一種釹鐵硼磁體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種釹鐵硼磁體，屬于稀土磁材料【技術(shù)領(lǐng)域】。所述釹鐵硼磁體是由主相合金粉末、重稀土合金粉末及超細(xì)粉粉末形成的混合料通過燒結(jié)工藝制備而成，所述主相合金粉末的粒度為2-5μm，重稀土合金粉末的粒度為1-2μm，超細(xì)粉粉末的粒度為0.1-1.5μm，所述主相合金粉末、重稀土合金粉末與超細(xì)粉粉末在混合料中的質(zhì)量百分比分別為85-99.8％、0.1-10％、0.1-5％。所述重稀土合金為氫化鏑及氫化鏑鐵化合物、氫化鈥及氫化鈥鐵化合物、氫化鋱及其化合物中的一種或多種。并提供了該釹鐵硼的制備方法。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)降低10-40％重稀土使用量的同時(shí)較大地提高釹鐵硼磁體內(nèi)稟矯頑力且不降低剩磁的功效。
【專利說明】一種釹鐵硼磁體及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種釹鐵硼磁體，屬于稀土磁材料【技術(shù)領(lǐng)域】。 技術(shù)背景
[0002] 燒結(jié)釹鐵硼永磁材料自1983年被發(fā)現(xiàn)后，因具有良好的性價(jià)比，廣泛應(yīng)用于國(guó)際 和國(guó)內(nèi)的新興發(fā)展產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，如計(jì)算機(jī)硬盤技術(shù)、核磁共振成像技術(shù)、電動(dòng)汽車、風(fēng) 力發(fā)電機(jī)、工業(yè)永磁電機(jī)、電子產(chǎn)業(yè)、磁懸浮技術(shù)、磁傳動(dòng)等高科技領(lǐng)域。隨著燒結(jié)釹鐵硼不 斷的開發(fā)應(yīng)用，1985年燒結(jié)釹鐵硼的全球產(chǎn)量為69噸，到2012年已經(jīng)增長(zhǎng)到83000噸，隨 著產(chǎn)量的大幅增長(zhǎng)，稀土資源尤其是重稀土資源也在急劇消耗。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的稀土 資源在2005年到2010年的5年間我國(guó)稀土儲(chǔ)量降幅達(dá)37%。其中重稀土因?yàn)閷?duì)燒結(jié)釹鐵 硼耐溫性能方面的特殊作用，在燒結(jié)釹鐵硼中的使用量較大，但重稀土（鏑、鋱等）在稀土 中的比重極低，此外，鏑、鋱等重稀土在開采分離過程中易出現(xiàn)一系列環(huán)保問題，導(dǎo)致鏑、鋱 等重稀土的價(jià)格高漲。如何既能減少鏑、鋱等重稀土的使用量，在生產(chǎn)燒結(jié)釹鐵硼過程中少 使用甚至不使用鏑、鋱等稀缺資源，又不能保持產(chǎn)品的使用要求，是燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)緊迫的 任務(wù)。
[0003] 當(dāng)前的燒結(jié)釹鐵硼普遍采用氫碎+氣流磨工藝，其優(yōu)點(diǎn)是粉料顆粒均勻、粒度集 中度較好，主相晶粒與富釹相元素相對(duì)獨(dú)立存在。但目前制粉過程中，粒度小于1. 5 μ m的 超細(xì)粉一般會(huì)被分離出來，我們稱之為超細(xì)粉。因其富稀土含量高，易氧化，行業(yè)一般對(duì)其 進(jìn)行燒毀處理，所占比例一般為〇. 5-1. 5 %。而超細(xì)粉中主要成分為富稀土特別是重稀土含 量高的粉料中，析出的重稀土主要在超細(xì)粉中。被簡(jiǎn)單燒毀處理后批量粉料中的稀土總量 會(huì)相應(yīng)的下降。為此，我們需要在配方中多添加這一部分稀土損失，造成配方成本提升以及 資源的浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種高耐溫性，低重稀土含 量的釹鐵硼磁體。
[0005] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種釹鐵硼磁體，所述釹鐵硼磁體是由主 相合金粉末、重稀土合金粉末及超細(xì)粉粉末形成的混合料通過燒結(jié)工藝制備而成，所述 主相合金粉末的粒度為2-5 μ m，重稀土合金粉末的粒度為1-2 μ m，超細(xì)粉粉末的粒度為 0. 1-1. 5 μ m,其中所述主相合金粉末、重稀土合金粉末與超細(xì)粉粉末在混合料中的質(zhì)量百 分比分別為 85-99. 8%、0· 1-10%、0· 1-5%。
[0006] 本發(fā)明在不添加或少量添加重稀土的主相合金粉末中添加重稀土合金粉末以及 超細(xì)粉粉末為突破口，通過選擇特定粒度及合適質(zhì)量百分比的主相合金粉末、重稀土合金 粉末及超細(xì)粉粉末混合，通過燒結(jié)工藝即可得到高性能的釹鐵硼磁體。所述釹鐵硼磁體的 主要性能均達(dá)到較高水平。且所述重稀土合金粉末及超細(xì)粉粉末在混合料中的質(zhì)量比分別 為0. 1-10%和0. 1-5%，大大提高了重稀土合金的利用率，在提高釹鐵硼磁體的性能的同 時(shí)降低生產(chǎn)成本。而燒結(jié)釹鐵硼的主相合金的顆粒越細(xì)，越有助于磁體內(nèi)稟矯頑力的提升， 但因?yàn)榉哿显郊?xì)，越容易氧化，因此主相合金的顆粒在2?5 μ m范圍時(shí)，其內(nèi)稟矯頑力提升 明顯，氧含量的控制相對(duì)較容易。重稀土合金主要的目的是在晶界中添加，如果太粗，則無(wú) 法融入晶界，太細(xì)又容易與主相的Nd等元素發(fā)生替換，導(dǎo)致效能降低，超細(xì)粉是在氣流磨 過程中的特別細(xì)的顆粒分離出來后進(jìn)行回用的部分。因其中含有大量的稀土元素，進(jìn)行回 用能節(jié)約資源，并提高富稀土相在晶界中的均勻分布，從而提高了產(chǎn)品的性能。
[0007] 在上述的釹鐵硼磁體，作為優(yōu)選，所述主相合金包括：鐠釹合金：20-33 %，鏑 鐵合金：〇_1〇 %，鋱：〇_1〇 %，欽：〇_1〇 %，硼：〇· 9-1. 2 %，鎵：0-0· 5 %，鋁：0-0· 8 %，銅： 0-0. 5%，鋯：0-0. 5%，鈦：0-0. 5%，鈮：0-0. 5%，鈷：0-5%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。 本發(fā)明中所述的其他元素系指非稀土元素。
[0008] 在上述的釹鐵硼磁體，作為優(yōu)選，所述重稀土合金為氫化鏑及氫化鏑鐵化合物、氫 化欽及氫化欽鐵化合物、氫化鋱及氫化鋱鐵化合物中的一種或多種。
[0009] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述的重稀土合金為氫化鏑及其化合物。由于釹鐵硼磁體添加了 鏑元素，該釹鐵硼磁體的矯頑力He可得到顯著提高。因?yàn)楫?dāng)鏑原子進(jìn)入主相，會(huì)形成 (NcUDylFeJ四方相，而（NcUDylFeJ四方相中尤其是Dy 2Fe14B四方相具有很高的各向 異性，在室溫下其各向異性場(chǎng)Hk比Nd2Fe 14B強(qiáng)得多，因此提高了釹鐵硼磁體的矯頑力。釹 鐵硼磁體的總磁矩、剩磁和最大磁能積隨鏑含量的增加而減小，故本發(fā)明將釹鐵硼磁體中 添加適量重稀土合金氫化鏑及其化合物，一方面用以提高釹鐵硼磁體的內(nèi)稟矯頑力、另一 方面可改善釹鐵硼磁體的溫度穩(wěn)定性。
[0010] 另外，本發(fā)明通過選擇具有合適質(zhì)量百分比的鈦、鋯、鎵、鋱、欽等元素，這些元素 在燒結(jié)時(shí)能通過擴(kuò)散作用進(jìn)入Nd-Fe-B主相的組織中，部分取代Nd或Fe，改善磁體的顯微 組織，從而較全面地改善磁體的耐磨蝕性能及溫度穩(wěn)定性。
[0011] 在上述的釹鐵硼磁體，所述超細(xì)粉粉末為制粉過程中因粒度較小被單獨(dú)分離出 來，其主要成分為鐠釹及粉料中添加的其他稀土元素。
[0012] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述釹鐵硼磁體的制備方法，所述制備方法包 括以下步驟：
[0013] S1、將重稀土合金進(jìn)行氫碎，使用氣流磨制成粒度為1-2 μ m的粉末，待用；
[0014] S2、按主相合金的配方稱取原料并進(jìn)行熔煉，將熔煉完全后的主相合金澆注成甩 片，將該甩片置于氫碎爐中進(jìn)行氫碎制成平均粒度為2-5 μ m主相合金粉末；
[0015] S3、取85-99. 8%主相合金粉末、0. 1-10%重稀土合金粉末與0. 1-10%超細(xì)粉粉 末進(jìn)行混配，在含量為99. 99%以上的高純氮?dú)饣蚨栊詺怏w的保護(hù)下進(jìn)行混合攪拌，攪拌時(shí) 間2-10小時(shí)；
[0016] S4、將攪拌好的粉末在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下放入成型壓機(jī)模具中加磁場(chǎng)進(jìn)行取向，取向 后壓制成型為生坯，將生坯放入等靜壓機(jī)在l〇〇-250MPa下加壓，保壓形成坯件；
[0017] S5、將等靜壓后的坯件在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下先剝油，再置于真空燒結(jié)爐中依次進(jìn)行脫 氫、高溫?zé)Y(jié)、回火，回火后采用氮?dú)怙L(fēng)冷至常溫出爐得到釹鐵硼磁體。
[0018] 本發(fā)明將重稀土合金先直接進(jìn)行氫碎，保證重稀土粉末的均勻細(xì)化，并通過氣流 磨將其進(jìn)一步制成至1-2 μ m細(xì)粉，同時(shí)通過脫氫，將重稀土元素中的氧進(jìn)行置換，降低氧 含量，進(jìn)一步發(fā)揮重稀土添加物的功效。將主相合金氫碎后制成2-5 μ m細(xì)粉后，通過高純 氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)攪拌機(jī)與氣流磨后的重稀土合金粉末以及超細(xì)粉按照一定比例混合后在 高磁場(chǎng)中成型壓制，接著進(jìn)行燒結(jié)與二級(jí)回火，出爐后的磁體晶界的富稀土相均勻分布、重 稀土主要分布在晶界相中，而晶界相中重稀土含量的增加能大大提高產(chǎn)品的內(nèi)稟矯頑力， 同時(shí)產(chǎn)品的Br降低較小，并可在降低10-40%重稀土使用量的同時(shí)達(dá)到高性能高溫度系數(shù) 的要求。
[0019] 通過上述的工藝后，重稀土合金均勻的擴(kuò)散到主相合金的晶界相中，極大的提高 釹鐵硼磁體的矯頑力。同時(shí)該方法中重稀土元素在主相中含量較少，對(duì)剩磁的影響較少，從 而提高了釹鐵硼磁體的剩磁，而通過低溫?zé)Y(jié)工藝，超細(xì)粉中的稀土可均勻分布在主相晶 粒中間，起著細(xì)化晶粒，改善邊界結(jié)構(gòu)等作用，實(shí)現(xiàn)少量重稀土合金與超細(xì)粉復(fù)合添加在晶 界相中可較大提高釹鐵硼磁體內(nèi)稟矯頑力同時(shí)不降低剩磁的功效。
[0020] 在上述釹鐵硼磁體的制備方法中，所述的步驟S2進(jìn)一步包括如下步驟：將主相合 金在真空度為〇. 2-1. OPa的真空速凝爐中在1350-1550°c的條件下熔煉，采用鑄錠或甩帶 工藝將熔煉后的主相合金制成甩片，將該甩片置于氫碎爐中，往氫碎爐中通氫氣，待甩片完 全吸氫后升溫至530_630°C脫氫5_8h，將脫氫后的甩片在氧含量小于200ppm的氮?dú)獗Ｗo(hù) 下放入氣流磨中細(xì)磨成主相合金粉末，并控制主相合金粉末的平均粒度為2-5 μ m。在該熔 煉溫度與真空度下，所述釹鐵硼磁體能獲得比較好的性能及較高的產(chǎn)率。而在氧含量小于 200ppm的氮?dú)獗Ｗo(hù)下將釹鐵硼粉料制成平均粒度為2-5 μ m的粉料，可使釹鐵硼粉料與富 稀土合金粉混合時(shí)接觸面積增大，更容易混合均勻，從而提高釹鐵硼粉料的綜合利用率。
[0021] 本發(fā)明利用金屬間化合物的吸氫特性，將主相合金置于氫氣環(huán)境下，氫氣沿富釹 相薄層進(jìn)入釹鐵硼粉料，使之膨脹爆裂而破碎，沿富釹相層處開裂，從而使主相合金變?yōu)橹?相合金粗粉。并用高壓氣流將攪拌后的粗粉吹起，通過相互之間的碰撞使力度變小，成為主 相合金粉末。氫碎與氣流磨結(jié)合使用可將制粉效率提高2-3倍，達(dá)到120-500KG/HR。
[0022] 在上述釹鐵硼磁體的制備方法中，步驟S3中所述混配時(shí)還添加0. 1 %的汽油和 0. 05 %的保護(hù)劑進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為5h。其中所述的保護(hù)劑為現(xiàn)有技術(shù)中市售的保護(hù)劑。
[0023] 所述的超細(xì)粉粉末為制粉過程中被分離出來的粒度為0. 1-1. 5 μ m的粉料。
[0024] 在上述釹鐵硼磁體的制備方法中，所述的步驟S4進(jìn)一步包括如下步驟：將所述攪 拌均勻的粉末在氧含量小于lOOOppm的氮?dú)獗Ｗo(hù)下放入成型壓機(jī)模具中，加1-10T的磁場(chǎng) 進(jìn)行取向，取向后壓制成型為生坯，生坯退磁并真空封裝，將真空封裝的生坯放入等靜壓機(jī) 在100-250Mpa下進(jìn)行等靜壓處理，保壓1-5分鐘形成坯件，所述生坯密度為3. 5-4. 5g/cm3， 坯件密度為4. 0-5. Og/cm3。
[0025] 在上述釹鐵硼磁體的制備方法中，所述的步驟S5進(jìn)一步包括如下步驟：將等靜壓 后的生坯在氮?dú)獗Ｗo(hù)氧含量小于lOOOppm的手套保護(hù)箱中剝?nèi)フ婵沾?，再放入真空燒結(jié)爐 進(jìn)行燒結(jié)，經(jīng)480-600°C脫氫0. 5-3h后升溫至1030°C-110(rC進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)、高溫?zé)Y(jié)真空 度必須小于1〇_2帕，然后在850°C _950°C下進(jìn)行一級(jí)回火，一級(jí)回火時(shí)間為l_3h，然后冷卻 至460-630°C進(jìn)行二級(jí)回火2-5h，然后使用高純氮?dú)怙L(fēng)冷至常溫出爐。在1030°C-1100°C的 燒結(jié)溫度和真空度必須小于1〇_ 2帕，所述釹鐵硼磁體能獲得比較好的性能及較高的產(chǎn)率。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通過在不添加或少量添加重稀土 的主相合金粉末中添加重稀土合金粉末以及超細(xì)粉粉末為突破口，并通過特定的制備方 法，實(shí)現(xiàn)少量重稀土合金與超細(xì)粉復(fù)合添加在晶界相中降低10-40%重稀土使用量的同時(shí) 較大地提高釹鐵硼磁體內(nèi)稟矯頑力且不降低剩磁的功效。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并 不限于這些實(shí)施例。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 生產(chǎn)48H產(chǎn)品：
[0030] 主相合金的成分配比：
[0031]

【權(quán)利要求】
1. 一種釹鐵硼磁體，其特征在于，所述釹鐵硼磁體是由主相合金粉末、重稀土合金粉 末及超細(xì)粉粉末形成的混合料通過燒結(jié)工藝制備而成，所述主相合金粉末的平均粒度為 2_5 μ m，重稀土合金粉末的平均粒度為1_2 μ m，超細(xì)粉粉末的平均粒度為0. 1_1. 2 μ m， 其中所述主相合金粉末、重稀土合金粉末與超細(xì)粉粉末在混合料中的質(zhì)量百分比分別為 85-99. 8%、0· 1-10%、0· 1-5%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹鐵硼磁體，其特征在于，所述主相合金包括：鐠釹合金： 20-33 %，鏑鐵合金：0-10 %，鋱：0-10 %，欽：0-10 %，硼：0· 9-L 2 %，鎵：0-0· 5 %，鋁： 0-0. 8 %，銅：0-0. 5 %，鋯：0-0. 5 %，鈦：0-0. 5 %，鈮：0-0. 5 %，鈷：0-5 %，其余為鐵及不可 避免的雜質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹鐵硼磁體，其特征在于，所述重稀土合金為氫化鏑及氫化 鏑鐵化合物、氫化欽及氫化欽鐵化合物、氫化鋱及氫化鋱鐵化合物中的一種或多種。
4. 一種如權(quán)利要求1所述釹鐵硼磁體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以 下步驟： 51、 將重稀土合金進(jìn)行氫碎，使用氣流磨制成粒度為1-2μπι的粉末，待用； 52、 按主相合金的配方稱取原料并進(jìn)行熔煉，將熔煉完全后的主相合金澆注成甩片，將 該甩片置于氫碎爐中進(jìn)行氫碎制成平均粒度為2-5 μ m主相合金粉末； 53、 取85-99. 8%主相合金粉末、0. 1-10%重稀土合金粉末與0. 1-10%超細(xì)粉粉末進(jìn) 行混配，在含量為99. 99%以上的高純氮?dú)饣蚨栊詺怏w的保護(hù)下進(jìn)行混合攪拌，攪拌時(shí)間 2-10小時(shí)； 54、 將攪拌好的粉末在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下放入成型壓機(jī)模具中加磁場(chǎng)進(jìn)行取向，取向后壓 制成型為生坯，將生坯放入等靜壓機(jī)在l〇〇-250MPa下加壓，保壓形成坯件； 55、 將等靜壓后的坯件在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下先剝油，再置于真空燒結(jié)爐中依次進(jìn)行脫氫、高 溫?zé)Y(jié)、回火，回火后采用氮?dú)怙L(fēng)冷至常溫出爐得到釹鐵硼磁體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述釹鐵硼磁體的制備方法，其特征在于，所述的步驟S2進(jìn)一步包 括如下步驟：將主相合金在真空度為〇. 2-1. OPa的真空速凝爐中在1350-1550°C的條件下 熔煉，采用鑄錠或甩帶工藝將熔煉后的主相合金制成甩片，將該甩片置于氫碎爐中，往氫碎 爐中通氫氣，待甩片完全吸氫后升溫至530-630°C脫氫5-8h，將脫氫后的甩片在氧含量小 于200ppm的氮?dú)獗Ｗo(hù)下放入氣流磨中細(xì)磨成主相合金粉末，并控制主相合金粉末的平均 粒度為2-5 μ m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述釹鐵硼磁體的制備方法，其特征在于，步驟S3中所述混配時(shí)還 添加0. 1 %的汽油和0. 05%的保護(hù)劑進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為5h。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述釹鐵硼磁體的制備方法，其特征在于，所述的步驟S4進(jìn)一步包 括如下步驟：將所述攪拌均勻的粉末在氧含量小于lOOOppm的氮?dú)獗Ｗo(hù)下放入成型壓機(jī)模 具中，加1-10T的磁場(chǎng)進(jìn)行取向，取向后壓制成型為生坯，生坯退磁并真空封裝，將真空封 裝的生坯放入等靜壓機(jī)在100-250Mpa下進(jìn)行等靜壓處理，保壓1-5分鐘形成坯件，所述生 坯密度為3. 5-4. 5g/cm3,坯件密度為4. 0-5. Og/cm3。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述釹鐵硼磁體的制備方法，其特征在于，所述的步驟S5進(jìn)一步包 括如下步驟：將等靜壓后的生坯在氮?dú)獗Ｗo(hù)氧含量小于lOOOppm的手套保護(hù)箱中剝?nèi)フ婵?袋，再放入真空燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，經(jīng)480-600°C脫氫0. 5-3h后升溫至1030°C-110(rC進(jìn)行高 溫?zé)Y(jié)、高溫?zé)Y(jié)真空度必須小于1〇_2帕，然后在850°c -950°c下進(jìn)行一級(jí)回火，一級(jí)回火 時(shí)間為l_3h，然后冷卻至460-630°C進(jìn)行二級(jí)回火2-5h，然后使用高純氮?dú)怙L(fēng)冷至常溫出 爐。
【文檔編號(hào)】H01F1/057GK104064346SQ201410240539
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】趙紅良, 范逢春, 張子祥 申請(qǐng)人:寧波同創(chuàng)強(qiáng)磁材料有限公司