本發(fā)明屬于稀土永磁材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備R-T-B稀土永磁體的方法。
背景技術(shù)：
R-T-B稀土永磁材料具有高的剩磁、矯頑力及大的磁能積，在現(xiàn)代工業(yè)和電子技術(shù)中獲得了廣泛應(yīng)用，如電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)、核磁共振像儀、音響器件、材料分選裝置、通訊設(shè)備等諸多領(lǐng)域。隨著新應(yīng)用領(lǐng)域的開拓及應(yīng)用條件的苛刻多變，具有高矯頑力的產(chǎn)品需求越來越多。矯頑力是永磁材料的主要特性之一，提高矯頑力一直是稀土永磁材料研究和理論研究的重要課題。
主相Nd2Fe14B的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度很高，約為1.61T(16.1kGs)，理論磁能積可達(dá)512KJ/m3，Nd2Fe14B具有非常高的各向異性場(chǎng)HA，其矯頑力的理論極限高達(dá)70kOe。但是實(shí)際Nd-Fe-B磁體由主相Nd2Fe14B、富Nd相、富B相組成，磁體的矯頑力僅為理論值的十分之一到二分之一，且磁體剩磁、磁能積主要由磁性相Nd2Fe14B決定，矯頑力主要由富Nd相和微觀結(jié)構(gòu)決定。從燒結(jié)釹鐵硼材料的反磁化機(jī)理來看，矯頑力主要是反磁化疇在晶界處的形核機(jī)制，這樣就決定了磁性相邊界結(jié)構(gòu)和物理特性對(duì)磁體矯頑力有重要作用。提高矯頑力的方法也都集中在提高HA及改善邊界相結(jié)構(gòu)，一種是在合金中添加重稀土元素提高各向異性場(chǎng)HA，另外一種是粉體優(yōu)化，采用雙液相合金化方法以及添加重稀土單質(zhì)或化合物的微米、納米粉末，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料微觀組織結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)晶界的有效控制，來提高磁體的矯頑力。還有一種是對(duì)磁體進(jìn)行重稀土的晶界擴(kuò)散處理來提高矯頑力。
重稀土Dy，Tb的HA比Nd的高2倍和3倍，Dy、Tb添加都能使磁體矯頑力大幅度增加。傳統(tǒng)高矯頑力R-T-B稀土永磁材料主要在合金熔煉中添加Dy、Tb重稀土元素，雖然矯頑力得以顯著提高，但是重稀土進(jìn)入主相，降低了鐵原子磁矩，從而導(dǎo)致飽和磁化強(qiáng)度Bs和剩磁Br下降，且主相中的Dy、Tb利用率低，又因Dy、Tb十分昂貴，產(chǎn)品成本顯著上升，并且不利于資源儲(chǔ)量缺乏的Dy、Tb重稀土元素的綜合高效利用。
另一種方法是合金粉末優(yōu)化調(diào)配，也稱雙合金法或類雙合金法，即將富含Dy、Tb的合金粉末添加到R-T-B合金粉體中，然后進(jìn)行壓型及熱處理。這種方法制得的磁體，富含Dy、Tb的合金主要分布在晶界，矯頑力得到提高的同時(shí)不影響晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是富稀土Dy、Tb合金的用量也很大，Dy、Tb也是會(huì)一定程度地進(jìn)入主相，從經(jīng)濟(jì)角度考慮造成生產(chǎn)成本仍然較高。
晶界擴(kuò)散法是指將附著于磁體表面的Dy和Tb通過燒結(jié)體的晶界而被送入燒結(jié)體內(nèi)部，從晶界擴(kuò)散至主相R2Fe14B(R為稀土元素)的各粒子的內(nèi)部。使用該方法能夠大大降低重稀土元素的使用量，顯著提高磁體的磁性能。這一工藝已經(jīng)得到普遍認(rèn)可和大量實(shí)施。
目前晶界擴(kuò)散法有包覆法、氣相沉積法兩大類。包覆工藝主要采用Dy、Tb的氟化物、氧化物，氫化物，將其分散于溶液中，然后對(duì)磁體進(jìn)行包覆、擴(kuò)散熱處理。氣相沉積為將金屬或合金Dy、Tb，或Dy、Tb的氫化合金布置在真空設(shè)備中，采用輔助沉積手段或直接升華蒸發(fā)到磁體表面，采用輔助沉積手段的還需再進(jìn)行熱擴(kuò)散處理。
專利文獻(xiàn)JP A2006344782中使用重稀土元素R(Dy或者Tb)的蒸汽在真空高溫下蒸發(fā)，擴(kuò)散進(jìn)入燒結(jié)磁體的方法。使用該方法時(shí)，燒結(jié)磁體與重稀土元素R不能直接接觸，燒結(jié)磁體被放在支架或者其他支撐體上。當(dāng)重稀土元素的蒸汽和晶界相發(fā)生反應(yīng)時(shí)，晶界相處于熔融狀態(tài)，在該條件下，燒結(jié)磁體與支架或者支撐體接觸的地方由于磁體本身的重力作用而變形，冷卻后燒結(jié)磁體上接觸部位有凹坑，且與支架或者支撐體粘連在一起。因此使用該方法對(duì)受理磁體成分、熱處理溫度、熱處理爐氣氛等都有嚴(yán)格的要求。
專利文獻(xiàn)CN201310596041.7公開了一種制備方法，其采用了在鏑板、磁體之間布置高熔點(diǎn)的氧化鋯、二氧化硅或者氧化鋁粉末，來提高原材料的利用率，同時(shí)保證磁體上不產(chǎn)生接觸凹坑和痕跡，在提高燒結(jié)磁體磁性能的基礎(chǔ)上降低成本，改善磁體外觀。本發(fā)明中在鏑板或鏑合金上布滿了高熔點(diǎn)粉末，因?yàn)殓C金屬極易軟化，高熔點(diǎn)粉末容易嵌入鏑板中，并且太多的粉末填充，直接導(dǎo)致蒸發(fā)到磁體上鏑蒸汽濃度的減少，降低了鏑的利用率，延長(zhǎng)了工藝時(shí)間，增加了生產(chǎn)成本。
鏑蒸汽直接與產(chǎn)品接觸的情況下，磁體表面容易造成鏑的過度滲透而使得磁體剩磁Br下降明顯，很可能需要將磁體表面部分再磨掉一些才能使用，這并不利于鏑的高效利用，還造成一部分磁體浪費(fèi)并且還增加了生產(chǎn)成本。專利201310596042.1公布了一種R-T-B稀土永磁體的制造方法，該發(fā)明通過在磁體與重稀土RHX之間布置輕稀土元素的氧化物、氟化物的RLO顆粒層，一方面實(shí)現(xiàn)磁體與重稀土RHX的非直接接觸，另一方面阻緩重稀土RHX蒸汽的擴(kuò)散過程，防止重稀土RHX蒸汽過量。該方法解決了重稀土元素在磁體表面的過滲透，但是輕稀土元素的氧化物、氟化物的RLO顆粒層，對(duì)矯頑力的貢獻(xiàn)比重稀土的要差很多，這些粉末也降低了重稀土的擴(kuò)散效率和效果，也會(huì)增加生產(chǎn)成本。
鑒于重稀土金屬蒸發(fā)過程會(huì)對(duì)磁體表層產(chǎn)生過滲透而降低剩磁Br，也會(huì)導(dǎo)致磁體與磁體間的相互粘連或磁體與支撐物之間相互粘連，并且接觸部位也容易產(chǎn)生凹坑。為了避免這些缺點(diǎn)，在鏑板與磁體之間布置高熔點(diǎn)粉末(專利CN201310596041.7)，或在磁體上布置輕稀土元素的氧化物、氟化物的RLO顆粒層(專利201310596042.1)，這兩種方式都會(huì)降低重稀土對(duì)磁體作用的效果，或極大地延長(zhǎng)蒸發(fā)時(shí)間，成本上升非常多。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種制備R-T-B稀土永磁體的方法，來解決現(xiàn)有的兩種方式會(huì)降低重稀土對(duì)磁體作用的效果，或極大地延長(zhǎng)蒸發(fā)時(shí)間，成本高的問題。
一種制備R-T-B稀土永磁體的方法，包括以下步驟，a)將含稀土氟化物、稀土氧化物、稀土氫化物的一種或多種包覆到R-T-B稀土永磁體表面，上述三類稀土化合物中的稀土元素為重稀土元素；b)將包裹完畢的R-T-B稀土永磁體放入至已經(jīng)布置過金屬鏑或鏑合金的盒子內(nèi)；c)將所述的盒子放入真空燒結(jié)爐，在750℃-950℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行4-72h的熱處理；d)在450-600℃溫度范圍進(jìn)行2-8h的時(shí)效處理。金屬鏑或鏑合金的放置十分靈活，金屬鏑可以置于盒子的任意位置，鏑蒸汽均能到達(dá)磁體表面，但是為了獲得較大的鏑蒸發(fā)表面，及使鏑蒸汽盡量不受阻擋地到達(dá)R-T-B稀土永磁體表面，采用了圖1所示的優(yōu)化了的磁體、鏑合金放置方案。
作為優(yōu)選，所述的盒子包括盒體和盒蓋，盒體內(nèi)設(shè)置有鏑合金支撐，所述的鏑合金支撐上放置有金屬鏑或鏑合金，盒體內(nèi)還設(shè)置有磁體支撐，磁體支撐上放置有R-T-B稀土永磁體。
作為優(yōu)選，步驟a中，所述的稀土氟化物、稀土氧化物、稀土氫化物三類稀土化合物中，其至少一種稀土化合物的粉體粒度≤100um。
作為優(yōu)選，步驟b中，所述的金屬鏑或合金鏑，是粉體或塊體。
作為優(yōu)選，步驟c中，熱處理時(shí)，真空度控制在10-4-102pa范圍。
作為優(yōu)選，步驟c中，熱處理時(shí)，5-50kPa的氬氣保護(hù)氣氛。
作為優(yōu)選，步驟c中，熱處理，溫度為850℃，時(shí)長(zhǎng)24小時(shí)。
作為優(yōu)選，步驟d中，溫度為550℃，時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比：既能防止磁體與磁體間或磁體與支撐體之間發(fā)生粘連，又能解決鏑蒸汽對(duì)磁體表面的過滲透，還不會(huì)降低滲透效果，還能實(shí)現(xiàn)多種重稀土元素的共滲，從而產(chǎn)生重稀土的協(xié)同作用，提高磁體矯頑力。
附圖摘要
圖1為本發(fā)明的裝料示意圖。
附圖中各標(biāo)注所代表的內(nèi)容如下：1、鏑合金支撐，2、鏑合金，3、磁體支撐，4、R-T-B稀土永磁體，5、盒體，6、盒蓋。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
一種制備R-T-B稀土永磁體的方法，其特征在于，包括以下步驟，a)將含稀土氟化物、稀土氧化物、稀土氫化物的一種或多種包覆到R-T-B稀土永磁體4表面，上述三類稀土化合物中的稀土元素為重稀土元素；b)將包裹完畢的R-T-B稀土永磁體4放入至已經(jīng)布置過金屬鏑或鏑合金的盒子內(nèi)；c)將所述的盒子放入真空燒結(jié)爐，在750℃-950℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行4-72h的熱處理；d)在450-600℃溫度范圍進(jìn)行2-8h的時(shí)效處理，所述的盒子包括盒體5和盒蓋6，盒體5內(nèi)設(shè)置有鏑合金支撐1，所述的鏑合金支撐1上放置有金屬鏑或鏑合金2，盒體內(nèi)還設(shè)置有磁體支撐3，磁體支撐3上放置有R-T-B稀土永磁體4，步驟a中，所述的稀土氟化物、稀土氧化物、稀土氫化物三類稀土化合物中，其至少一種稀土化合物的粉體粒度≤100um，步驟b中，所述的金屬鏑或合金鏑2，是粉體或塊體，步驟c中，熱處理時(shí)，真空度控制在10-4-102pa范圍，步驟c中，熱處理時(shí)，5-50kPa的氬氣保護(hù)氣氛，步驟c中，熱處理，溫度為850℃，時(shí)長(zhǎng)24小時(shí)，步驟d中，溫度為550℃，時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)。
實(shí)施例1：
一種R-T-B稀土永磁體的制備方法，具體為：首先將含重稀土元素的氟化鏑包覆到R-T-B稀土永磁體表面，粒徑≤100um。然后將已包覆氟化鏑的R-T-B稀土永磁體放入已經(jīng)布置過金屬鏑的盒子內(nèi)，最后將所述盒子放入真空燒結(jié)爐，在850℃進(jìn)行12h的熱處理，熱處理真空度為10×10-3-10×10-2pa。熱處理后，在550℃進(jìn)行5h的時(shí)效處理。
R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能列于表1進(jìn)行對(duì)比。
表1 R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能比較
通過表1的磁性能比較，說明R-T-B稀土永磁體經(jīng)本發(fā)明處理后，矯頑力提高7kOe以上，剩磁Br、磁能積BHmax略有下降。
實(shí)施例2：
一種R-T-B稀土永磁體的制備方法，具體為：首先將含重稀土元素的氧化鋱包覆到R-T-B稀土永磁體表面，粒徑≤10um。然后將已包覆氧化鋱的R-T-B稀土永磁體放入已經(jīng)布置過鏑鐵合金的盒子內(nèi)。最后將所述盒子放入真空燒結(jié)爐，在950℃進(jìn)行72h的熱處理，熱處理真空度為50kPa。熱處理后，在500℃進(jìn)行8h的時(shí)效處理。
R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能列于表2進(jìn)行對(duì)比。
表2 R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能比較
通過表2的磁性能比較，說明R-T-B稀土永磁體經(jīng)本發(fā)明處理后，矯頑力提高8kOe以上，剩磁Br、磁能積BHmax略有下降。
實(shí)施例3：
一種R-T-B稀土永磁體的制備方法，具體為：首先將含重稀土元素的氫化鏑、氧化鋱包覆到R-T-B稀土永磁體表面，粒徑≤10um。然后將已包覆氟化鏑、氟化鋱的R-T-B稀土永磁體放入已經(jīng)布置過金屬氫化鏑粉的盒子內(nèi)，最后將所述盒子放入真空燒結(jié)爐，在750℃進(jìn)行48h的熱處理，熱處理真空度為10×10-2-10×10-1Pa。熱處理后，在500℃進(jìn)行5h的時(shí)效處理。
R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能列于表3進(jìn)行對(duì)比。
表3 R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能比較
通過表3的磁性能比較，說明R-T-B稀土永磁體經(jīng)本發(fā)明處理后，矯頑力提高約9kOe，剩磁Br、磁能積BHmax略有下降。
實(shí)施例4：
一種R-T-B稀土永磁體的制備方法，具體為：首先將含重稀土元素的氟化鋱包覆到R-T-B稀土永磁體表面，粒徑≤10um。然后將已包覆氟化鋱的R-T-B稀土永磁體放入已經(jīng)布置過金屬鏑的盒子內(nèi)，最后將所述盒子放入真空燒結(jié)爐，在800℃進(jìn)行24h的熱處理，熱處理真空度為5kPa。熱處理后，在450℃進(jìn)行3h的時(shí)效處理。
R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能列于表4進(jìn)行對(duì)比。
表4 R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能比較
通過表4的磁性能比較，說明R-T-B稀土永磁體經(jīng)本發(fā)明處理后，矯頑力提高10kOe以上，剩磁Br、磁能積BHmax略有下降。
實(shí)施例5：
一種R-T-B稀土永磁體的制備方法，具體為：首先將含重稀土元素的氫化鋱包覆到R-T-B稀土永磁體表面，粒徑≤10um。然后將已包覆氫化鋱的R-T-B稀土永磁體放入已經(jīng)布置過金屬鏑的盒子內(nèi)，最后將所述盒子放入真空燒結(jié)爐，在900℃進(jìn)行48h的熱處理，熱處理真空度為10×10-3-10×10-2pa。熱處理后，在500℃進(jìn)行5h的時(shí)效處理。
R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能列于表5進(jìn)行對(duì)比。
表5 R-T-B稀土永磁體磁處理前后的磁性能比較
通過表5的磁性能比較，說明R-T-B稀土永磁體經(jīng)本發(fā)明處理后，矯頑力提高約10kOe，剩磁Br、磁能積BHmax略有下降。
實(shí)施例6：
一種R-T-B稀土永磁體的制備方法，具體為：首先將含重稀土元素的氟化鏑、氟化鋱包覆到R-T-B稀土永磁體表面，其中氟化鏑、氟化鋱粒徑≤3um。然后將已包覆氟化鏑、氟化鋱的R-T-B稀土永磁體放入已經(jīng)布置過鏑鐵的盒子內(nèi)，最后將所述盒子放入真空燒結(jié)爐，在750℃進(jìn)行48h的熱處理，熱處理真空度為10×10-3-10×10-2pa。熱處理后，在500℃進(jìn)行3h的時(shí)效處理。
R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能列于表6進(jìn)行對(duì)比。
表6 R-T-B稀土永磁體處理前后的磁性能比較
通過表6的磁性能比較，說明R-T-B稀土永磁體經(jīng)本發(fā)明處理后，矯頑力提高超過9kOe，剩磁Br、磁能積BHmax略有下降。
包覆法的優(yōu)點(diǎn)為重稀土化合物的活性比金屬稀土低，雖然直接與磁體接觸，其對(duì)磁體表層的過滲透并不如金屬鏑強(qiáng)，并且可以進(jìn)行鏑、鋱化合物的一種或多種滲透，缺點(diǎn)是包覆一致性較難控制，并且因?yàn)樗驳臑橹叵⊥恋幕衔?，其活性低，磁體容易氧化，工藝控制難。蒸發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)是蒸發(fā)氣氛中充滿重稀土金屬蒸汽，其活性很高，可以消耗氣氛中的氧氣、水汽，因而處于其中的磁體不會(huì)氧化，缺點(diǎn)是金屬蒸汽活性高容易對(duì)磁體表面部分造成過滲透，這樣會(huì)降低表面Br，如果對(duì)磁體表面進(jìn)行磨加工處理，會(huì)增加工藝成本，造成磁體浪費(fèi)及降低鏑的利用率。蒸發(fā)方式還會(huì)導(dǎo)致磁體之間、磁體與支撐物之間發(fā)生粘連，降低產(chǎn)品合格率。鋱的蒸氣壓較低，蒸發(fā)鋱對(duì)磁體的性能提升很不明顯，鋱并不用作蒸發(fā)元素，因此蒸發(fā)元素的種類也受到限制。
本發(fā)明采用重稀土化合物包覆磁體后再進(jìn)行鏑蒸汽的熱滲透，既可以實(shí)現(xiàn)包覆層對(duì)磁體的滲透擴(kuò)散，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了鏑蒸汽對(duì)磁體的滲透擴(kuò)散。由于包覆層的存在鏑蒸汽不會(huì)在磁體表面過滲透，也能防止磁體與支撐物產(chǎn)生粘連。另外，包覆層可以含有鋱?jiān)?，進(jìn)而彌補(bǔ)了不能蒸發(fā)鋱而導(dǎo)致的磁體性能提升不夠高的問題。蒸發(fā)鏑提供的鏑蒸汽也很好地保護(hù)了包覆磁體，使得被包覆磁體很難氧化。因而本發(fā)明克服了包覆法、氣相沉積法的缺點(diǎn)，卻擁有包覆法與氣相沉積的各自優(yōu)點(diǎn)，其極大地提升了R-T-B稀土永磁體的性能，并提升了工藝穩(wěn)定性，降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的保護(hù)范圍包括但不限于以上實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，任何對(duì)本技術(shù)做出的本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到的替換、變形、改進(jìn)均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。