本發(fā)明屬于稀土永磁材料領(lǐng)域，具體涉及一種提高釹鐵硼磁體矯頑力和熱穩(wěn)定性的晶界擴(kuò)散方法。

技術(shù)背景

燒結(jié)釹鐵硼磁體因?yàn)榫哂袃?yōu)異的磁性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、信息通訊、交通醫(yī)療、能源等領(lǐng)域，隨著混合動(dòng)力汽車和風(fēng)力發(fā)電等行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)釹鐵硼磁體的高溫磁性能提出了更高的要求，特別是在高溫下的矯頑力。提高釹鐵硼磁體矯頑力的傳統(tǒng)方法是在熔煉過程中直接添加重稀土元素dy，但是直接添加重稀土元素使整個(gè)2:14:1主相顆粒都存在dy元素，對(duì)dy元素的需求量比較大，而dy在自然界的存儲(chǔ)非常少，價(jià)格比較昂貴，增加了磁體成本。另一方面，因?yàn)橹叵⊥羋y與fe屬于反鐵磁性耦合，這些元素的添加會(huì)大大降低磁體的剩磁。

燒結(jié)釹鐵硼的矯頑力機(jī)制為形核機(jī)制，即反磁化疇會(huì)優(yōu)先在晶界缺陷處形核長(zhǎng)大。這表明燒結(jié)釹鐵硼磁體的矯頑力主要由主相晶粒邊界層及其與晶界相界面處的反磁化疇形核場(chǎng)所決定。近年來的研究表明，在燒結(jié)釹鐵硼磁體的表面附有一層含dy等重稀土元素的合金或化合物，并經(jīng)過合適的熱處理后，磁體表面的重稀土元素dy會(huì)通過晶界相進(jìn)入磁體的內(nèi)部，從晶界向nd2fe14b主相內(nèi)部擴(kuò)散，并分布在主相晶粒邊緣，重構(gòu)晶界區(qū)域的成分和結(jié)構(gòu)，形成清晰、連續(xù)的晶界相，可以增加主相晶粒間的去磁耦合作用；進(jìn)入主相晶粒邊緣的重稀土元素dy，形成含dy的硬殼層，提高晶界相反磁化疇的形核場(chǎng)；這樣處理會(huì)使磁體矯頑力明顯提高而剩磁不降低或降低很少，這種技術(shù)稱為晶界擴(kuò)散技術(shù)。

晶界擴(kuò)散的擴(kuò)散源材料有dy/tb純金屬、dy/tb的氧化物或氟化物、含重稀土的二元合金或三元合金。但是這些擴(kuò)散源材料會(huì)使dy元素進(jìn)入主相晶粒內(nèi)部從而很大程度的降低剩磁和磁能積。另外，目前晶界擴(kuò)散常用的是涂覆、濺射、沉積和粘覆的方式使重稀土化合物或重稀土金屬附著并沿晶界擴(kuò)散到磁體內(nèi)部。使用磁控濺射的方法處理后重稀土元素可以有效分布于晶界周圍，明顯提高磁體的矯頑力，但是該方法存在生產(chǎn)效率低、成本高、批量生產(chǎn)難度大以及設(shè)備投入大等弊端。國內(nèi)外有多個(gè)文獻(xiàn)報(bào)道利用dy的氟化物和氧化物涂覆在磁體表面進(jìn)行晶界擴(kuò)散的研究，使矯頑力得到大幅度提高，但是該種方法處理的磁體需要在高溫(850～1000℃)進(jìn)行擴(kuò)散，容易導(dǎo)致nd2fe14b晶粒長(zhǎng)大。同時(shí)，表面涂覆和粘覆的工藝存在附著物不夠致密牢固，在后續(xù)的操作中容易脫落等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種提高釹鐵硼磁體矯頑力和熱穩(wěn)定性的晶界擴(kuò)散方法。

本發(fā)明主要利用熔點(diǎn)在700℃左右的四元合金dy-ni-al-cu，在擴(kuò)散過程中融化成液相包覆在釹鐵硼磁體的表面，dy在液相中的擴(kuò)散速率快，因此可以增加擴(kuò)散深度，由于ni、al和cu元素的添加，使dy元素并沒有大量進(jìn)入主相晶粒內(nèi)部。本發(fā)明直接將速凝薄片粗破碎后作為釹鐵硼磁體的擴(kuò)散源，省去表面附著和磁控濺射的繁瑣工藝，工藝簡(jiǎn)單便于批量化。因?yàn)閿U(kuò)散源熔點(diǎn)低，擴(kuò)散溫度相對(duì)低，能耗低，節(jié)省能源；同時(shí)，擴(kuò)散溫度低可以阻止nd2fe14b晶粒的長(zhǎng)大。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種提高釹鐵硼磁體矯頑力和熱穩(wěn)定性的晶界擴(kuò)散方法，該方法將dy-ni-al-cu合金速凝薄帶微破碎后作為釹鐵硼磁體的擴(kuò)散源，再將擴(kuò)散源鋪在釹鐵硼磁體的周圍，在高純氬氣的保護(hù)下進(jìn)行擴(kuò)散熱處理和回火處理。

優(yōu)選的，該方法包括以下步驟：

(1)制備含重稀土的低熔點(diǎn)合金作為擴(kuò)散源；

(2)將步驟(1)所得擴(kuò)散源甩帶、粗破碎；

(3)將釹鐵硼磁體浸沒在步驟(2)所得的擴(kuò)散源中，放入石英管內(nèi)，經(jīng)多次氬洗，充入高純氬氣進(jìn)行封管處理后，加熱到dy-ni-al-cu合金熔點(diǎn)以上，進(jìn)行擴(kuò)散熱處理；

(4)將步驟(3)經(jīng)擴(kuò)散熱處理后的樣品進(jìn)行回火處理。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(1)所述的擴(kuò)散源為dy-ni-al-cu合金。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的dy-ni-al-cu合金中dy原子百分含量為55～75％，更優(yōu)選為60％。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(2)所述的擴(kuò)散源為快淬帶材，經(jīng)粗破碎后粒徑為200～800微米，更優(yōu)選為～500微米。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(3)所述擴(kuò)散熱處理的溫度為700～850℃，時(shí)間為1～5h。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(3)所述的釹鐵硼磁體是燒結(jié)態(tài)或燒結(jié)后經(jīng)回火處理的釹鐵硼磁體。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(3)所述的擴(kuò)散熱處理是將釹鐵硼磁體和擴(kuò)散源放入石英管中封管后，放入熱處理爐中進(jìn)行擴(kuò)散處理。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(3)所述氬洗的次數(shù)為兩次。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(4)所述回火處理的溫度為450～600℃，時(shí)間為1～3h。

進(jìn)一步優(yōu)選的，該方法具體工藝步驟如下：

(1)根據(jù)需要設(shè)計(jì)dy-ni-al-cu合金成分，制備dy-ni-al-cu合金；dy原子百分比含量60％；

(2)將釹鐵硼磁體經(jīng)過線切割切成φ3×6mm圓柱體，用砂紙打磨并用酒精超聲波清洗；

(3)將步驟(1)中的合金鑄錠去除表面氧化皮，利用熔體快淬設(shè)備制備速凝薄帶，將速凝薄帶粗破碎后和步驟(2)的磁體一起放入石英管中進(jìn)行氬洗、封管；

(4)將步驟(3)中的樣品放入熱處理爐中進(jìn)行擴(kuò)散熱處理，擴(kuò)散溫度700～850℃，時(shí)間1～5h；

(5)將步驟(4)中擴(kuò)散熱處理后的樣品進(jìn)行回火熱處理，回火溫度450～600℃，時(shí)間1～3h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明將擴(kuò)散源合金制備成速凝薄帶粗破碎后直接覆蓋在磁體的周圍，省去了研磨成細(xì)粉、制成漿料和懸浮液涂覆的過程。

2.本發(fā)明使用的擴(kuò)散源合金為低熔點(diǎn)合金，擴(kuò)散溫度低，擴(kuò)散能耗小。在擴(kuò)散過程中擴(kuò)散源合金為液相，增加dy元素的擴(kuò)散速率，從而在擴(kuò)散過程中達(dá)到更大的擴(kuò)散深度。

3.擴(kuò)散源合金中的元素都對(duì)磁體矯頑力和熱穩(wěn)定性提高起到有利的作用。其中，cu和al元素可以提高晶界相的潤(rùn)濕性，從而提高矯頑力；ni元素可以提高磁體的居里溫度；dy元素在主相邊緣形成富dy的(nd,dy)2fe14b相，提高反磁化疇的形核場(chǎng)，從而提高矯頑力。

4.dy-ni-al-cu四元合金作為擴(kuò)散源，由于ni、al和cu的添加，保證剩磁只有少量降低，而矯頑力能夠得到大幅提高。

附圖說明

圖1為牌號(hào)48h的燒結(jié)釹鐵硼磁體晶界擴(kuò)散dy60ni10cu20al10(at.％)合金前后矯頑力隨溫度的變化曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)例與附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

本發(fā)明所用的燒結(jié)釹鐵硼磁體來源于工業(yè)生產(chǎn)一線，磁體均為同一批次，同一牌號(hào)48h。

dy60ni10cu20al10擴(kuò)散源合金材料的制備：

根據(jù)成分配比，dy60ni10cu20al10(at.％)稱取純度大于99.9％的dy、ni、cu和al純金屬，將原材料分別放入電弧爐中熔煉，抽真空至5×10^-3pa,為保證其成分的均勻性，每個(gè)鑄錠熔煉4次，將熔煉后的鑄錠去掉表面氧化皮，然后剪成4g的塊體放入熔體快淬設(shè)備中，抽真空至8×10^-4pa,制備速凝薄帶，最后將速凝薄帶粗破碎至粒徑為500μm，得dy60ni10cu20al10擴(kuò)散源合金材料。

實(shí)施例1：

(1)將尺寸為φ3×6mm的燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體用砂紙打磨掉表面氧化皮，并用酒精超聲波清洗；

(2)將步驟(1)的樣品與dy60ni10cu20al10擴(kuò)散源合金材料放入石英管中，保證磁體被擴(kuò)散源材料包裹，進(jìn)行兩次氬洗后封管處理；

(3)將步驟(2)中的樣品在700℃擴(kuò)散熱處理5h，隨后450℃回火1h。

實(shí)施例2：

(1)同實(shí)施例1步驟(1)；

(2)同實(shí)施例1步驟(2)；

(3)將步驟(2)中的樣品在710℃擴(kuò)散熱處理3h，隨后500℃回火1h。

實(shí)施例3：

(1)同實(shí)施例1步驟(1)；

(2)同實(shí)施例1步驟(2)；

(3)將步驟(2)中的樣品在730℃擴(kuò)散熱處理4h，隨后500℃回火1h。

實(shí)施例4：

(1)同實(shí)施例1步驟(1)；

(2)同實(shí)施例1步驟(2)；

(3)將步驟(2)中的樣品在750℃擴(kuò)散熱處理2h，隨后500℃回火2h。

實(shí)施例5：

(1)同實(shí)施例1步驟(1)；

(2)同實(shí)施例1步驟(2)；

(3)將步驟(2)中的樣品在850℃擴(kuò)散處理1h，隨后600℃回火3h。

對(duì)比例

該對(duì)比例為未經(jīng)擴(kuò)散處理的燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體。

表1是各個(gè)實(shí)施例與對(duì)比例所得的釹鐵硼磁體的磁性能對(duì)照表。

表1

從表1測(cè)試結(jié)果可以看出：與原始燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體相比，經(jīng)本發(fā)明的晶界擴(kuò)散工藝制備的燒結(jié)釹鐵硼磁體在剩磁(jr)只有少量降低的情況下，矯頑力(hcj)有大幅度提升。而傳統(tǒng)的直接添加重稀土元素的方式都是以犧牲剩磁為代價(jià)的，本發(fā)明在一定程度上解決了磁體高矯頑力與高剩磁和高磁能積不可兼得的情況。

同時(shí)，從圖1可以直觀的看出，擴(kuò)散后磁體和原始磁體的矯頑力都隨溫度的升高而降低，但是擴(kuò)散后磁體的矯頑力總是高于原始磁體，并且擴(kuò)散磁體的矯頑力穩(wěn)定系數(shù)為-0.585％k^-1，其絕對(duì)值小于燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體的矯頑力溫度系數(shù)絕對(duì)值。通過對(duì)比實(shí)施例3和對(duì)比例可知，本發(fā)明晶界擴(kuò)散dy-ni-al-cu合金可以提高釹鐵硼磁體的熱穩(wěn)定性。