本發(fā)明涉及一種稀土永磁材料制備技術(shù)，具體說，涉及一種低重稀土高矯頑力釹鐵硼磁體的制備方法。
背景技術(shù)：
釹鐵硼永磁材料是我國(guó)稀土行業(yè)最為關(guān)注的稀土應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步對(duì)高性能釹鐵硼永磁材料的需求日益廣泛。眾所周知，為了提高釹鐵硼的矯頑力和高溫使用性，通常采用的方法是加入少量重稀土元素(如Dy、Tb等)或優(yōu)化工藝細(xì)化磁體晶粒。
目前使用的降低重稀土使用量的方法主要包括雙合金工藝和晶間擴(kuò)散重稀土元素工藝。雙合金工藝是分別熔煉主合金和包含重稀土元素的輔合金，破碎制粉，將主合金磁粉和輔合金粉按配比混合，取向壓制，燒結(jié)，該工藝中重稀土元素使用量仍較高。晶間擴(kuò)散重稀土元素工藝是通過涂抹、噴灑、浸漬和鍍膜等方式在釹鐵硼表面形成重稀土元素覆蓋層，經(jīng)高溫晶間擴(kuò)散將重稀土元素?cái)U(kuò)散至磁體內(nèi)部以達(dá)到提高磁體矯頑力，減少使用重稀土的目的；但是該工藝僅限于制作較薄的磁件(厚度一般不超過5mm)，在制備大塊磁體時(shí)矯頑力提升不明顯。
目前通常采用的細(xì)化磁體晶粒的方法主要是在磁體成分中加入微量的W、Mo、V、Ti、Ta、Zr、Nb、Co、Cr、Ga等元素抑制磁體晶粒的長(zhǎng)大，但此類元素在磁體中會(huì)發(fā)生偏析等不均勻分布，對(duì)晶粒長(zhǎng)大的抑制效果有限，加入量過高則會(huì)對(duì)磁體性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種低重稀土高矯頑力釹鐵硼磁體的制備方法，可使釹鐵硼磁體矯頑力顯著提高，磁體晶粒細(xì)小，并大幅降低重稀土元素使用量。
技術(shù)方案如下：
一種低重稀土高矯頑力釹鐵硼磁體的制備方法，制取釹鐵硼磁粉，采用物理氣相沉積方法將重稀土粒子或者高熔質(zhì)粒子沉積在釹鐵硼磁粉上；取向成型、燒結(jié)制備釹鐵硼磁體。
進(jìn)一步：還包括配料、熔煉、速凝鑄片、破碎制粉；在惰性氣氛中進(jìn)行物理氣相沉積，溫度為300～500℃，沉積速率為0.01～50μm/min。
進(jìn)一步：惰性氣氛采用氬氣、氬氣或氦氣或真空方式。
進(jìn)一步：物理氣相沉積包括磁控濺射沉積、離子鍍沉積或者蒸發(fā)源沉積。
進(jìn)一步，物理氣相沉積微量重稀土粒子時(shí)，包括：
配料、熔煉、速凝鑄片、破碎制粉，制備1～20μm的釹鐵硼磁粉；
選擇所需重稀土靶材，將釹鐵硼合金磁粉和重稀土靶材分別置于物理氣相沉積裝置內(nèi)；
對(duì)釹鐵硼磁粉物理氣相沉積重稀土元素粒子；抽真空至真空度高于2.0×10-2Pa，充入惰性氣體至0.2～1.0Pa；調(diào)節(jié)參數(shù)，使釹鐵硼磁粉均勻分散，同時(shí)對(duì)磁粉加熱，加熱溫度300～500℃；將靶材粒子沉積在分散的釹鐵硼磁粉上，粒子沉積速率為0.01～50μm/min；
停止物理氣相沉積，待釹鐵硼磁粉溫度降至室溫后，取出磁粉；將所得的磁粉取向壓制成型、真空燒結(jié)、回火處理，獲得最終釹鐵硼磁體。
進(jìn)一步：重稀土靶材為Dy或者Tb中至少一種元素的純金屬、合金或氧化物。
進(jìn)一步，采用物理氣相沉積方法將高熔質(zhì)粒子沉積在釹鐵硼磁粉上時(shí)，包括：
配料、熔煉、速凝鑄片、破碎制粉，制備1～20μm的釹鐵硼磁粉；
選擇所需高熔質(zhì)靶材，將釹鐵硼合金磁粉和高熔質(zhì)靶材分別置于物理氣相沉積裝置內(nèi)；
在惰性氣氛中用高熔質(zhì)元素粒子對(duì)釹鐵硼磁粉沉積；沉積過程中，抽真空至真空度高于2.0×10-2Pa，充入惰性氣體至0.2～1.0Pa；使釹鐵硼磁粉均勻分散，同時(shí)對(duì)磁粉加熱，加熱溫度300～500℃；將靶材粒子沉積在分散的釹鐵硼磁粉上，粒子沉積速率為0.01～50μm/min；
停止物理氣相沉積，待釹鐵硼磁粉溫度降至室溫后，取出磁粉；將所得的磁粉取向壓制成型、真空燒結(jié)、回火處理，獲得最終釹鐵硼磁體。
進(jìn)一步：高熔質(zhì)靶材為W、Mo、V、Ti、Ta、Zr、Nb、Co、Cr或者Ga中至少一種元素的純金屬、合金或氧化物。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)效果包括：
1、采用本發(fā)明物理氣相沉積法包覆釹鐵硼磁粉，制備釹鐵硼磁體，可使釹鐵硼磁體矯頑力顯著提高，磁體晶粒細(xì)小，并大幅降低重稀土元素使用量，降低釹鐵硼磁體制造成本。
2、經(jīng)濟(jì)效益顯著。釹鐵硼磁體生產(chǎn)企業(yè)都在力爭(zhēng)用降低Dy/Tb等重稀土元素的使用量，在降低Dy/Tb用量的同時(shí)提高性能，使釹鐵硼磁體的生產(chǎn)成本降下來。目前，在高性能釹鐵硼磁體中，平均重量高于2％，特別是矯頑力大于30Koe的產(chǎn)品，Dy/Tb高達(dá)4％以上，按目前Dy/Tb價(jià)計(jì)算價(jià)格高達(dá)80元/Kg，影響成本達(dá)40-80元/Kg，每公斤釹鐵硼Dy/Tb等重稀土元素的使用量一般在20g以上，成本影響大約在每公斤40元，按3萬噸釹鐵硼毛坯計(jì)算，成本影響達(dá)12-24億元。
具體實(shí)施方式
參考示例實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得本發(fā)明更全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
低重稀土高矯頑力釹鐵硼磁體的制備方法，具體步驟如下：
步驟1：制取釹鐵硼磁粉，采用物理氣相沉積方法將微量重稀土粒子或者高熔質(zhì)粒子沉積在釹鐵硼磁粉上；
配料，熔煉，速凝鑄片，破碎制粉，物理氣相沉積重稀土粒子包覆釹鐵硼磁粉，取向成型；在惰性氣氛中進(jìn)行物理氣相沉積，溫度為300～500℃，沉積速率為0.01～50μm/min。
步驟2：燒結(jié)制備釹鐵硼磁體。
可使重稀土粒子、高熔質(zhì)粒子在磁體中均勻分散在晶界處，提高磁體矯頑力，細(xì)化磁體晶粒，減少重稀土使用量，剩磁和磁能積優(yōu)異。
方案1：
步驟11：配料、熔煉、速凝鑄片、破碎制粉，制備1～20μm的釹鐵硼磁粉；
步驟12：選擇所需重稀土靶材，將釹鐵硼合金磁粉和重稀土靶材分別置于物理氣相沉積裝置內(nèi)；
重稀土靶材為Dy、Tb或Dy-Tb的至少一種純金屬、合金或氧化物。
步驟23：在惰性氣氛(氬氣、氬氣或氦氣或真空)中對(duì)釹鐵硼磁粉物理氣相沉積重稀土元素(Dy或者Tb)粒子；
抽真空至真空度高于2.0×10-2Pa，充入惰性氣體(氬氣、氬氣或氦氣)至0.2～1.0Pa；調(diào)節(jié)參數(shù)，使釹鐵硼磁粉均勻分散，同時(shí)對(duì)磁粉加熱，加熱溫度300～500℃；將靶材粒子沉積在分散的釹鐵硼磁粉上，粒子沉積速率為0.01～50μm/min。
物理氣相沉積包括磁控濺射沉積、離子鍍沉積和蒸發(fā)源沉積。
步驟14：停止物理氣相沉積，待釹鐵硼磁粉溫度降至室溫后，取出磁粉。
步驟15：將所得的磁粉取向壓制成型、真空燒結(jié)、回火處理，獲得最終釹鐵硼磁體。
方案2：
步驟21：配料、熔煉、速凝鑄片、破碎制粉，制備1～20μm的釹鐵硼磁粉；
步驟22：選擇所需高熔質(zhì)靶材，將釹鐵硼合金磁粉和高熔質(zhì)靶材分別置于物理氣相沉積裝置內(nèi)；
高熔質(zhì)靶材為W、Mo、V、Ti、Ta、Zr、Nb、Co、Cr、Ga等元素的至少一種純金屬、合金或氧化物。
步驟23：在惰性氣氛中用高熔質(zhì)元素(W、Mo、V、Ti、Ta、Zr、Nb、Co、Cr或者Ga)粒子對(duì)釹鐵硼磁粉沉積；
抽真空至真空度高于2.0×10-2Pa，充入惰性氣體(氬氣、氬氣或氦氣或真空)至0.2～1.0Pa；使釹鐵硼磁粉均勻分散，同時(shí)對(duì)磁粉加熱，加熱溫度300～500℃；將靶材粒子沉積在分散的釹鐵硼磁粉上，粒子沉積速率為0.01～50μm/min。
物理氣相沉積包括磁控濺射沉積，離子鍍沉積和蒸發(fā)源沉積。
步驟24：停止物理氣相沉積，待釹鐵硼磁粉溫度降至室溫后，取出磁粉；
步驟25：將所得的磁粉取向壓制成型、真空燒結(jié)、回火處理，獲得最終釹鐵硼磁體。
實(shí)施例1：
一種低重稀土高矯頑力釹鐵硼磁體的制備方法，具體包括如下步驟：
(1)配料、熔煉、速凝鑄片、盤磨破碎、球磨制粉，獲得平均粒度為3.5μm的釹鐵硼合金磁粉；
(2)將步驟(1)所得磁粉進(jìn)行物理氣相沉積；
選擇Dy金屬靶材，抽真空至2.0×10-2Pa，充入氬氣至0.2Pa，將磁粉加熱到380℃，采用磁控濺射，調(diào)整濺射功率，使Dy粒子沉積速率為0.01μm/min，待釹鐵硼磁粉溫度降至室溫后，取出磁粉；
(3)將步驟(2)所得的磁粉取向成型、燒結(jié)、熱處理，獲得最終磁體。
采用磁性能測(cè)量?jī)x測(cè)試本實(shí)施例制備的磁體磁能積和矯頑力，與傳統(tǒng)方法制備的磁體進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。
表1
實(shí)施例2：
一種低重稀土高矯頑力釹鐵硼磁體的制備方法，具體包括如下步驟：
(1)配料、熔煉、速凝鑄片、氫破碎、氣流磨制粉，獲得平均粒度為4.1μm的釹鐵硼合金磁粉；
(2)將步驟(1)所得磁粉進(jìn)行物理氣相沉積；
選擇Tb金屬靶材，抽真空至5.0×10-3Pa，充入氦氣至0.5Pa，將磁粉加熱到420℃，采用離子鍍(靶材上分離出的原子多數(shù)呈現(xiàn)離子狀態(tài)，能量更高，釹鐵硼磁粉表面結(jié)合更好)，調(diào)整氬氣發(fā)射源電流，使Tb粒子沉積速率為50μm/min，待釹鐵硼磁粉溫度降至室溫后，取出磁粉；
(3)將步驟(2)所得的磁粉取向成型、燒結(jié)、熱處理，獲得最終釹鐵硼磁體。
采用磁性能測(cè)量?jī)x測(cè)試本實(shí)施例制備的磁體磁能積和矯頑力，與傳統(tǒng)方法制備的磁體進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。
表2
實(shí)施例3：
一種低重稀土高矯頑力釹鐵硼磁體的制備方法，具體包括如下步驟：
(1)配料、熔煉、速凝鑄片、氫破碎、氣流磨制粉，獲得平均粒度為3.7μm的釹鐵硼合金磁粉；
(2)將步驟(1)所得磁粉進(jìn)行物理氣相沉積；
選擇CoZr金屬靶材，抽真空至9.0×10-4Pa，將磁粉加熱到300℃，采用蒸發(fā)沉積，調(diào)整蒸發(fā)舟加熱源功率，使CoZr原子氣化蒸發(fā)，沉積速率為3μm/min，待釹鐵磁粉溫度降至室溫后，取出磁粉；
(3)將步驟(2)所得的磁粉取向成型、燒結(jié)、熱處理，獲得最終釹鐵硼磁體。
采用磁性能測(cè)量?jī)x測(cè)試本實(shí)施例制備的磁體磁能積和矯頑力，與傳統(tǒng)方法制備的磁體進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表3所示。
表3
實(shí)施例4：
一種低重稀土高矯頑力釹鐵硼磁體的制備方法，具體包括如下步驟：
(1)配料、熔煉、速凝鑄片、氫破碎、氣流磨制粉，獲得平均粒度為4.3μm的釹鐵硼合金磁粉；
(2)將步驟(1)所得磁粉進(jìn)行物理氣相沉積；
選擇Dy2O3靶材和Mo靶材，抽真空至3.0×10-2Pa，充入氬氣至0.3Pa，將磁粉加熱到500℃，采用磁控濺射，同時(shí)對(duì)兩種靶材進(jìn)行濺射，調(diào)整濺射功率，使粒子沉積速率為0.2μm/min，待釹鐵硼磁粉溫度降至室溫后，取出磁粉；
(3)將步驟(2)所得的磁粉取向成型、燒結(jié)、熱處理，獲得最終釹鐵硼磁體。
采用磁性能測(cè)量?jī)x測(cè)試本實(shí)施例制備的磁體磁能積和矯頑力，與傳統(tǒng)方法制備的磁體進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表4所示。
表4
本發(fā)明所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。