一種利用塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料制備高性能再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法
【專利摘要】一種利用塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料制備高性能再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法，屬于磁性材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明采用稀土氫化釹納米粉末摻雜技術(shù)再生燒結(jié)釹鐵硼加工廢料制備高性能燒結(jié)NdFeB永磁。本發(fā)明步驟為：氫爆和氣流磨工藝制備NdFeB粉末；物理氣相沉積技術(shù)制備氫化釹納米粉末；將兩種粉末混合，磁場取向并壓制成型；壓坯在不同溫度下進行脫氫處理，燒結(jié)及熱處理，獲得燒結(jié)磁體。采用本發(fā)明制備的再生磁體各項磁性能可以回復(fù)到原始磁體水平。本發(fā)明方法工藝流程短，成本能耗低，節(jié)約資源。
【專利說明】一種利用塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料制備高性能再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以燒結(jié)釹鐵硼加工廢料為主要原料，利用氫化釹納米顆粒摻雜燒結(jié)的方法制備高性能再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的新技術(shù)，本發(fā)明用于回收燒結(jié)釹鐵硼邊角料，屬于磁性材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]燒結(jié)NdFeB是目前磁性最強的永磁材料，廣泛的應(yīng)用于硬磁盤驅(qū)動器、電動車(EV)、風(fēng)力發(fā)電、消費電子設(shè)備等諸多領(lǐng)域，成為了高新技術(shù)力的一種不可替代的基礎(chǔ)材料，帶動著各行各業(yè)的發(fā)展。釹鐵硼的產(chǎn)量也隨著需求的增加而急速提高，尤其是2000年以后，其年平均增長率約為26.2%。然而由于燒結(jié)釹鐵硼脆性高，在機加工過程中會產(chǎn)生20?30%的邊角料廢料，這些邊角料如果不加以有效的利用，只能以非常低的價格處理。因此，開展釹鐵硼廢料回收的研究和生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊前景，受到各國政府、相關(guān)企業(yè)和研究者的廣泛關(guān)注。
[0003]釹鐵硼廢料的回收再利用，不僅保護了我國寶貴的稀土戰(zhàn)略資源，而且保護了環(huán)境。一方面避免了釹鐵硼廢料本身帶來的污染；另一方面，減少稀土礦產(chǎn)資源消耗，大大減輕了稀土礦產(chǎn)的采、選、冶帶來的嚴重環(huán)境負擔(dān)。由此可見，釹鐵硼廢料高值化回收再利用不僅利潤空間很大，項目投資回報率高，具有很好的經(jīng)濟可行性，而且將大大降低稀土礦開采量，遏制過度開采和生態(tài)環(huán)境惡化，有效地保護了我國稀土資源和生態(tài)環(huán)境。
[0004]針對釹鐵硼廢料回收利用開發(fā)了多種方法:1.從釹鐵硼廢料中提取稀土元素以及其他貴重金屬，此種工藝存在回收率低和回收產(chǎn)品純度低等問題。其主要原因在于回收廢舊產(chǎn)品的溶解程度低、反應(yīng)稀土的沉淀不完全以及稀土和非稀土元素以及多種稀土元素的分離程度差等問題；2.重新熔煉、制粉、壓型、燒結(jié)成釹鐵硼磁體，此種工藝流程較長，耗時耗力；3.將釹鐵硼廢料氫爆破碎后，與適量的成分相同的釹鐵硼粉混合后，氣流磨細化、壓型、燒結(jié)成釹鐵硼永磁體，此種工藝雖然可以達到回收的目的，但是混粉后制成的釹鐵硼性能會降低，產(chǎn)品價格降低。
[0005]上述方法在對釹鐵硼廢料的回收再利用仍沒有達到較好的效果。直接采用氫爆破碎、球磨、取向壓制成型、燒結(jié)技術(shù)制備的再生磁體，是一種短流程的再生工藝，但是這種工藝制備的磁體磁能積比原始的磁體磁能積下降了 15%，剩磁和矯頑力分別下降了 10%和20%。在燒結(jié)釹鐵硼廢料的回收再利用過程中，稀土元素會發(fā)生流失，造成再生磁體磁性能特別是矯頑力的大幅度降低。針對上述問題，如何提高再生磁體的性能成為了解決問題的關(guān)鍵。在燒結(jié)釹鐵硼廢料采用氫爆的方法破碎成磁粉后，通過摻雜稀土粉末可有效補充再生過程中稀土元素的流失。但是稀土粉末的數(shù)量和粒度對再生磁體的磁性能有著至關(guān)重要的影響。稀土粉末的數(shù)量越多，意味著生成更多的富釹相，進而可以得到更大的矯頑力；但同時磁體中非硬磁性相的增加，磁體的剩磁和最大磁能積降低，并不能得到有效的回復(fù)。制備高剩磁和高矯頑力的磁體的條件是富釹相體積分數(shù)盡可能的少，但是主相晶粒被薄的富釹相層完全分隔。因此降低稀土粉末顆粒的尺寸，使其在混粉過程中包覆在主相晶粒表面，在隨后的燒結(jié)過程中實現(xiàn)對主相晶粒的有效磁隔絕。在達到對主相晶粒有效磁隔絕的前提條件下，如果稀土粉末顆粒的尺寸過大，則會造成磁體中富釹相體積分數(shù)過大，磁體剩磁和最大磁能積降低；如果稀土粉末顆粒的尺寸過小，則會出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，同樣會對磁體性能造成不利影響。因此研究稀土粉末顆粒尺寸和含量對再生磁體性能的影響是獲得高性能再生磁體的基礎(chǔ)。此外，由于摻雜稀土粉末顆粒尺寸的減小，再生磁體的燒結(jié)及熱處理最佳溫度也會隨之降低，隨之而帶來的是磁體晶粒尺寸降低，進而磁體的矯頑力會相應(yīng)提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是針對上述技術(shù)現(xiàn)狀而提出的一種氫化釹納米粉末顆粒摻雜回收制備高性能再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法，達到工序短、能耗低、高效回收的目的。
[0007]本發(fā)明所針對的原料是塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料，其特征在于，包括以下步驟:
[0008](I)將塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料清洗并制備成釹鐵硼氫爆粉末；
[0009]優(yōu)選將塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干；置于在真空管式爐中進行150°C、0.1MPa氫壓下吸氫3小時，600°C、lX10_3Pa脫氫10小時，得到釹鐵硼氫爆粉末；
[0010](2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼磁粉破碎至單晶顆粒，得到NdFeB原料粉末；
[0011](3)采用物理氣相沉積技術(shù)制備氫化釹粉末，其粒徑為100-500納米；
[0012](4)將步驟(3)所得的氫化釹納米粉末加入到步驟(2)的NdFeB原料粉末中，氫化釹納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末重量的2-4%，將兩種粉末混合均勻；
[0013](5)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在3T磁場中取向并壓制成型；
[0014](6)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1000-1050°C燒結(jié)5_7小時，然后進行二級熱處理:其中第一級熱處理溫度800-900°C，保溫4-5小時；第二級熱處理溫度450-500°C，保溫4-5小時；最終獲得燒結(jié)磁體。
[0015]本方法的特點是:
[0016]1.本發(fā)明摻雜的氫化釹顆粒的平均粒徑為100-500納米。與小于100納米的氫化釹顆粒摻雜相比，在混粉過程中氫化釹粉末顆粒的分布會更均勻，混粉效果會更好，最終在燒結(jié)過程中會使富釹相分布更加均勻，且有效的修復(fù)邊界缺陷，從而恢復(fù)磁體的矯頑力；與大于500納米的氫化釹顆粒摻雜相比，由于本發(fā)明的氫化釹粒徑小，在達到同樣矯頑力的基礎(chǔ)上所需氫化釹含量少，因此磁體的剩磁、磁能積可以同時得到很好的回復(fù)。
[0017]2.與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝相比，再生燒結(jié)磁體的燒結(jié)溫度和熱處理溫度低，因此可以獲得更高的矯頑力。
[0018]3.采用本發(fā)明制備的再生磁體各項磁性能可以回復(fù)到原始磁體水平。
[0019]4.采用本發(fā)明方法工藝流程短，成本能耗低，節(jié)約資源。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合各實施例對本發(fā)明做進一步說明。對了方便對比，原始磁體邊角料的磁性能也一并給出
[0021]實施例1[0022](I)塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料成分為Nd22.3Dy0.6Pr7.5Fe67.8Co0.7Cu0.。把釹鐵硼廢料置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干。把廢料放在真空管式爐中，進行150°C、0.1MPa氫壓吸氫3小時，600°C、I X KT3Pa脫氫10小時，得到釹鐵硼氫爆粉。
[0023](2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼磁粉破碎至3微米。
[0024](3)采用物理氣相沉積技術(shù)制備平均粒徑為100納米的氫化釹納米粉末。
[0025](4)將步驟(3)所得的氫化釹金屬納米粉末加入到步驟(2)的NdFeB原料粉末中，氫化釹納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末重量的2%，將兩種粉末混合均勻；
[0026](5)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在3T磁場中取向并壓制成型；
[0027](6)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1000°C燒結(jié)7小時，然后進行二級熱處理:其中第一級熱處理溫度900°C，保溫5小時；第二級熱處理溫度450°C，保溫4小時；最終獲得燒結(jié)磁體。
[0028]對比例1-1
[0029](I)塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料成分為Nd22.3Dy0.6Pr7.5Fe67.8Co0.7Cu0.。把釹鐵硼廢料置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干。把廢料放在真空管式爐中，進行150°C、0.1MPa氫壓吸氫3小時，600°C、I X KT3Pa脫氫10小時，得到釹鐵硼氫爆粉。
[0030](2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼磁粉破碎至3微米。
[0031](3)采用物理氣相沉積技術(shù)制備平均粒徑為10納米的氫化釹納米粉末。
[0032](4)將步驟(3)所得的氫化釹金屬納米粉末加入到步驟(2)的NdFeB原料粉末中，氫化釹納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末重量的2%，將兩種粉末混合均勻；
[0033](5)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在3T磁場中取向并壓制成型；
[0034](6)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1000°C燒結(jié)7小時，然后進行二級熱處理:其中第一級熱處理溫度900°C，保溫5小時；第二級熱處理溫度450°C，保溫4小時；最終獲得燒結(jié)磁體。
[0035]對比例1-2
[0036](I)塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料成分為Nd22.3Dy0.6Pr7.5Fe67.8Co0.7Cu0.。把釹鐵硼廢料置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干。把廢料放在真空管式爐中，進行150°C、0.1MPa氫壓吸氫3小時，600°C、I X KT3Pa脫氫10小時，得到釹鐵硼氫爆粉。
[0037](2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼磁粉破碎至3微米。
[0038](3)采用氫爆和球磨工藝制備平均粒徑為3微米的氫化釹粉末。
[0039](4)將步驟(3)所得的氫化釹金屬微米粉末加入到步驟(2)的NdFeB原料粉末中，氫化釹微米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末重量的4%，將兩種粉末混合均勻；
[0040](5)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在3T磁場中取向并壓制成型；
[0041](6)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1080°C燒結(jié)7小時，然后進行二級熱處理:其中第一級熱處理溫度920°C，保溫5小時；第二級熱處理溫度550°C，保溫4小時；最終獲得燒結(jié)磁體。
[0042]對比例1-3
[0043](I)塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料成分為Nd22.3Dy0.6Pr7.5Fe67.8Co0.7Cu0.。把釹鐵硼廢料置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干。把廢料放在真空管式爐中，進行150°C、0.1MPa氫壓吸氫3小時，600°C、I X KT3Pa脫氫10小時，得到釹鐵硼氫爆粉。[0044](2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼磁粉破碎至3微米。
[0045](3)將釹鐵硼粉末在3T磁場中取向并壓制成型；
[0046](4)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1080°C燒結(jié)7小時，然后進行二級熱處理:其中第一級熱處理溫度920°C，保溫5小時；第二級熱處理溫度550°C，保溫4小時；最終獲得燒結(jié)磁體。
[0047]表1.采用不同粒度氫化釹顆粒摻雜制備再生燒結(jié)磁體磁性能及密度對比
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種利用塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料制備高性能再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料清洗并制備成釹鐵硼氫爆粉末； (2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼磁粉破碎至單晶顆粒，得到NdFeB原料粉末； (3)采用物理氣相沉積技術(shù)制備氫化釹粉末，其粒徑為100-500納米； (4)將步驟(3)所得的氫化釹納米粉末加入到步驟(2)的NdFeB原料粉末中，氫化釹納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末重量的2-4%，將兩種粉末混合均勻； (4)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在3T磁場中取向并壓制成型； (5)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1000-1050°C燒結(jié)5-7小時，然后進行二級熱處理:其中第一級熱處理溫度800-900°C，保溫4-5小時；第二級熱處理溫度450-500°C，保溫4_5小時；最終獲得燒結(jié)磁體。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(I)將塊狀燒結(jié)釹鐵硼加工廢料置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干；置于在真空管式爐中進行150°C、0.1MPa氫壓下吸氫3小時，600°C、I X 1-3Pa脫氫10小時，得到釹鐵硼氫爆粉末。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法制備得到的再生燒結(jié)釹鐵硼磁體。
【文檔編號】B22F3/16GK104036949SQ201410259680
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】岳明, 劉衛(wèi)強, 李超, 季維驍, 張東濤, 左鐵鏞 申請人:北京工業(yè)大學(xué)