一種制備高矯頑力低鏑使用量釹鐵硼磁體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于稀土永磁材料領(lǐng)域，特別涉及一種制備高磁性能低Dy含量的釹鐵硼 磁體的方法 技術(shù)背景
[0002] 隨著全球能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)以及新能源汽車受到了高度的重視并正 展現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢。風(fēng)力發(fā)電的直驅(qū)永磁機(jī)組以及電動汽車的驅(qū)動電機(jī)中的核心部件 之一便是具有高矯頑力的燒結(jié)釹鐵硼磁體。獲得高矯頑力的燒結(jié)釹鐵硼磁體的一種有效方 式是通過在磁體中加入Dy元素從而形成具有更高各向異性場的（Dy, Nd) 2Fel4B，從而得到 具有更高矯頑力的磁體。目前在釹鐵硼磁體中加入Dy元素有三種方式：1，在熔煉的過程中 加入含重稀土元素 Dy的金屬或合金；2,采用雙合金的方式在取向壓制前在磁粉中加入含 重稀土元素的金屬粉末或合金粉末；3,通過晶界擴(kuò)散這種方法在磁體成型后加入重稀土元 素。
[0003] 上述第一種方法的優(yōu)點(diǎn)是磁體的形狀尺寸不受限制，但其缺點(diǎn)是重稀土 Dy的利 用率較低。同時(shí)由于用這種方法生產(chǎn)的磁體中的重稀土元素在磁體中呈現(xiàn)出均勻分布，因 此在提高磁體矯頑力的同時(shí)會導(dǎo)致剩磁和磁能積的顯著下降，從而不利于生產(chǎn)具有優(yōu)良綜 合磁性能的永磁材料。上述第三種方法的優(yōu)點(diǎn)是重稀土Dy的利用率高，但其缺點(diǎn)是磁體的 形狀與尺寸受到了很大的限制，不能生產(chǎn)形狀較復(fù)雜和尺寸較大的磁體。
[0004] 通過雙合金方式加入重稀土金屬或其合金有如下幾種方式：Μ. H. Ghandehari 通過在取向壓制前在磁粉中直接加入Dy203粉末或Tb407粉末然后壓制燒結(jié)得到具有 較高矯頑力的欽鐵硼永磁體（M.H. Ghandehari. Reactivity of Dy203and Tb407with Ndl5Fe77B8powder and the coercivity of the sintered magnets. Applied Physics Letters，1986, 48:548.) D C. H. deGroot等人研究了通過雙合金方式在磁粉中加入DyGa 粉末對磁性能的影響（C. H. deGroot，K. H. J. Buschow，et al. Two-powder Nd2Fel4B magnets with DyGa-addition. Journal of Applied Physics. 1998, 83:388.) 〇 同年 伯明翰大學(xué)的R.S. Mottram等人系統(tǒng)地研究了在釹鐵硼磁鐵中加入氫化鏑對磁性能 的影響(R. S. Mottramj et al. The use of metal hydrides in powder blending for the production of NdFeB-type magnets. 1998,38:283. )D 2011 年美國特拉華大 學(xué)的A. M. Gabay等人發(fā)現(xiàn)通過雙合金的方式在磁粉中加入Dy2S3后磁性能的提高要 明顯高于以同樣的方式加入Dy203,同時(shí)探究了導(dǎo)致這種結(jié)果的原因（A.M.Gabay，et al.Dysprosium-saving improvement of coercivity in Nd-Fe-B sintered magnets by Dy2S3additions. Journal of Applied Physics.2011,109:083916.)〇
[0005] 雖然通過雙合金方式在磁粉中加入Dy2S3粉末可以更有效地提高燒結(jié)釹鐵硼磁 體的矯頑力，同時(shí)用這種方法生產(chǎn)的磁體不受形狀和尺寸方面的限制，但這種方式的一個 缺點(diǎn)在于加入Dy2S3時(shí)，S/Dy的比例過高而且不可改變，這樣就不能發(fā)揮S元素提高Dy的 利用率的最佳效果。同時(shí)由于需要額外合成Dy2S3這一步驟，這種方法也會增加磁體的制 造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明通過在磁粉取向壓制前同時(shí)加入一種含有鏑元素的金屬或合金粉末和一 種含硫的化合物或硫單質(zhì)硫的方式降低Dy元素在釹鐵硼磁體中的使用量。分開加入硫元 素和鏑元素在簡化材料制備工藝、降低制造成本的同時(shí)還能夠調(diào)節(jié)兩種元素之間的比例， 因此可以使硫元素促進(jìn)鏑元素在磁體中的利用率達(dá)到最佳化。通過這種方式加入鏑元素， 釹鐵硼磁體的形狀與尺寸將不受影響，可以制備常規(guī)生產(chǎn)方式能制備出的任何形狀和尺寸 的磁體。通過晶界擴(kuò)散方式加入鏑元素時(shí)，鏑元素的宏觀分布會很不均勻，在接近擴(kuò)散源的 地方的鏑元素含量要明顯高于遠(yuǎn)離擴(kuò)散源的地方的鏑含量。鏑含量的宏觀尺寸不均勻性會 導(dǎo)致磁性能的不均勻性從而影響磁體的綜合磁性能。而在本發(fā)明中所采用的雙合金方法則 不會產(chǎn)生鏑元素的宏觀尺寸分布不均勻的問題。
[0007] -種制備高矯頑力低鏑使用量釹鐵硼磁體的方法，其特征是在取向壓制前在磁粉 中同時(shí)加入一種含有鏑元素的金屬或合金粉末和一種含硫的化合物或單質(zhì)硫，然后經(jīng)取向 壓制、燒結(jié)、二級回火處理，從而得到低Dy含量同時(shí)具有較高磁性能的磁體。
[0008] 具體工藝步驟為：
[0009] a.在釹鐵硼磁粉中在取向壓制前在磁粉中同時(shí)加入一種含有鏑元素的金屬或合 金粉末和一種含硫的化合物或硫單質(zhì)；
[0010] b.將上述混合物在氬氣保護(hù)下低速滾動球磨一定時(shí)間；
[0011] C.將磁粉取出，經(jīng)取向壓制后在氬氣保護(hù)下燒結(jié)；
[0012] d.對燒結(jié)后的磁體進(jìn)行兩級回火處理，進(jìn)一步改善磁體的顯微組織和邊界結(jié)構(gòu)；
[0013] e.最終得到低Dy含量、高磁性能的釹鐵硼磁體。
[0014] 步驟a所述在加入的兩種物質(zhì)分別為：一種是含有鏑元素的金屬或合金粉末，另 一種是含硫的化合物或單質(zhì)硫。
[0015] 在氬氣保護(hù)下通過滾動球磨方式將經(jīng)步驟a處理后的磁粉混合均勻。
[0016] 在磁粉經(jīng)取向壓制后在氬氣保護(hù)下的燒結(jié)溫度為1650-1090°C，在此溫度下的保 溫時(shí)間是l _5h。
[0017] 兩級回火處理的溫度分別為750_900°C和400-600°C。
[0018] 本發(fā)明通過在磁粉取向壓制前在磁粉中同時(shí)加入一種含有鏑元素的金屬或合金 粉末和一種含硫的化合物或單質(zhì)硫，其優(yōu)點(diǎn)在于：
[0019] 提高鏑元素在磁體中的利用率，降低鏑元素的用量，降低生產(chǎn)成本；
[0020] 利用這種方法生產(chǎn)的磁體的形狀和尺寸不受限制；
[0021] 本發(fā)明工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；
【具體實(shí)施方式】
[0022] 實(shí)施例1 :在磁粉取向壓制前同時(shí)加入0· 5wt% Cu2S和lwt% Dy203并在混合均 勻后壓制燒結(jié)
[0023] 選擇一種不含鏑元素的商用釹鐵硼磁粉，其平均粒徑為7um左右。在手套箱中分 別在三個球磨罐中裝入100g上述磁粉同時(shí)加入100g左右的不銹鋼鐵球。三個球磨罐分別 標(biāo)為1號、2號、3號。在2號球磨罐中加入lgDy203粉末。在3號球磨罐中加入lgDy203 粉末然后再加入〇. 5gCu2S粉末。經(jīng)滾動球磨Ih后，將粉末取出，然后在同一壓力下取向壓 制。壓制完成后將生坯放入真空燒結(jié)爐中，待真空度達(dá)到（3 - 5) X 10 3Pa時(shí)，通入高純氬 氣，加熱至1080°C并保溫3h，然后在900°C下回火Ih然后快冷，最后在500°C下回火2h。上 述3種樣品的磁性能如表1?？梢?，同樣的磁粉，同樣的制造工藝，加入lwt% Dy203的2號 樣品的矯頑力相比比未加入Dy203的1號樣品有了明顯的提高，但同時(shí)剩磁和磁能積以及 方形度卻有了明顯的下降。加入lwt% Dy203的同時(shí)加入0. 5wt% Cu2S的3號樣品的矯頑 力、剩磁、磁能積以及方形度對比單純加入lwt% Dy203的2號樣品均有提高。
[0024] 表1未加 Dy203以及以不同方式加入Dy203的三組樣品的磁性能
[0026] 實(shí)施例2 :在磁粉取向壓制前同時(shí)加入0· 5wt% Ga2S3和3wt% Dy203并在混合均 勻后壓制燒結(jié)
[0027] 選擇一種不含鏑元素的商用釹鐵硼磁粉，其平均粒徑為7um左右。在手套箱中分 別在三個球磨罐中裝入100g上述磁粉同時(shí)加入100g左右的不銹鋼鐵球。三個球磨罐分別 標(biāo)為1號、2號、3號。在2號球磨罐中加入3gDy203粉末。在3號球磨罐中加入3gDy203 粉末然后再加入〇.5gGa2S3粉末。經(jīng)滾動球磨Ih后，將粉末取出，然后在同一壓力下取向 壓制。壓制完成后將生坯放入真空燒結(jié)爐中，待真空度達(dá)到（3 - 5) X 10-3Pa時(shí)，通入高純 氬氣，加熱至1080°C并保溫3h，然后在900°C下回火Ih然后快冷，最后在500°C下回火2h。 上述3種樣品的磁性能如表1?？梢?，在磁粉中同時(shí)加入3wt% Dy203和0. 5wt% Ga2S3的 3號樣品的矯頑力、剩磁、磁能積以及方形度均對比只加 3wt% Dy203的2號樣品高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制備高矯頑力低鏑使用量釹鐵硼磁體的方法，其特征在于取向壓制前在磁粉中 同時(shí)加入一種含有鏑元素的金屬或合金粉末和一種含硫的化合物或單質(zhì)硫，再將磁粉混合 均勻后經(jīng)取向壓制、燒結(jié)、二級回火處理，從而得到低Dy含量但保持較高磁性能的磁體； 具體工藝步驟為： a. 在釹鐵硼磁粉中同時(shí)加入一種含有鏑元素的金屬或合金粉末和一種含硫的化合物 或單質(zhì)硫； b. 將上述混合物在氬氣保護(hù)下低速滾動球磨一定時(shí)間，將經(jīng)步驟a處理后的磁粉混合 均勻； c. 將磁粉取出，經(jīng)取向壓制后在氬氣保護(hù)下燒結(jié)； d. 對燒結(jié)后的磁體進(jìn)行兩級回火處理，進(jìn)一步改善磁體的顯微組織和邊界結(jié)構(gòu)； e. 最終得到低Dy含量、高磁性能的釹鐵硼磁體。2. 如權(quán)利要求1所述一種制備高矯頑力低鏑使用量釹鐵硼磁體的方法，其特征在于： 步驟a所述在磁粉中同時(shí)加入兩種物質(zhì)：其中一種是一種含有鏑元素的金屬或合金粉末， 另一種是含硫的化合物或單質(zhì)硫。3. 如權(quán)利要求1所述一種制備高矯頑力低鏑使用量釹鐵硼磁體的方法，其特征在于： 步驟c所述在氬氣保護(hù)下的燒結(jié)溫度為1650-1090°C，在此溫度下的保溫時(shí)間是l_5h。4. 如權(quán)利要求1所述一種制備高矯頑力低鏑使用量釹鐵硼磁體的方法，其特征在于： 步驟d所述兩級回火處理的溫度分別為750-900°C和400-600°C。
【專利摘要】一種制備高矯頑力低鏑使用量釹鐵硼磁體的方法，屬于稀土永磁材料領(lǐng)域。重稀土元素Dy在高性能燒結(jié)釹鐵硼中有著不可替代的作用，但由于鏑元素價(jià)格高昂而且儲量有限，本發(fā)明目的是尋求一種能有效地提高Dy在燒結(jié)釹鐵硼中利用率的方法，利用硫氧化物與Dy親和力小這一特性降低高矯頑力釹鐵硼磁鐵中Dy的使用量的方法。具體的工藝步驟是：在取向壓制前在釹鐵硼磁粉中同時(shí)加入一種含有鏑元素的金屬或合金粉末和一種含硫的化合物或單質(zhì)硫，經(jīng)1小時(shí)的混合后取向壓制，然后在氬氣保護(hù)下經(jīng)1080℃燒結(jié)2小時(shí)，隨后分別在900℃以及500℃下進(jìn)行兩級回火處理。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)工藝簡單，在保證相同矯頑力的前提下明顯降低Dy元素的使用量，適合大批量工業(yè)生產(chǎn)。
【IPC分類】B22F3/10, H01F1/057, H01F1/08, H01F41/02
【公開號】CN105244162
【申請?zhí)枴緾N201510770289
【發(fā)明人】郭志猛, 牟維國, 隋延力, 董廣樂, 王斐
【申請人】北京科技大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年11月12日