專利名稱：熱變形磁體定向破碎制備各向異性釹鐵硼磁粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于稀土永磁材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種各向異性釹鐵硼磁粉的制備方法。
背景技術(shù)：
粘結(jié)釹鐵硼磁體是將釹鐵硼磁粉與高分子樹脂混合，利用模壓、注塑、擠壓或軋制等方法制備成所需形狀和尺寸，并經(jīng)固化后得到的磁體。由于其具有尺寸精度好、形狀自由度高、磁性能穩(wěn)定等特點，廣泛應(yīng)用于信息、汽車、辦公自動化等領(lǐng)域。相比各向同性粘結(jié)釹鐵硼磁體，各向異性粘結(jié)釹鐵硼磁體具有更高的磁性能，能夠滿足粘結(jié)磁體高性能化的發(fā)展需求。但要獲得高性能的各向異性粘結(jié)釹鐵硼磁體，首先需要獲得高性能的各向異性釹鐵硼磁粉。各向異性釹鐵硼磁粉的制備，通常采用熱鐓鍛法，工藝步驟主要包括熱變形制備各向異性磁體和將各向異性磁體破碎制粉。關(guān)于各向異性磁體的破碎，主要的破碎方法一是由美國GM公司的L.J.Eshelman等人于1988年首次提出的“無定向”機械破碎法，二是HD (hydrogen decrepitation)氫爆法。所述“無定向”機械破碎法是將磁體用機械力無定向粗破碎成粗大顆粒后，再對其進行機械細(xì)破碎，得到各向異性磁粉(L.J.Eshelman, “Properties of Nd-Fe-B anisotropic powder prepared fromrapidly solidified materials”，J.Appl.Phys.，1988，64(10):5293-5295)。該方法的不足之處是容易造成磁體的穿晶斷裂，損傷磁性主相Nd2Fe14B相，致使其被氧化及分解產(chǎn)生軟磁性相 α-Fe 相的幾率大大增大(J.R.Jia, “Preparation of anisotropic NdFeBpowders by crushing sintering magnets at high temperature，，，J.0f Universityof Science and Technology Bei jing, 2003，25 (I): 46-49),所得磁粉磁性能較低。所述HD氫爆法的基本原理是:基于Nd2Fe14B容易吸氫氫化，形成氫化物的局部區(qū)域?qū)a(chǎn)生體積膨脹和內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過Nd2Fe14B化合物的斷裂強度時，便導(dǎo)致磁體產(chǎn)生大量裂紋而破碎，該方法最早由美國Hitachi公司M.Doser等人研究提出(M.Doser.“Pulverizinganisotropic rapidly solidified Nd-Fe-B materials for bonded magnets，，，J.Appl.Phys.，1991，70(10): 6603-6605)。采用“HD”法破碎時，雖能夠?qū)崿F(xiàn)磁體的沿晶斷裂，減少對磁性Nd2Fe14B相造成的損傷，但其工藝要求高，破碎的磁粉還需采取后續(xù)措施將其中的氫脫除，而低溫脫氫會使磁粉中的氫難以去除干凈，高溫脫氫又將導(dǎo)致磁粉微觀結(jié)構(gòu)及磁性能的失控，因而極大限制了該方法的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種熱變形磁體定向破碎制備各向異性釹鐵硼磁粉的方法，以提高各向異性釹鐵硼磁粉的磁性能，并簡化制備工藝。本發(fā)明所述熱變形磁體定向破碎制備各向異性釹鐵硼磁粉的方法，工藝步驟如下:
(I)全致密各向同性釹鐵硼磁體的制備將快淬釹鐵硼磁粉裝入模具中，在真空條件或惰性氣體保護下，于680°C 720V進行感應(yīng)熱壓，所施加的壓力為75MPa 200MPa，保溫保壓時間為2min 5min，保溫保壓時間到達后，隨爐冷卻至室溫，得到全致密的各向同性釹鐵硼磁體；(2)熱變形各向異性釹鐵硼磁體的制備將步驟(I)制備的各向同性釹鐵硼磁體在真空條件或惰性氣體保護下，于750°C 850°C進行熱變形，所施加的壓力為30MPa 50MPa，變形速率為0.25mm/s 0.45mm/s,當(dāng)所述釹鐵硼磁體的變形量達到65% 75%時，停止對其熱變形，然后隨爐冷卻至室溫，得到“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體；(3)熱變形磁體的定向破碎將步驟(2)制備的“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體在氬氣保護下于室溫沿其徑向(即垂直于C軸方向,所述C軸方向為磁性基體相Nd2Fe14B的易磁化方向)施加對稱、循環(huán)作用力進行定向破碎，破碎力為600MPa 700MPa，得到層片狀磁性薄片(磁性薄片厚度控制在 100 μ m 500 μ m)；(4)磁性薄片的規(guī)則化破碎在氬氣保護下將步驟(3)制備的磁性薄片采用滾動碾磨法進行規(guī)則化破碎，得到各向異性釹鐵硼磁粉(磁粉粒度大小根據(jù)需要控制)。所述規(guī)則化破碎，是指采用滾動碾磨法對磁性薄片進行破碎所得到的磁粉微粒輪廓圓滑，無尖銳棱邊和凸角。上述方法中，采用滾動碾磨法對磁性薄片進行規(guī)則化破碎時，碾磨破碎機的電機轉(zhuǎn)速優(yōu)選3000r/min 4500r/min,進料速度優(yōu)選5g/min 200g/min。上述方法中，所述快淬釹鐵硼磁粉可以是化學(xué)式為RExFe1(l(l_x_y_zMyBz的磁粉中的一種,式中，X 為 12 15，y 為 O 10，z 為 5.6 6.0，M 為 Co、Ga、Zn、Zr、Cu 中的一種，RE為Nd,或Nd與Ce、Pr、Dy中至少一種稀土元素的組合，當(dāng)RE為Nd與Ce、Pr、Dy中至少一種稀土元素的組合時，Nd的量為RE總量的90%以上。本發(fā)明具有以下有益效果:1、本發(fā)明所述方法對“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體沿其徑向施加對稱、循環(huán)作用力進行定向破碎，根據(jù)熱變形釹鐵硼磁體微觀結(jié)構(gòu)的各向異性，沿其徑向進行定向破碎時，磁體承載面上的富Nd相含量較高，磁體斷裂時裂紋將優(yōu)先沿結(jié)合強度較弱的位置，即沿富Nd相區(qū)域(主要分布在晶界或快淬磁粉結(jié)合處)進行延伸，實現(xiàn)磁體的沿晶或沿快淬磁粉邊界斷裂；通過沿晶斷裂或沿磁粉邊界斷裂獲得的層片狀磁性薄片，一方面強磁性基體相Nd2Fel4B本身或其表面區(qū)域的損傷減小，晶粒直接繼承其在熱變形中獲得的良好取向，具有較高的剩磁；另一方面破碎中產(chǎn)生的新表面減少，吸氧量小，大幅減弱了表層Nd2Fe14B基體相氧化并分解產(chǎn)生軟磁性相α -Fe相的可能性，保證了磁粉具有較高的矯頑力以及最大磁能積。2、本發(fā)明所述方法對磁性薄片采用滾動碾磨法進行規(guī)則化破碎，所得磁粉微粒輪廓圓滑，無尖銳棱邊和凸角，大幅降低磁粉顆粒在磁場取向轉(zhuǎn)動中的機械阻力，有利于提高各向異性粘結(jié)釹鐵硼磁體的取向度，保證各向異性粘結(jié)釹鐵硼磁體具有高剩余磁通密度(Br)03、實驗表明，本發(fā)明所述“定向破碎+碾磨規(guī)則化破碎”相比傳統(tǒng)的非定向機械破碎和球磨破碎等方法，所獲得的各向異性釹鐵硼磁粉的磁性能明顯提高，用所述各向異性釹鐵硼磁粉制備的各向異性粘結(jié)釹鐵硼磁體的磁能積((BH)m)明顯提高(見實施例、對比例)。4、與HD氫爆法相比，本發(fā)明所述方法不僅操作更為簡單，而且更易于控制磁粉質(zhì)量，有利于推廣使用。5、本發(fā)明所述方法制備的各向異性釹鐵硼磁粉可廣泛應(yīng)用于家用電器、汽車制造、微特電機、儀器儀表等領(lǐng)域。


圖1是熱變形各向異性釹鐵硼磁體的微觀形貌圖，圖中，Ca)圖為垂直于壓力方向的釹鐵硼磁體的微觀形貌圖，(b)圖為平行于壓力方向的釹鐵硼磁體的微觀形貌圖。圖2是本發(fā)明所述方法中，對熱變形得到的“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體沿其徑向(垂直于C軸方向)施加對稱、循環(huán)作用力進行定向破碎的施力不意圖。圖3是對熱變形得到的“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體沿其軸向(平行于C軸方向)施加作用力進行破碎的施力示意圖。圖4是本發(fā)明所述方法制備的各向異性釹鐵硼磁粉的掃描電鏡圖。圖5是將熱變形得到的“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體沿其軸向(平行于C軸方向)施加作用力破碎得到的磁性顆粒用本發(fā)明所述方法中的規(guī)則化破碎制備的各向異性釹鐵硼磁粉的掃描電鏡圖。圖6是將熱變形得到的“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體沿其徑向施加對稱、循環(huán)作用力定向破碎得到層片狀磁性薄片進行沖擊破碎制備的各向異性釹鐵硼磁粉的掃描電鏡圖。圖7是將熱變形得到的“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體沿其徑向施加對稱、循環(huán)作用力定向破碎得到層片狀磁性薄片進行球磨破碎制備的各向異性釹鐵硼磁粉的掃描電鏡圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明所述熱變形磁體定向破碎制備各向異性釹鐵硼磁粉的方法作進一步說明。下述實施例中，全致密各向同性釹鐵硼磁體的制備和熱變形各向異性釹鐵硼磁體的制備采用30T型真空感應(yīng)熱壓機(四川，成都力士制造有限公司)，熱變形磁體的定向破碎采用YSD-10-1型雙向液壓機(四川，綿陽華通磁件技術(shù)開發(fā)公司)，磁性薄片的規(guī)則化破碎采用WF-20型碾磨破碎機(江蘇，江陰市鑫達機械制造有限公司)，各向異性粘結(jié)釹鐵硼磁體成型所采用的溫壓成型取向壓機為LY40-350型磁場取向壓機(山西，金開源實業(yè)有限公司)。 下述實施例中，快淬RExFe1(l(l_x_y_zMyBz磁粉均由發(fā)明人自制，制備方法見:“馬毅龍，稀土鐵系納米晶單相與雙相致密永磁材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究[D]，四川大學(xué)，2010:24-26”。 實施例1
本實施例以快淬Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉為原料制備各向異性磁粉，工藝步驟如下:(I)全致密各向同性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體的制備將快淬Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉稱取20g，裝入Φ30πιπι硬質(zhì)合金模具中，在室溫下施加4MPa壓力壓實，然后放入真空感應(yīng)熱壓機中，在真空條件(6Pa)下于700°C進行感應(yīng)熱壓，所施加的壓力為150MPa，保溫保壓時間為2min，保溫保壓時間到達后，隨爐冷卻至室溫，得到全致密的各向同性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體，其磁性能為:Br=0.9T、Hci=1018kA/m、(BH)m=130kJ/m3, P =7.73g/cm3 ；(2)熱變形各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體的制備將步驟(I)制備的各向同性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體裝入硬質(zhì)合金模具并放入真空感應(yīng)熱壓機中，在真空條件(6Pa)下于800°C進行熱變形，所施加的壓力為50MPa，變形速率為0.35mm/s,當(dāng)所述Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體的變形量達到75%時，停止對其熱變形，然后隨爐冷卻至室溫，得到“圓餅狀”各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體(如圖2所示)，其磁性能為:Br=L 40T、Hci=764kA/m、(BH)m=351kJ/m3, P =7.69g/cm3 ；( 3 )熱變形磁體的定向破碎將步驟(2)制備的“圓餅狀”各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體用所述雙向液壓機在氬氣保護下于室溫沿其徑向施加對稱、循環(huán)作用力進行定向破碎(施力方向見圖2)，破碎力為650MPa，得到厚度約100 μ m 500 μ m的層片狀磁性薄片；(4)磁性薄片的規(guī)則化破碎在氬氣保護下將步驟(3)制備的磁性薄片采用滾動碾磨法進行規(guī)則化破碎，即得到各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉(見圖4),碾磨破碎機的電機轉(zhuǎn)速控制在4000r/min,進料速度控制在10g/min,磁粉粒 度大小通過更換目篩控制在45 μ m 104 μ m。用本實施例得到的各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉制備各向異性粘結(jié)磁體，工藝步驟如下:( I)配料各原料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:
各向異性 Ncb.5Fe73Co7.5B6 磁粉97%
雙酚A型環(huán)氧樹脂E-20及順丁烯二酸酐混合粉末2.5%
(雙酚A型環(huán)氧樹脂E-20與順丁烯二酸酐的質(zhì)量比為1: 0.01 ) γ-氨基丙基三乙氧硅烷(商品牌號ΚΗ550)0.45%
石蠟0.05%;(2)原料的混合將計量好的雙酚A型環(huán)氧樹脂Ε-20及順丁烯二酸酐混合粉末、Y -氨基丙基三乙氧硅烷、石蠟用無水乙醇溶解形成溶液(無水乙醇的量以形成的溶液能均勻包覆各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉為限)，然后將計量好的各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉加入所述溶液，在室溫、常壓下進行攪拌，混合均勻；(3)溫壓成型將步驟(2)制備的混合物料稱取5g裝入成型模具，在磁場取向壓機上模壓成型，即得到各向異性粘結(jié)Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體，壓制溫度控制在:130°C，壓制壓力為:400MPa，取向磁場大小:1.8T。經(jīng)測試，制備的各向異性粘結(jié)Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體的磁性能為:Br=0.97T、Hci=724kA/m、(BH)m=153kJ/m3、p=5.91g/cm3。對比例I本對比例以快淬Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉為原料制備各向異性磁粉，工藝步驟如下:(I)全致密各向同性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體的制備與實施例1相同。(2)熱變形各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體的制備與實施例1相同。(3)熱變形磁體的破碎將步驟(2)制備的“圓餅狀”各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁體用所述雙向液壓機在氬氣保護下于室溫沿其軸向施加作用力進行破碎(施力方向見圖3)，破碎力為1020MPa，得到的外形呈不規(guī)則立體狀、直徑約5mm IOmm的磁性顆粒；( 4 )磁性顆粒的規(guī)則化破碎在氬氣保護下將步驟(3)制備的磁性顆粒采用滾動碾磨法進行規(guī)則化破碎，即得到各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉(見圖5)，碾磨破碎機的電機轉(zhuǎn)速控制在4000r/min，進料速度控制在10g/m i n,磁粉粒度大小通過更換目篩控制在45 μ m 104 μ m。用本對比例得到的各向異性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉制備各向異性粘結(jié)磁體，工藝步驟如下:I)配料各原料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:
權(quán)利要求
1.一種熱變形磁體定向破碎制備各向異性釹鐵硼磁粉的方法，其特征在于工藝步驟如下: (1)全致密各向同性釹鐵硼磁體的制備 將快淬釹鐵硼磁粉裝入模具中，在真空條件或惰性氣體保護下，于680°C 720°C進行感應(yīng)熱壓，所施加的壓力為75MPa 200MPa，保溫保壓時間為2min 5min，保溫保壓時間到達后，隨爐冷卻至室溫，得到全致密的各向同性釹鐵硼磁體； (2)熱變形各向異性釹鐵硼磁體的制備 將步驟(1)制備的各向同性釹鐵硼磁體在真空條件或惰性氣體保護下，于750°C 850°C進行熱變形，所施加的壓力為30MPa 50MPa，變形速率為0.25mm/s 0.45mm/s,當(dāng)所述釹鐵硼磁體的變形量達到65% 75%時，停止對其熱變形，然后隨爐冷卻至室溫，得到“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體； (3)熱變形磁體的定向破碎 將步驟(2)制備的“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體在氬氣保護下于室溫沿其徑向施加對稱、循環(huán)作用力進行定向破碎，破碎力為600MPa 700MPa，得到層片狀磁性薄片； (4)磁性薄片的規(guī)則化破碎 在氬氣保護下將步驟(3)制備的磁性薄片采用滾動碾磨法進行規(guī)則化破碎，得到各向異性釹鐵硼磁粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱變形磁體定向破碎制備各向異性釹鐵硼磁粉的方法，其特征在于采用滾動碾磨法對磁性薄片進行規(guī)則化破碎時，碾磨破碎機的電機轉(zhuǎn)速控制在3000r/min 4500r/min,進料速度控制在 5g/min 200g/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述熱變形磁體定向破碎制備各向異性釹鐵硼磁粉的方法，其特征在于所述快淬釹鐵硼磁粉是化學(xué)式為RExFeiQQ_x_y_zMyBz的磁粉中的一種，式中，x為12 .15，y 為 O 10，z 為 5.6 6.0，M 為 Co,Ga,Zn,Zr,Cu 中的一種，RE 為 Nd，或 Nd 與 Ce,Pr,Dy中至少一種稀土元素的組合，當(dāng)RE為Nd與Ce、Pr、Dy中至少一種稀土元素的組合時，Nd的量為RE總量的90%以上。
全文摘要
一種熱變形磁體定向破碎制備各向異性釹鐵硼磁粉的方法，工藝步驟為(1)全致密各向同性釹鐵硼磁體的制備；(2)熱變形各向異性釹鐵硼磁體的制備；(3)熱變形磁體的定向破碎，將步驟(2)制備的“圓餅狀”各向異性釹鐵硼磁體在氬氣保護下于室溫沿其徑向施加對稱、循環(huán)作用力進行定向破碎，破碎力為600MPa～700MPa，得到層片狀磁性薄片；(4)磁性薄片的規(guī)則化破碎，在氬氣保護下將步驟(3)制備的磁性薄片采用滾動碾磨法進行規(guī)則化破碎，得到各向異性釹鐵硼磁粉。
文檔編號B22F9/04GK103151161SQ20131009529
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者劉穎, 李軍, 儲林華, 陳飚, 蔣紅剛, 王仁全 申請人:四川大學(xué)