一種釹鐵硼磁材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及形成永磁體的技術領域，尤其涉及一種釹鐵硼磁材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 燒結的釹鐵硼磁材料具有很好的磁性，常作為永磁體用于各種電力設備中。然而 由于該材料中的Nd 2Fe14B的存在，剩磁和本征矯頑性隨著溫度變化很大，而現(xiàn)代的電力設備 中普遍存在著高溫的工作工作環(huán)境的需求?，F(xiàn)有技術中通常通過在熔化或形成合金之前， 添加鈷（Co)、鏑（Dy)或者鋱（Tb)到混合金屬中。
[0003]然而鏑〇)y)、鋱（Tb)都是非常稀有和昂貴的原料，通常稀土元素中只含有5%左 右的鏑〇)y)，并且并非所有的稀土元素中都包含鏑〇)y)。近年來由于稀土元素的過度開 采，其儲量已經(jīng)明顯下降，鏑0)y)、鋱（Tb)的價格已經(jīng)急劇上升。同時由于這些稀有金屬很 難提純，并且即使是純的也很容易被氧化。因此業(yè)界也嘗試使用了其氫化物或氟化物作為 添加劑。但是氫化物的快速擴散使得與燒結相關的溫度不能使得原來固結，影響來了材料 的工作性能。而氟化物的添加雖然使得材料獲得較高的矯頑力，但是其剩磁則下降很多。
[0004] 中國專利CN104392818A公開了一種提高燒結釹鐵硼永磁材料磁性能的方法，通 過Dy 203或Tb203的溶液涂覆在燒結釹鐵硼永磁材料，然后還原擴散。但該方法僅僅對燒 結釹鐵硼永磁材料表面的鏑（Dy)、鋱（Tb)的附著，對于材料本身并無改進。
[0005] 中國專利CN104575905A公開了 一種添加納米鋁粉制備燒結釹鐵硼的方法，將平 均粒度10nm-100nm的鋁粉按照比例加入釹鐵硼的微粉里，雖然該方法提高了材料的矯頑 力，但是由于材料中引入鋁粉，進一步降低了釹鐵硼磁鐵的居里溫度，而通常認為釹鐵硼磁 材料的居里溫度已經(jīng)較低，再進一步降低是非常不利的。
[0006] 中國專利CN104593660A公開了 一種釹鐵硼永磁材料合金化Ga元素的方法，以 Fe-Ga合金作為原料的形式添加Ga元素，避免了配料時液態(tài)的金屬Ga加入容易揮發(fā)的缺 陷，但是該種方法中Fe-Ga合金形式存在影響了材料中影響了 Nd2Fe14B的的晶體性能。
[0007] 研宄認為，提高燒結溫度和延長燒結時間可提高燒結磁體的密度，但由于提高燒 結溫度、延長燒結時間會造成晶體顆粒的長大，而粗大的晶體顆粒的矯頑力低于細的晶體 顆粒。因此目前釹鐵硼磁材料的剩磁要顯著低于其燒結密度等于磁體合金真實密度的假想 磁體。此外，密度低也使得磁體機械強度低、表面容易生銹。對此缺陷，通常業(yè)界認為需要 在高壓環(huán)境下進行燒結作業(yè)，使得磁體材料致密，但是高壓作業(yè)需要極其昂貴的使用和維 護成本，同時也具有較大的安全隱患。
[0008] 基于上述理由，對于制備具有期望的剩磁和足夠矯頑力的高密度釹鐵硼磁材料的 研宄需要進一步深入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、方便、廉價的具有足夠剩磁和矯頑力的高密度 釹鐵硼磁材料的制備方法。
[0010] 對于燒結的釹鐵硼磁材料，理想的微觀結構為Nd2Fe 14B晶體顆粒，本發(fā)明一方面提 供一種制備釹鐵硼磁材料的方法，其特征在于：
[0011] 提供一種釹鐵硼磁材料，釹鐵硼磁材料的配比為：10-15wt%的釹，6-8wt%的硼， 其余為鐵，在氬氣環(huán)境下熔煉，制成合金錠，然后在氬氣環(huán)境下通過球磨機研磨；優(yōu)選的用 作研磨介質(zhì)的球磨的直徑為3-5毫米；然后將球磨機研磨的粉末通過氣流粉碎機磨制成平 均粒度3 y m的粉末；
[0012] 在真空蒸發(fā)室充入氬氣，通過蒸發(fā)源的加熱作用，將鏑〇)y)、鋱（Tb)形成金屬蒸 汽；優(yōu)選的氬氣分壓不小于3 X K^Pa ;
[0013] 將上述金屬蒸汽輸出氣流對氣流粉碎機磨制出的釹鐵硼磁材料合金粉末進行附 著；優(yōu)選的將金屬蒸汽輸入放置有釹鐵硼磁材料合金粉末的旋轉(zhuǎn)式氫破爐中，邊加熱變旋 轉(zhuǎn)，加熱時爐體以5rpm的旋轉(zhuǎn)速度進行旋轉(zhuǎn)，再爐體旋轉(zhuǎn)軸一端輸入金屬蒸汽，另一端適 當施加負壓，持續(xù)時間0. 1-1小時。
[0014] 其中，蒸發(fā)源使用的蒸發(fā)板材形成工序為：
[0015] 凝固體形成工序：將稀土金屬或稀土金屬的合金熔化后，保持在低于前述熔化溫 度的狀態(tài)下，將稀土金屬或稀土金屬的合金凝固在耐火金屬制成的板狀或筒狀的網(wǎng)格狀芯 材上；
[0016] 芯材使用鎢、釩、鈦、鉭等耐火金屬或者其氧化物制成的絲編織成網(wǎng)格狀，網(wǎng)格的 網(wǎng)眼在50-100目，使用至少3層網(wǎng)格重疊制成板狀或筒狀的網(wǎng)格芯材；
[0017] 稀土類的金屬使用鏑0)y)、鋱（Tb);稀土類金屬的合金使用鏑（Dy)、鋱（Tb)中添 加了提高矯頑力的金屬。
[0018] 這樣作為蒸發(fā)源使用的蒸發(fā)板材無需單獨鑄造，在芯材上附著的稀土金屬或稀土 金屬的合金消耗完之后，只需要將芯材再次浸入熔化狀態(tài)下的稀土金屬或稀土金屬的合 金，使得稀土金屬或稀土金屬的合金再次凝固即可。
[0019] 將釹鐵硼磁材料合金粉末在3-5噸/平方厘米的壓力下和至少2. 5T的磁場下，模 壓成坯體，其中磁性合金顆粒的取向為易磁化軸沿模壓時施加的磁場方向；
[0020] 磁材料合金粉末坯體燒結，燒結分為三階段進行，三階段之間不存在時間間隔和 冷卻處理；
[0021] 第一階段燒結：在真空環(huán)境中進行，消除坯體中的氣孔，燒結溫度為1200-1300°c， 燒結時間持續(xù)2-3小時，得到坯體的密度達到磁性合金密度的95-98. 5%，雖然持續(xù)延長燒 結時間和提高燒結溫度對于坯體的密度還有進一步提高的余地，但是有可能導致晶體顆粒 的不期望的粗大；
[0022] 第二階段燒結：在惰性氣體環(huán)境中，控制在30-50個大氣壓的環(huán)境下，以 1000-1100°C，燒結 1-2 小時；
[0023] 第三階段燒結：在惰性氣體環(huán)境中，常壓下，在800°C的環(huán)境下，以200°C/小時的 速度逐漸冷卻；
[0024] 通過三階段的燒結處理，在第一階段燒結中，消除了坯體中的氣孔，提高坯體的致 密度，又避免了晶體顆粒過于粗大影響矯頑力；而第二階段燒結中，燒結溫度和持續(xù)時間均 低于第一燒結階段，并且具有適當?shù)膲毫Y，避免了不希望的晶體顆粒粗大的缺陷，同時 又進一步提高坯體的致密度；第三階段燒結中，控制溫度下降的速度，避免磁體材料由于溫 度驟然降低導致的裂紋和崩口等缺陷，顯著提高了磁體材料的機械強度，更適宜于高溫環(huán) 境下耐久的工作。
[0025] 通過本發(fā)明的方法，一方面使得釹鐵硼磁材料具有非均勻擴散的鏑（Dy)或鋱 (Tb)中的至少一種，非均勻分散的提醒使得材料中Nd 2Fe14B晶體顆粒邊界出優(yōu)先聚集，更 容易形成共晶相，使得材料具有較好的矯頑力與剩磁。
[0026] 通過本發(fā)明的方法，另一方面，納米級別的鏑（Dy)或鋱（Tb)涂布于微米級別的材 料顆粒上，在顆粒尺寸上的精細，使得顆粒對于磁性的影響更加敏感，在模壓過程中額外地 受到施加的磁能影響，從而能夠獲得期望的足夠的剩磁。
[0027] 通過本發(fā)明的方法，另一方面使得在燒結后形成的材料中鏑〇)y)或鋱（Tb)分散 在材料的內(nèi)部，但是消耗的鏑0)y)或鋱（Tb)含量顯著減少了 50%或更多，在一種適用于電 動機的釹鐵硼磁材料形式中，整體的鏑（Dy)或鋱（Tb)只占了大約0.3-5wt%的范圍，但是 使得磁性能與具有大得多的整體含量的處理磁體相似。
[0028] 通過本發(fā)明的方法，另一方面，多階段的燒結方法提高坯體的致密度，又避免了晶 體顆粒過于粗大影響矯頑力，控制溫度下降的速度，避免磁體材料由于溫度驟然降低導致 的裂紋和崩口等缺陷，顯著提高了磁體材料的機械強度，更適宜于高溫環(huán)境下耐久的工作。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合具體實施例來對本發(fā)明進行進一步說明，但并不將本發(fā)明局限于這些具 體實施方式。本領域技術人員應該認識到，本發(fā)明涵蓋了權利要求書范圍內(nèi)所可能包括的 所有備選方案、改進方案和等效方案。
[0030] 實施例1
[0031] 提供一種釹鐵硼磁材料，釹鐵硼磁材料的配比為：10wt %的釹，8wt %的硼，其余為 鐵，在氬氣環(huán)境下熔煉，制成合金錠，然后在氬氣環(huán)境下通過球磨機研磨；優(yōu)選的用作研磨 介質(zhì)的球磨的直徑為3毫米；然后將球磨機研磨的粉末通過氣流粉碎機磨制成平均粒度 3 y m的粉末；
[0032] 在真空蒸發(fā)室充入氬氣，通過蒸發(fā)源的加熱作用，將鏑（Dy)、鋱（Tb)形成金屬蒸 汽；氬氣分壓為3 X 10 ipa ;
[0033] 將上述金屬蒸汽輸出氣流對氣流粉碎機磨制出的釹鐵硼磁材料合金粉末進行附 著，持續(xù)時間〇. 1-1小時；
[0034] 將釹鐵硼磁材料合金粉末在3噸/平方厘米的壓力下和2. 5T的磁場下，模壓成坯 體，其中磁性合金顆粒的取向為易磁化軸沿模壓時施加的磁場方向；
[0035] 磁材料合金粉末