本發(fā)明涉及一種r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法。
背景技術(shù)：
r-fe-b系燒結(jié)磁體是迄今為止能量密度最高的、已大規(guī)模商品化的磁體，被廣泛應(yīng)用于計算機硬盤、混合動力汽車、醫(yī)療、風力發(fā)電等許多領(lǐng)域。矯頑力是磁體的主要參數(shù)，矯頑力越高則表明磁體的抗退磁能力越強。一般要求矯頑力越高越好，這使得磁體具有較好的溫度穩(wěn)定性，可以在較高的溫度下工作，同時也可以使磁體更薄一些，利于磁體的薄型化和輕量化。
傳統(tǒng)的提高磁體矯頑力的方法是在熔煉過程中添加dy或tb的合金材料，也有方法在制粉前混入含dy或tb的輔合金氫化粉。在以上兩種方法中，dy或者tb大部分進入主相，而只有少部分分布于晶界，對磁體矯頑力的提高有限，造成dy或者tb的利用率低，同時會降低剩磁。而且，由于重稀土dy和tb的儲量匱乏，價格昂貴，故減少dy和tb的用量，降低生產(chǎn)成本迫在眉睫。
利用晶界擴散原理，使用噴涂、真空鍍等將dy或tb置于燒結(jié)完成后的磁體表面或附近(即表面處理)，在最高900℃左右高溫下進行擴散處理，使得dy或tb原子沿主相晶粒的液態(tài)邊界向磁體內(nèi)部擴散，可有效將矯頑力提高3～11koe，同時剩磁基本不變。但是，這種方法在處理前需要經(jīng)過燒結(jié)、切片、磨加工、清洗去除異物等步驟，在處理后還需要在最高900℃左右下進行長時間的真空擴散處理，在最終的回火處理完成后還需要通過機械加工或清洗來去除粘附的粉末等異物，因而步驟多，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高。而且，這種方法僅適用于厚度不超過3mm的薄片磁體，應(yīng)用范圍窄。
為此，有方法將低體積密度的生坯浸泡在以醇為溶劑的具有透明 性的重稀土氟化物系溶液中，使組成生坯的所有粉末表面被溶液涂覆，然后進行燒結(jié)，使重稀土元素在結(jié)晶的局部偏析，從而提高矯頑力。這種方法在燒結(jié)后會引入一定量的由氧、碳、氟等非磁性原子組成的非磁性相，從而會降低磁體的剩磁和磁能積。也有方法將重稀土覆蓋在生坯的上下表面，同時在重稀土和生坯之間用隔離網(wǎng)隔開，然后進行真空燒結(jié)，使重稀土元素擴散進入磁體。這種方法重稀土使用量大，剩磁有一定程度的降低，而且由于需要在生坯上防止隔離網(wǎng)和重稀土而容易增加磁體的破損率。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，能夠在剩磁基本不降低的前提下大幅提高矯頑力，并且解決以往的方法所具有的步驟多、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高的問題，同時解決生坯處理方法中引入非磁性相和重稀土使用量大的問題。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，在r-fe-b系生坯燒結(jié)前在生坯的表面附著含重稀土元素粉末，然后燒結(jié)附著有含重稀土元素粉末的生坯。
本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，生坯的被附著含重稀土元素粉末的表面與生坯的充磁方向垂直。
本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，生坯在充磁方向上的尺寸小于13.9mm。
本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，附著在生坯的表面上的含重稀土元素粉末的厚度為10～200μm。
本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，附著在生坯的表面的含重稀土元素粉末中的重稀土元素與生坯的質(zhì)量比為0.1～0.3％。
本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，生坯按照如下步驟制成：步驟一：采用速凝工藝制備r1-fe-b-m合金速凝片，其中，r1選自nd、pr、dy、tb、gd、ho中的一種或者多種，含量為27～33wt ％，m選自cr、co、ni、ga、cu、al、zr、nb中的一種或者多種，含量為0～3wt％，b的含量為0.9～1.05wt％，余量為fe；步驟二：將步驟一得到的合金速凝片制成2～5μm的粉體顆粒；步驟三：將步驟二得到的粉體顆粒壓制成型為生坯。
本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，含重稀土元素粉末選自純鋱粉末、純鏑粉末、氫化鏑粉末、鏑或鋱的氟化物或氧化物粉末、以及含鏑或鋱的合金粉末中的一種或多種。
本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，在保護氣氛下進行在生坯的表面附著含重稀土元素粉末。
本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，在950～1050℃燒結(jié)5～15h附著有含重稀土元素粉末的生坯。
本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，附著有含重稀土元素粉末的生坯在燒結(jié)后在450～600℃進行時效處理1～5h。
附圖說明
圖1是在根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法中，對生坯進行靜電噴涂處理的示意圖，其中，1是噴槍，2是處理平臺(可旋轉(zhuǎn)平臺或傳送帶)，3是壓制后的生坯，4是保護氣輸入口，5是噴涂室。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，包括以下步驟：
(1)采用速凝工藝制備r1-fe-b-m合金速凝片，其中，r1選自nd、pr、dy、tb、gd、ho中的一種或者多種，含量為27～33wt％；m選自cr、co、ni、ga、cu、al、zr、nb中的一種或者多種，含量為0～3wt％；b的含量為0.9～1.05wt％；余量為fe。
(2)將步驟(1)得到的合金速凝片氫化。
(3)將步驟(2)得到的氫化粉使用氣流磨制成2～5μm的粉體顆粒。
(4)將步驟(3)得到的粉體顆粒壓制成型為生坯。壓制生坯的設(shè)備和方法可以采用已知的設(shè)備和方法。生坯至少在一個方向上的尺寸小于13.9mm(燒結(jié)后的毛坯在這個方向上的尺寸小于9mm)，需要注意的是，生坯的尺寸與燒結(jié)后的毛坯的尺寸因生坯成分的不同而可能有所變化。
(5)如圖1所示，將步驟(4)得到的生坯3放置在噴涂室5中的處理平臺2上。處理平臺2是可旋轉(zhuǎn)平臺或傳送帶。放置生坯3時，使生坯3的與小于13.9mm的尺寸所在的方向垂直的表面面對噴槍1。
通過保護氣輸入口4向噴涂室5中輸入保護氣，例如氮氣。在氮氣保護下，對生坯3的與小于13.9mm的尺寸所在的方向垂直的兩個表面使用噴槍1采用靜電噴涂方法使氫化鋱粉末附著在生坯3的上述兩個表面上。噴涂應(yīng)均勻，噴涂厚度為10～200μm。
所噴涂的粉末還可以是純鋱或純鏑粉末，氫化鏑粉末，鏑或鋱的氟化物或氧化物粉末，或者含鏑或鋱的合金粉末。噴涂后，使附著在生坯3表面的粉末中的重稀土元素與生坯3的質(zhì)量比在0.1～0.3％左右。
所噴涂的粉末在噴涂前過200目篩，靜電噴涂電壓為30～90kv，噴槍1與生坯3之間的距離為100～300mm。由于不同成分的粉末其電阻率不同，因而需要相應(yīng)調(diào)整靜電噴涂電壓、噴涂時間等。
由于生坯的表面比燒結(jié)后的毛坯的表面粗糙，故對生坯采用靜電噴涂，從而使粉末與生坯的結(jié)合力好。
當處理平臺2是可旋轉(zhuǎn)平臺時，生坯3的一面噴涂完畢后使處理平臺2旋轉(zhuǎn)180度，然后對另一面進行噴涂。當處理平臺2是傳送帶時，可以在圖1中生坯3的另一面也設(shè)置噴槍1從而對生坯3的兩面同時進行噴涂。
(6)將步驟(5)噴涂后的生坯放入真空燒結(jié)爐中，在950～1050 ℃燒結(jié)5～15h。真空燒結(jié)爐中的真空度控制在10-2～10-5pa，或者真空燒結(jié)爐中采用5～20kpa的氬氣保護氣氛，使生坯致密化，同時使金屬dy或者tb通過晶界擴散進入磁體內(nèi)部。
對于不同成分的生坯和不同的粉末，燒結(jié)溫度和時間也不同。如果燒結(jié)溫度低或者時間短，可能導(dǎo)致燒結(jié)后的毛坯密度低并且性能差；如果燒結(jié)溫度高或者時間長，可能導(dǎo)致鋱或鏑進入晶粒內(nèi)部，導(dǎo)致剩磁和矯頑力降低。
(7)將步驟(6)燒結(jié)后的毛坯在450～600℃進行時效處理1～5h，得到r-fe-b系燒結(jié)磁體。
實施例1：
采用速凝工藝制備r1-fe-b-m合金速凝片，其中，r1除prnd外還包括0.4wt％的dy和0.4wt％的tb，m包括ga、cu和al，b的含量為0.97wt％，r1的含量為27wt％，m的含量為0.1wt％；合金速凝片經(jīng)過氫化、氣流磨制成平均粒度為3.6μm的粉體；在氮氣保護下取向壓制成型，制成充磁方向的尺寸為10.5～10.9mm的生坯記為n；將生坯n放入燒結(jié)爐中，在950～1050℃燒結(jié)9h后在480℃進行時效處理5h，得到燒結(jié)毛坯記為y0。
在生坯n的垂直于充磁方向的兩個面噴涂氫化鋱粉末，噴涂應(yīng)均勻，噴涂厚度10～200μm；將噴涂后的生坯放入燒結(jié)爐中，與y0同樣的燒結(jié)工藝燒結(jié)9h后在480℃進行時效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y1。表1示出y0和y1磁性能比較。
表1
通過y0和y1的磁性能比較，可以看出，y1比未做噴涂處理的y0的tb含量高0.123wt％，y1的hcj比y0高4050oe，同時br 基本沒變，y1和未做噴涂處理的y0的氧含量和碳含量基本沒變。由此可見生坯表面噴涂氫化鋱粉末經(jīng)過燒結(jié)后表面的tb主要通過晶界擴散滲透到了磁體內(nèi)。
實施例2：
在實施例1得到的生坯n的垂直于充磁方向的兩個面噴涂氫化鋱粉末，噴涂應(yīng)均勻，噴涂厚度10～200μm；將噴涂后的生坯放入燒結(jié)爐中，與y0同樣的燒結(jié)工藝燒結(jié)15h后在480℃進行時效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y2。表2示出y0和y2磁性能比較。
表2
通過y0和y2的磁性能比較，可以看出，y2比未做噴涂處理的y0的tb含量高0.243wt％，y2的hcj比y0高2620oe，同時br基本沒變，y2和未做噴涂處理的y0的氧含量和碳含量基本沒變。通過y2和y1的磁性能比較，可以看出，燒結(jié)時間長的y2的hcj比y1的低14300e，tb比y1的高0.12％，這表明燒結(jié)時間延長后少部分鋱可能燒透到了晶粒內(nèi)。
實施例3：
在實施例1得到的生坯n的垂直于充磁方向的兩個面噴涂氫化鋱粉末，噴涂應(yīng)均勻，噴涂厚度10～200μm；將噴涂后的生坯放入燒結(jié)爐中，比y0的燒結(jié)溫度高10度燒結(jié)8h后在480℃進行時效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y3。表3示出y0和y3磁性能比較。
表3
通過y0和y3的磁性能比較，可以看出，y3比未做噴涂處理的y0的tb含量高0.297wt％，y3的hcj比y0高4270oe，同時br基本沒變，y3與未做噴涂處理的y0的氧含量和碳含量基本一樣。通過y3、y2和y1的比較，可以看出，燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間對磁體的磁性能有很大影響。
實施例4：
采用速凝工藝制備r1-fe-b-m合金速凝片，其中，r1除prnd外還包括0.4wt％的dy和0.4wt％的tb，m包括ga、cu和al，b的含量為0.97wt％，r1的含量為33wt％，m的含量為3wt％；合金速凝片經(jīng)過氫化、氣流磨制成平均粒度為4.0μm的粉體記為a；在氮氣保護下用單片壓機壓制成型，制成充磁方向的尺寸為10.5～10.9mm的生坯記為b；將生坯b放入燒結(jié)爐中，在950～1050℃燒結(jié)9.5h后在480℃進行時效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y4。
將粉體a在氮氣保護下取向壓制成型，制成充磁方向的尺寸為13.5～13.9mm的生坯記為c；將生坯c放入燒結(jié)爐中，與y4同樣的燒結(jié)工藝燒結(jié)9.5h后在480℃進行時效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y5。
在垂直于充磁方向的生坯b的兩個面噴涂氫化鋱粉末，噴涂應(yīng)均勻，厚度10～200μm；將噴涂后的生坯放入燒結(jié)爐中，與y4同樣的燒結(jié)工藝燒結(jié)9.5h后在480℃進行時效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y6。
在垂直于充磁方向的生坯c的兩個面噴涂氫化鋱粉末，噴涂應(yīng)均勻，厚度10～200μm；將噴涂后的生坯放入燒結(jié)爐中，與y4同樣的燒結(jié)工藝燒結(jié)9.5h后在480℃進行時效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y7。表4示出y4、y5、y6和y7磁性能比較。
表4
y6和y4燒結(jié)后的毛坯在充磁方向上的尺寸為7mm；y7和y5燒結(jié)后的毛坯在充磁方向上的尺寸為9mm。通過y6和y4的磁性能比較，可以看出，y6的br與y4相當，但hcj比y4的高3140oe。通過y7、y6和y4的磁性能比較，可以看出，生坯噴涂處理后的y7的hcj明顯高于未噴涂處理的y4的hcj，但比y6的hcj低610oe，這與生坯表面tb的有效擴散深度不夠有關(guān)，由此可見，在垂直于生坯處理面的方向上的尺寸不能大于13.9mm(燒結(jié)后的毛坯小于9mm)。
本發(fā)明主要具有以下優(yōu)點：
(1)步驟少，無需除油、酸洗、去離子水洗滌、干燥、在最高900℃左右下進行長時間真空擴散處理等步驟；
(2)節(jié)約電能，將燒結(jié)釹鐵硼的致密化和表面dy或tb的真空熱擴散合二為一；
(3)應(yīng)用范圍寬，適用于燒結(jié)后厚度大于3mm的磁體，只要生坯至少一個方向的尺寸小于13.9mm(燒結(jié)后的毛坯小于9mm)即可；
(4)不額外引入非磁性相；
(5)重稀土用量少，重稀土元素與生坯的質(zhì)量比在0.1～0.3％；
(6)大幅提高r-fe-b系燒結(jié)磁體的磁性能，在br基本不變的情況下，使用少量(0.1～0.3wt％)的dy或tb即可使hcj提高2600～4300oe，與不做擴散處理的磁體相比在達到同樣的hcj情況下可節(jié)約dy或tb達60～85％；
(7)生產(chǎn)效率高，適用于自動流水線噴涂；
(8)粉末利用率高，在噴涂室內(nèi)殘留的粉末可重復(fù)利用。