一種燒結(jié)釹鐵硼永磁體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種燒結(jié)釹鐵硼永磁體的制作方法，特別是涉及一種可以抑制釹鐵硼 壓坯在燒結(jié)過程中晶?？焖匍L大，制造低成本、高性能永磁體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如本領(lǐng)域人員所熟知的，釹鐵硼合金中主要存在兩種相：一是主相，化學(xué)分子式為 RE2Fe14B,系產(chǎn)生高永磁性能的關(guān)鍵相，其體積分?jǐn)?shù)占95%以上；另一種相為富稀土相，分布 在RE 2Fe14B主相晶粒的邊界，起隔絕主相晶粒之間的靜磁相互作用而使磁體具有盡可能1? 的內(nèi)稟矯頑力。因此，為獲得優(yōu)異的永磁性能，需要將釹鐵硼合金的化學(xué)成分作這樣的配 置：一方面合金的成分應(yīng)當(dāng)盡可能接近RE 2Fe14B主相的化學(xué)計量成分，即正分成分；另一方 面合金中還必須有足夠量富稀土相。這就意味著釹鐵硼合金的化學(xué)成分中的稀土總量必 須大于RE 2Fe14B主相的正分成分。另外，為滿足不同退磁環(huán)境對永磁體應(yīng)用的需求，需要用 Dy, Tb等重稀土元素來部分替代Nd,以提高磁體的內(nèi)稟矯頑力，替換部分Fe以提高磁體的 抗退磁能力。這樣一來，釹鐵硼合金的主相的化學(xué)分子式就通常表不成RE 2M14B,其中，RE表 示以Nd為主要成分的稀土元素，以及其他如Pr、Dy、Tb、GcU Ho等稀土元素；M表示以Fe為 主要成分的過渡族金屬元素，以及其他元素如Co、Cu、Al、Ga、Nb等。若表示成重量百分比 的形式，則釹鐵硼合金的化學(xué)成分為：RE xM1(KI_x_yBy。其中，X就是釹鐵硼合金的稀土總量，對 于燒結(jié)釹鐵硼永磁材料，通常的稀土總量x=28~35%wt.。若稀土總量少于28%wt.，富稀土 相太少，制備高內(nèi)稟矯頑力的磁體就很困難；若稀土總量大于35%wt.，富稀土相太多，就很 難制備高剩磁、高磁能積、高耐蝕性的燒結(jié)釹鐵硼永磁體。
[0003] 現(xiàn)有釹鐵硼永磁體生產(chǎn)技術(shù)通常為，將所需要的各種合金元素按一定比例配備 后，置于真空中頻感應(yīng)爐中熔化均勻，然后澆注成厚度為〇. 1~〇. 5mm的薄片狀鑄錠。這樣 的薄片狀釹鐵硼母合金鑄錠的晶粒尺寸為數(shù)微米至數(shù)百微米。
[0004] 然后，將所述釹鐵硼母合金經(jīng)氫化后粉碎至平均顆粒尺寸為3. 0~5. 0 μ m尺度， 使得所有的粉末顆粒都成為單晶體。這樣，粉末的平均顆粒尺寸和晶粒尺寸皆為3. 0~ 5· 0 μ m〇
[0005] 隨后，將上述粉末放置在有外施磁場的模腔內(nèi)壓制成一定形狀的生坯塊。在這 一工序中，所有的粉末顆粒在外磁場的作用下其易磁化軸沿磁場方向排列，隨即施加足夠 大的壓制力使得粉末顆粒的這種定向排列固定下來。然后，將壓制好的生坯塊在1000~ 1100°C燒結(jié),使之致密化,成為磁體毛述；必要時還需將毛述磁體在450~950°C進(jìn)行一級 或二級回火處理，以進(jìn)一步優(yōu)化磁性能；接著的工序是進(jìn)行機(jī)械加工，將毛坯磁體切割、磨 削成所需的形狀、尺寸，必要時還需進(jìn)行表面防護(hù)處理；最后，沿易磁化方向進(jìn)行充磁即得 到可以使用的永磁體產(chǎn)品。
[0006] 根據(jù)釹鐵硼相圖，釹鐵硼合金中主相的熔點約1155°C，富稀土相的熔點約450~ 600°C。富稀土相的作用不僅可以使得釹鐵硼具磁體有高的內(nèi)稟矯頑力，而且，因為富稀土 相的熔點遠(yuǎn)低于主相，使得磁體在1000~1100°c的燒結(jié)過程中易于致密化。
[0007] 由金屬學(xué)原理可知，在1000~IKKTC的燒結(jié)致密化過程中，大量熔融的富稀土相 包圍在主相晶粒周圍，造成主相晶粒迅速長大、粗化。燒結(jié)溫度越高、燒結(jié)時間越長，主相晶 粒就越粗大、晶粒的尺寸就越不均勻，磁體的性能就會劣化；相反，若燒結(jié)溫度過低，熔融的 富稀土相比例過少，則磁體的致密化程度低，不僅使得磁性能惡化，而且機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕 性能也很差。因此，為獲得優(yōu)異的永磁性能，就既要使得燒結(jié)磁體的密度盡可能高，同時主 相晶粒不至于過分長大---晶粒的平均尺寸應(yīng)當(dāng)在10 μ m以下，且越細(xì)越好。
[0008] 為制作高密度、細(xì)晶粒的燒結(jié)釹鐵硼磁體，已有的技術(shù)大致可分為兩類：一是將釹 鐵硼母合金經(jīng)氫化后粉碎至顆粒尺寸和晶粒尺寸皆為約3. 0 μ m甚至3. 0 μ m以下，然后在 約1020°C燒結(jié)致密化，使得最終磁體晶粒的平均尺寸細(xì)化到5~10 μ m。與傳統(tǒng)的粉碎至 3. 0~5. 0 μ m尺度的技術(shù)相比，由于粉末的比表面積增大，粉末顆粒的氧化活性急劇增加， 制作過程需要昂貴的設(shè)備和復(fù)雜的工藝措施來防護(hù)以防止氧化，制造成本高昂、粉末易著 火、操作安全性能差。另一種技術(shù)是通過往釹鐵硼合金中添加 Nb、Mo、Ti、ZrO等難熔金屬 或者氧化物，如美國專利US6527874B2所述，使得在燒結(jié)過程中主相晶粒邊界被難熔金屬 化合物顆粒釘扎，阻礙主相晶粒的長大。該技術(shù)的最大缺點是，所添加的難熔金屬及其化合 物都是非磁性相，會顯著降低磁體的剩磁和磁能積。
[0009] 另外，在用已有技術(shù)制作的通常的稀土總含量為28~35wt. %的釹鐵硼磁體中，普 遍存在許多晶粒尺寸大于I. 〇 y m的大塊狀的富稀土相。這些大塊狀的、非磁性的富稀土 相僅僅起著填充磁體內(nèi)部空洞的作用，對磁體的磁性能沒有貢獻(xiàn)，只有那些均勻、連續(xù)包裹 于主相晶粒邊界的富稀土相才對磁體的矯頑力有貢獻(xiàn)。相反，由于富稀土相是釹鐵硼合金 中極易被腐蝕的相，這些大塊狀的富稀土相的存在降低了磁體的耐腐蝕性能；其次，非磁性 的、大塊狀的富稀土相起著稀釋整個磁體磁矩的作用，其在磁體中的存在實際上降低了永 磁體的單位體積的磁性能；另外，由于稀土是釹鐵硼合金中成本最高的組元，這些對磁體性 能有害無益的大塊狀的富稀土相實際上還增加了釹鐵硼永磁體的制造成本。因此，減少釹 鐵硼永磁體中的這些大塊狀的、非磁性的富稀土相不僅可以顯著提高磁體的磁性能和耐腐 蝕特性，同時還能有效降低原材料成本。然而，已有的釹鐵硼永磁體制作技術(shù)都無法克服在 磁體中存在大塊狀的富稀土相的這一困難。
[0010] 例如，CN1468319A提出了用多種不同成分的釹鐵硼合金粉末進(jìn)行混合的方法來改 進(jìn)大塊狀的富稀土相的形貌或分布，由于其所用的多種不同成分的釹鐵硼合金粉末的平均 顆粒尺寸與平均晶粒尺寸相同，所有粉末顆粒都是單晶體，并具有單一的易磁化方向，在燒 結(jié)過程中顆粒之間非常容易相互吞并而長大；并且，用所述的方法也無法從根本上解決磁 體中存在大塊狀的富稀土相的這一困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是通過在通常的稀土總含量為28~35wt. %、平均顆粒尺寸和晶粒 尺寸皆為3. 0~5. 0 μ m的燒結(jié)釹鐵硼母(主）合金粉末中添加一種稀土總含量顯著低于母 合金粉末，同時其晶粒尺寸也遠(yuǎn)小于其顆粒尺寸的急冷釹鐵硼合金輔助粉末的方法，抑制 釹鐵硼壓坯在燒結(jié)過程中發(fā)生晶粒的快速長大，減少釹鐵硼主相邊界上大塊狀的富稀土相 的產(chǎn)生，獲得制造成本低、高性能的釹鐵硼永磁體。
[0012] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種燒結(jié)釹鐵硼永磁體的制作方法，該方法為使用母合金 和輔助合金的雙合金方法，其特征在于：所述輔助合金的晶粒尺寸為0.0 l~0. 1 μ m。
[0013] 優(yōu)選地，所述母合金和輔助合金為RE-M-B合金，含有RE2M14B相，其中RE為稀土元 素，M為過渡族金屬元素。
[0014] 優(yōu)選地，所述輔助合金中稀土元素總含量為16wt. %~28wt. %。
[0015] 優(yōu)選地，所述輔助合金中的稀土元素不含重稀土元素。
[0016] 優(yōu)選地，所述母合金中稀土元素總含量為28~35wt. %
[0017] 優(yōu)選地，所述輔助合金占總合金的比例為0.1 wt. %~5wt. %重量百分比。
[0018] 優(yōu)選地，所述母合金和輔助合金被粉碎成平均顆粒尺寸3. 0~5. 0 μ m的粉末。
[0019] 優(yōu)選地，所述母合金和輔助合金可以經(jīng)氣流磨粉碎后混粉，或粉混后再氣流磨粉 碎。
[0020] 優(yōu)選地，所述輔助合金采用速凝薄片工藝熔煉。
[0021] 優(yōu)選地，所述母合金的晶粒尺寸為3. 0~5. 0 μ m。
[0022] 在稀土總含量在16wt. %~28wt. %之間、平均晶粒尺寸為0.