釹鐵硼基粉末重量的O. 3-3. 0%，將兩種粉末混合均勻； (3)將步驟(2)經(jīng)過(guò)均勻混合后的粉末在1.8T的磁場(chǎng)中取向并壓制成型，得到壓坯； (4)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，然后升高溫度在1000-1100°C燒結(jié)2-4小時(shí)，最后進(jìn)行二級(jí)熱處理，其中一級(jí)熱處理溫度850°C _950°C，時(shí)間1-3小時(shí)；二級(jí)熱處理溫度4600C _600°C，時(shí)間1-3小時(shí)；最終獲得燒結(jié)釹鐵硼磁性材料。
2.按照權(quán)利要求1的方法所制備的一種高矯頑力和高耐蝕性燒結(jié)釹鐵硼永磁材料。
全文摘要
一種制備高矯頑力和高耐蝕性燒結(jié)釹鐵硼永磁材料的方法，屬于磁性材料技術(shù)領(lǐng)域。將平均粒徑1-10微米的鏑鋅納米粉末加入到3-5微米釹鐵硼基粉末中混合均勻，添加量為0.3-3.0％，然后在1.8T的磁場(chǎng)中取向并壓制成型；置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，然后升高溫度在1000-1100℃燒結(jié)3-5小時(shí)，最后分二級(jí)進(jìn)行熱處理，一級(jí)熱處理溫度850℃-950℃，時(shí)間1-3小時(shí)；二級(jí)熱處理溫度460℃-600℃，時(shí)間1-3小時(shí)；最終獲得高矯頑力和高耐蝕性的燒結(jié)釹鐵硼磁體。本發(fā)明在顯著提高了磁體的矯頑力的同時(shí)大幅度提高了磁體的耐腐蝕性，而且在降低稀土含量方面也有所改善。
文檔編號(hào)H01F1/08GK103060657SQ201310009299
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者劉衛(wèi)強(qiáng), 岳明, 孫超, 張東濤, 張久興 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)