一種制備高矯頑力各向異性納米晶釹鐵硼永磁體的方法
【專利摘要】一種制備高矯頑力各向異性納米晶釹鐵硼永磁體的方法，屬于磁性材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，將NdFeB粉和TbH3納米粉的混合料經(jīng)熱壓熱變形制得各向異性NdFeB磁體，后經(jīng)熱處理獲得一種高矯頑力的各向異性納米晶NdFeB磁體。當(dāng)TbHx的添加量為0.7wt.％時(shí)，熱變形磁體經(jīng)650℃退火后，相較于同溫度下未經(jīng)摻雜熱變形磁體的矯頑力提高53.3％，剩磁降低2.2％。與傳統(tǒng)粉末冶金工藝相比，有Tb添加量少、矯頑力提高明顯、剩磁損害小的優(yōu)勢。而且利用放電等離子燒結(jié)制備的熱變形納米晶NdFeB磁體在矯頑力、熱穩(wěn)定性能、耐腐蝕性能以及力學(xué)性能方面也有提高。
【專利說明】一種制備高矯頑力各向異性納米晶釹鐵硼永磁體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種采用放電等離子技術(shù)熱壓/熱變形法制備重稀土氫化物納米顆粒 摻雜的高矯頑力的熱變形NdFeB稀土永磁體的方法，屬于磁性材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002] 燒結(jié)NdFeB稀土永磁體是迄今為止磁性最強(qiáng)的永磁材料，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)電、 儀表和醫(yī)療等諸多領(lǐng)域，是當(dāng)今世界上發(fā)展最快，市場前景最好的永磁材料。隨著混合動(dòng)力 汽車的快速發(fā)展，要求工作溫度在200°C以上的高溫永磁體，因此，對(duì)NdFeB磁體的高溫磁 性能提出了更高的要求。
[0003] 普通NdFeB磁體在高溫時(shí)矯頑力下降劇烈，不能滿足使用要求。目前，主要是采用 在NdFeB磁體中摻雜Dy或Tb元素來提高磁體的矯頑力，進(jìn)而提高磁體的高溫磁性能。研 究表明在NdFeB中，Tb優(yōu)先占據(jù)4f晶位，每份Nd被Tb置換形成Tb 2Fe14B，矯頑力會(huì)有很大 提高。此外Tb對(duì)磁性材料的微觀結(jié)構(gòu)也有影響，能抑制晶粒的長大，這也是提高矯頑力的 另一原因。但是矯頑力并不是隨著Tb含量的增加而線性增加的，Tb含量較低時(shí)，矯頑力增 加很快，以后增加變的緩慢，原因是部分Tb溶入晶界夾雜相中，并沒有完全進(jìn)入主相。Tb元 素的加入帶來的問題是M s與（BH)max降低，這是由于Tb原子的原子磁矩與Fe原子的原子磁 矩反平行，導(dǎo)致飽和磁化強(qiáng)度降低，進(jìn)而導(dǎo)致M s與（BH)max降低。
[0004] 目前，主要采用熔煉母合金時(shí)直接加入Tb金屬的方法，但這種方法存在一些問 題，因?yàn)樘砑拥腡b元素均勻分布于磁體中，使重稀土的添加量偏多，且剩磁降低明顯。因此 有人提出晶界擴(kuò)散法，此種方法是采用重稀土元素 Tb在磁體表面涂覆，然后熱處理，使重 稀土元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入磁體內(nèi)部的方法，該方法提出的模型如下：高于650°C時(shí)，富Nd相開始熔 融，這時(shí)涂覆于磁體表面的Tb通過富Nd相擴(kuò)散到主相周圍，隨著溫度和時(shí)間的增加，Tb取 代主相周圍的Nd，從而形成連續(xù)均勻的高Tb濃度殼層，形成殼層的厚度只有幾納米，這就 使得Tb 2Fe14B的形成量比較少，從而確保剩磁幾乎不降低，且矯頑力有較大提升。但晶界擴(kuò) 散法也存在不足，一是受到擴(kuò)散距離的限制，要求磁體的尺寸不宜過大；二是這類方法需要 在磁體表面涂覆一層稀土，擴(kuò)散后磁體表面還會(huì)有稀土殘余，從而又造成新的浪費(fèi)。
[0005] 針對(duì)以上兩方面，我們前期提出一種新的制備方法，即首先制備TbH3的稀土納米 粉末，然后與NdFeB粉末混合，采用傳統(tǒng)粉末冶金法制備高矯頑力的NdFeB微米晶磁體,并 已經(jīng)獲得專利授權(quán)。本申請(qǐng)?jiān)谠袑＠幕A(chǔ)上，提出一項(xiàng)新的專利申請(qǐng)，即將TbH 3的稀土 納米粉末和商用NdFeB磁粉（MQ粉）混合，采用與原有專利不一樣的方法，即放電等離子燒 結(jié)（SPS)技術(shù)熱壓/熱變形的方法，制備高矯頑力的各向異性納米晶NdFeB磁體，通過摻雜 不同含量的稀土 TbH3粉末來調(diào)整NdFeB磁體的矯頑力和磁性能。本申請(qǐng)與原有專利相比， 獲得的晶粒是納米級(jí)的晶粒，而原有專利方法獲得的是微米晶的晶粒。因此，本申請(qǐng)制備的 磁體矯頑力更高，且力學(xué)性能和抗腐蝕性能更好。
[0006] 放電等離子燒結(jié)（SPS)是利用直流脈沖電流直接通電燒結(jié)的加壓燒結(jié)方法，通過 調(diào)節(jié)脈沖直流電的大小控制升溫速率和燒結(jié)溫度。整個(gè)燒結(jié)過程可在真空環(huán)境中進(jìn)行，也 可在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。燒結(jié)過程中，脈沖電流直接通過燒結(jié)粉體和模具，因此升溫和傳熱速 度快，與此同時(shí)，SPS還可在模具的上下壓頭施加一個(gè)可以調(diào)節(jié)的壓力。所以利用SPS的快 速熱壓/熱變形技術(shù)，能夠在高壓、低溫、快速的條件下，制備出高矯頑力的各向異性納米 晶的NdFeB磁體。熱壓/熱變形法自1985年Lee等首次報(bào)道以后，熱變形NdFeB磁體的制 備就受到大家的廣泛關(guān)注，其制備過程主要分為兩個(gè)步驟：第一步通過燒結(jié)過程制備出納 米晶的熱壓磁體；第二步將熱壓磁體放入變形模具中，通過變形過程中晶粒之間的轉(zhuǎn)動(dòng)及 晶粒定向長大制備出納米晶的各向異性磁體。目前，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以通過熱壓/熱變形方 法制備出最大磁能積超過50MG0e的NdFeB磁體，但還沒有采用將TbH 3與NdFeB粉末混合 后采用SPS熱壓/熱變形制備NdFeB磁體。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種具有更高的矯頑力，并且能夠節(jié)約昂貴的重稀土 Tb而 降低成本的適宜在混合動(dòng)力汽車等要求高溫領(lǐng)域使用的各向異性納米晶NdFeB磁體的制 備方法。
[0008] 本發(fā)明是一種使用放電等離子技術(shù)熱壓/熱變形法制備TbH3納米粉末摻雜的高 矯頑力的各向異性納米晶NdFeB磁體的方法，該方法主要包括下列步驟 ：
[0009] (1)利用氫電弧納米粉制備系統(tǒng)制備并收集TbH3納米粉，其粒徑為10?50nm ;
[0010] (2)將不同重量百分比的TbH3納米粉與商業(yè)NdFeB磁粉（MQ粉）利用混料機(jī)進(jìn)行 混合，一般TbH 3納米粉的摻雜比例為0. 5-2wt. % ;
[0011] ⑶熱壓階段：將步驟⑵混合好的磁粉裝入硬質(zhì)合金模具內(nèi)，使用放電等離子燒 結(jié)技術(shù)，在真空、壓力300MPa、630°C?670°C條件下熱壓獲得各向同性的納米晶NdFeB磁 體；
[0012] (4)熱變形階段：將步驟（3)各向同性磁體放入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié) 技術(shù)，在真空、壓力30MPa、730°C?770°C的條件下熱變形，獲得不同尺寸的塊狀各向異性 納米晶NdFeB磁體；
[0013] (5)將步驟⑷熱壓/熱變形后的各向異性的納米晶NdFeB磁體在1 X l(T3Pa的 真空環(huán)境下，750°C下退火5h。
[0014] 本發(fā)明的有益效果
[0015] (1)熱壓/熱變形工藝可以制作大塊磁體，解決了重稀土 Tb粉末涂覆晶界擴(kuò)散對(duì) 磁體尺寸限制的問題，以及對(duì)重稀土浪費(fèi)的問題；
[0016] (2)本發(fā)明采用TbH3代替Tb的納米顆粒獲得了具有高矯頑力和良好磁性能的磁 體，與純Tb納米粉相比，氫化物納米粉不易氧化，降低了控制含氧量的難度；
[0017] (3)與具有同等矯頑力的其他摻雜重稀土 Tb粉末的方法制備的磁體相比，本方法 重稀土用量少，可降低生產(chǎn)成本；
[0018] (4)在保證矯頑力明顯提高的同時(shí)，且剩磁幾乎不降低；
[0019] (5)獲得的熱變形納米晶NdFeB磁體，具有良好的磁性能、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性能 及力學(xué)性能。
[0020] (6)由于熱壓/熱變形法的熱壓/熱變形溫度明顯低于傳統(tǒng)粉末冶金法的，因而 Tb元素能夠更加集中于晶界處而不擴(kuò)散進(jìn)入NdFeB主相晶粒中，因而能夠獲得更高的矯頑 力，并且能夠節(jié)約昂貴的重稀土 Tb而降低成本。同時(shí)，熱壓/熱變形法制備的磁體其晶粒 更加細(xì)小均勻，因而具有更高的矯頑力，且力學(xué)性能更好，使磁體更適宜在混合動(dòng)力汽車等 要求高溫領(lǐng)域的使用。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下 述實(shí)施方式。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] (1)采用氫電弧納米粉制備系統(tǒng)制備并收集TbH3納米粉，其粒徑為10?50nm ;
[0024] (2)在氬氣保護(hù)下，將0· 5wt. % TbH3的納米粉添加到NdFeB磁粉（MQ粉）中，利 用混料機(jī)混合均勻；
[0025] (3)熱壓階段：將混合好的磁粉裝入硬質(zhì)合金模具內(nèi)，使用放電等離子技術(shù)在真 空、300MPa、670°C條件下熱壓，獲得各向同性納米晶磁體；
[0026] (4)熱變形階段：將各向同性的磁體放入預(yù)設(shè)好尺寸的石墨模具內(nèi)，使用放電等 離子燒結(jié)技術(shù)在真空、30MPa、770°C條件下熱變形，獲得塊狀的各向異性納米晶磁體；
[0027] (5)將熱壓/熱變形的各向異性磁體在IX 10_3Pa的真空下，在650°C下退火5h。
[0028] 對(duì)比例1
[0029] (1)將未添加 TbH3納米粉的NdFeB磁粉（MQ粉）裝入硬質(zhì)合金模具內(nèi)，使用放電 等離子燒結(jié)真空、300MPa、670°C熱壓，獲得各向同性磁體；
[0030] (2)熱壓階段：將各向同性磁體放入預(yù)設(shè)好尺寸的石墨模具內(nèi)，使用放電等離子 燒結(jié)技術(shù)在真空、30MPa、750°C條件下熱變形獲得各向異性磁體；
[0031] (3)熱變形階段：將熱壓熱變形的各向異性磁體在1 X l(T3Pa的真空環(huán)境下650°C 退火5h。
[0032]
【權(quán)利要求】
1. 一種熱壓/熱變形法制備高矯頑力的各向異性納米晶NdFeB磁體的方法，其特征在 于，包括下列步驟： (1) 利用氫電弧納米粉制備系統(tǒng)制備并收集TbH3納米粉，其粒徑為10?50nm ; (2) 將不同重量百分比的TbH3納米粉與NdFeB磁粉利用混料機(jī)進(jìn)行混合，一般TbH3納 米粉的摻雜比例為0. 5-2wt. % ; (3) 熱壓階段：將步驟（2)混合好的磁粉裝入硬質(zhì)合金模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)技 術(shù)，在真空、壓力300MPa、630°C?670°C條件下熱壓獲得各向同性的納米晶NdFeB磁體； (4) 熱變形階段：將步驟（3)各向同性磁體放入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)技 術(shù)，在真空、壓力30MPa、730°C?770°C的條件下熱變形，獲得塊狀各向異性納米晶NdFeB磁 體； (5) 將步驟（4)熱壓/熱變形后的各向異性的納米晶NdFeB磁體在IX l(T3Pa的真空 環(huán)境下，65CTC下退火5h。
2. 按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，TbH3納米粉的摻雜比例為1. Owt. %。
【文檔編號(hào)】H01F1/057GK104103414SQ201410324242
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】岳明, 張東濤, 王春國, 路清梅, 劉衛(wèi)強(qiáng), 吳瓊, 張紅國 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)