一種提高燒結(jié)釹鐵硼材料性能的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于燒結(jié)釹鐵硼（Nd-Fe-B)磁體制備領(lǐng)域，具體涉及一種提高燒結(jié)釹鐵硼 磁體矯頑力的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為第三代稀土永磁材料的釹鐵硼永磁材料，自1983年由日本住友金屬和美國(guó) GM公司首先商品化以來(lái)，由于具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電力電 子、通訊、信息、交通運(yùn)輸辦公自動(dòng)化、醫(yī)療器械和軍事等領(lǐng)域。
[0003] 燒結(jié)釹鐵硼磁體主要由主相Nd2Fe14B、富Nd相和富硼相組成，富Nd相圍繞在主相 Nd2Fe14B相周?chē)?，少量的富硼相分布于一些晶界交隅處。其中Nd2Fe 14B相是磁性相主要決定 剩磁和磁能積，富Nd相和磁體的微觀結(jié)構(gòu)主要決定磁體的矯頑力。燒結(jié)釹鐵硼的反磁化機(jī) 理是反向疇成核機(jī)制，因此磁體的磁性相邊界結(jié)構(gòu)和成分等特性對(duì)磁體的矯頑力有重要作 用。
[0004] Dy2Fe14BJb2Fe14B和Ho 2Fe14B的各向異性場(chǎng)均要高于Nd2Fe14B的各向異性場(chǎng)，因此 添加重稀土元素 Dy、Tb或Ho都能使磁體的矯頑力大幅度提高。但同時(shí)重稀土元素與鐵元 素屬于反鐵磁耦合，因此添加重稀土元素 Dy、Tb或Ho雖然提高了矯頑力卻降低了磁體的剩 磁。若是添加的Dy、Tb或Ho只存在于主相晶粒的邊界，這樣就能實(shí)現(xiàn)在提高磁體的矯頑力 的同時(shí)不降低磁體的剩磁。
[0005] 雙合金方法也是一種通過(guò)改善磁體的微觀組織和磁性相邊界結(jié)構(gòu)來(lái)提高磁體的 矯頑力的方法，該方法對(duì)主相合金和富稀土相合金分別進(jìn)行成分設(shè)計(jì)，主相合金成分計(jì)量 更接近Nd 2Fe14B相，輔相合金通常含有一些Dy、Tb、Ho等元素，主相和輔相合金分開(kāi)熔煉，然 后在制粉時(shí)混合，再進(jìn)行成型燒結(jié)，該方法能較好的使中重稀土元素分布在主相晶粒邊界， 但是不可避免的會(huì)有部分中重稀土元素在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中擴(kuò)散進(jìn)入主相，使主相晶粒外延 層變厚，從而降低剩磁。因此在保證提高磁體的矯頑力的同時(shí)不降低或很少降低剩磁，如何 使Dy、Tb和Ho等元素合理有效的分布在磁體主相邊界處以及如何降低Dy、Tb和Ho等元素 的加入量是稀土永磁行業(yè)的熱點(diǎn)問(wèn)題，也是急需解決的問(wèn)題。
[0006] 目前日本有研究采用真空濺射的方法在磁體表面形成一層Dy或Tb金屬膜，然后 在700-1000°C的溫度下進(jìn)行擴(kuò)散處理，用該種方法幾乎不會(huì)降低磁體的剩磁，卻能夠大幅 度增加內(nèi)稟矯頑力。在這種相對(duì)低溫下進(jìn)行熱處理，晶界的富Nd相因加熱而液化，所以晶 界中的Dy和Tb擴(kuò)散速度比從晶界擴(kuò)散到主相粒子內(nèi)部要快得多。利用這種擴(kuò)散速度的差 異，合理的調(diào)整熱處理溫度和時(shí)間基本上可以使Dy和Tb大部分都只存在于晶界處，從而保 證在提高矯頑力的同時(shí)剩磁幾乎不降低。這種方法被稱(chēng)為晶界擴(kuò)散法，目前公開(kāi)的有很多 關(guān)于這種方法的研究，原理基本都一樣，主要的不同是集中在怎樣使Dy或Tb等元素附著在 磁體表面。例如有將Dy或Tb的氟化物和氧化物粉末涂覆在磁體表面，然后進(jìn)行加熱處理。 也有的將燒結(jié)釹鐵硼磁體埋入Dy或Tb的氧化物與氫化鈣的混合粉末中然后進(jìn)行熱處理。 這些方法對(duì)于改善晶界微觀結(jié)構(gòu)，提高磁體的矯頑力都有一定的好處，但是過(guò)程都過(guò)于繁 瑣，不適宜于工業(yè)化大生產(chǎn)。
[0007] 研究表明在燒結(jié)釹鐵硼磁體中添加少量的Al可顯著的提高釹鐵硼材料的矯頑 力，但是會(huì)降低一部分剩磁。Al是沒(méi)有原子磁矩的，Al的添加使磁體矯頑力的提高，是因?yàn)?Al使合金晶粒細(xì)化，同時(shí)使富Nd相和富B相的塊度變小，Al進(jìn)入富Nd相改善了富Nd相與 Nd2Fe14B相的浸潤(rùn)角，使富Nd相更加均勻的沿晶界分布。
[0008] 在燒結(jié)釹鐵硼磁體中添加少量的Ga可以有效的提高燒結(jié)釹鐵硼磁體的內(nèi)稟矯頑 力，而對(duì)剩磁幾乎不造成影響。Ga與B均具有正的混合焓，與B互相排斥，因此很難進(jìn)入到 Nd2Fe14B相，而Ga與Nd有很大的負(fù)混合焓，從二元相圖上看，Ga與Nd相反應(yīng)形成低熔點(diǎn)化 合物。因此Ga在燒結(jié)釹鐵硼磁體中的分布主要集中在晶界和晶界交隅處，促進(jìn)液相燒結(jié)的 致密化和提高富Nd相對(duì)Nd 2Fe14B主相晶粒的潤(rùn)濕作用，與富Nd相反應(yīng)改善磁體的微觀結(jié) 構(gòu)，更好的起到對(duì)主相晶粒間的磁去耦作用，從而提高磁體的矯頑力。目前燒結(jié)釹鐵硼磁體 的生產(chǎn)中，Al和Ga元素的添加都是采用的傳統(tǒng)的合金化手段即在熔煉時(shí)將Al或Ga的金 屬加入直接形成多元合金，這樣Al和Ga元素不可避免的有一部分進(jìn)入主相，這樣在提高矯 頑力的同時(shí)不可避免的也會(huì)降低磁體的剩磁。同樣如何使Al、Ga元素合理有效的分布在磁 體主相邊界處也是很值得深入研究的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在目前公開(kāi)的基于晶界擴(kuò)散原理來(lái)提高燒結(jié)釹鐵硼磁體矯頑力的方法中，都是通 過(guò)某種手段使含有Dy或Tb元素的物質(zhì)涂覆在磁體表面，然后通過(guò)熱處理使Dy或Tb元素 沿著晶界擴(kuò)散到磁體內(nèi)部，從而改善磁體的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)提高磁體的性能。本發(fā)明也是基于 晶界擴(kuò)散原理，但是不只限于Dy和Tb元素，還包括Ηο、Α1和Ga元素，這樣就可以根據(jù)實(shí)際 生產(chǎn)牌號(hào)的高低，選擇Dy、Tb、Ho、Al和Ga元素中的一種或者多種的組合來(lái)作為磁體表面 的涂覆層，從而實(shí)現(xiàn)晶界擴(kuò)散來(lái)提高磁體的矯頑力。
[0010] 本發(fā)明的目的是將微量的中重稀土氧化物或氟化物或Al粉或金屬Ga溶于適當(dāng)?shù)?溶劑內(nèi)，然后將磁體浸入上述液體中，這樣在磁體表面形成中重稀土氧化物或氟化物或Al 或Ga中的一種或多種組合的復(fù)合層，然后進(jìn)行熱處理，涂覆層中的金屬元素通過(guò)熱擴(kuò)散沿 著晶界進(jìn)入磁體內(nèi)。一是在主相Nd2Fe 14B晶粒周?chē)纬筛恢兄叵⊥恋倪B續(xù)薄層；二是有效 的改善晶界相與主相的潤(rùn)濕性，促進(jìn)晶界相的均勻分布。從而有效的提高矯頑力。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案為： (1)欽鐵砸中間品磁體的制備： 按照燒結(jié)釹鐵硼磁體的化學(xué)式Rexl(Prx2Ndx3)xFe (100 -x-y-z-xl-yl-y2-y3-y4-y5-y6) ByCozCuylNby2Zry3Al y4Gay5My6計(jì)算出各種原材料需要的量，一起投入到熔煉爐中進(jìn)行熔煉， 通過(guò)速凝鑄片工藝制成合金薄片，（其中質(zhì)量百分比x:29. 5-32. 5 ;y:0. 95-1. I ;Z:0-4 ; yl:〇-〇. 3 ；y2:〇-l ；y3:〇-〇. 3 ；y4:〇-2 ；y5:〇-l ；y6:〇-l ；xl:〇-15 ；x2:〇-25 ；x3:75-100 ；Re 為Dy、Tb、Ho、GcU La、Ce和Y中的一種或多種組合；M為Si、Cr、Mo、Ti和W中的一種或多 種組合)。將合金薄片通過(guò)氫碎、氣流磨制粉、磁場(chǎng)取向成型、等靜壓、真空燒結(jié)和回火熱處 理制備成釹鐵硼的毛坯，將釹鐵硼的毛坯通過(guò)線切割、切片等機(jī)械加工方法制成有一定尺 寸的中間品磁體。
[0012] 所述的氫碎是將合金薄片通過(guò)吸氫-脫氫來(lái)實(shí)現(xiàn)，脫氫溫度為500-580°C，保溫時(shí) 間為3-10小時(shí)。所述的氣流磨制粉對(duì)粒度的要求為：D50(中位徑)為4-5. 8 μ m，D (3, 2)(表面 積平均粒徑)為2. 7-4 μ m，最大粒徑小于16 μ m。所述的磁場(chǎng)取向成型，是在磁場(chǎng)作用下同時(shí) 進(jìn)行壓制，磁場(chǎng)強(qiáng)度大于I. 6T，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大越好。真空燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為1040-1080°C， 燒結(jié)保溫時(shí)間為3-6小時(shí)，燒結(jié)溫度的選擇與磁體成分有比較大的關(guān)系，燒結(jié)釹鐵硼磁體 的密度一般大于7. 4g/m3。所述的回火熱處理為兩級(jí)，一級(jí)熱處理溫度為800-950°C，時(shí)間 為4-10小時(shí)；二級(jí)熱處理溫度為450-650°C，時(shí)間為2-6小時(shí)。
[0013] (2)含有Dy、Tb、Ho、Al和Ga元素中的一種元素或多種元素