晶界擴滲輕稀土-銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于稀土永磁材料領(lǐng)域，特別涉及一種晶界擴滲輕稀土-銅合金制備高矯 頑力釹鐵硼磁體的方法。 技術(shù)背景
[0002] 燒結(jié)NdFeB系合金因具有較高的剩磁、矯頑力和最大磁能積，綜合性能優(yōu)良，被稱 為"磁王"。自問世以來，在電子信息、家用電器、醫(yī)療器械、風(fēng)力發(fā)電和汽車工業(yè)等各個領(lǐng) 域得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，燒結(jié)NdFeB系永磁合金的磁性能不斷提高，其中剩 磁Br和最大磁能積（BH) max已經(jīng)接近極限值，然而燒結(jié)NdFeB的實際矯頑力不足理論值的 30 %左右，因此，提尚矯頑力是提尚燒結(jié)欽鐵棚磁體綜合性能的關(guān)鍵。
[0003] 燒結(jié)釹鐵硼磁體矯頑力遠(yuǎn)低于理論值的主要原因是實際組織結(jié)構(gòu)與理想組織結(jié) 構(gòu)存在較大差距，除了晶粒尺寸不夠細(xì)小和2:14:1主相晶粒表面層的磁晶各向異性常數(shù) K1較低外，晶界富Nd相不能在2:14:1相晶粒間呈薄層狀連續(xù)地分布，實現(xiàn)完全有效實現(xiàn)磁 隔絕，是矯頑力不高的重要原因之一。因此，要獲得高矯頑力的燒結(jié)釹鐵硼磁體，除了細(xì)化 晶粒尺寸和強化2:14:1晶粒表面層的各向異性外，必須保證富Nd相呈薄層狀均勻地分布 到所有Nd2Fel4B晶粒周圍。
[0004] 為了提高釹鐵硼燒結(jié)磁體的矯頑力，用Dy/Tb等重稀土元素部分置換磁體中的Nd 是一種非常有效的方法，特別是近幾年流行的晶界Dy/Tb擴滲法，即當(dāng)燒結(jié)釹鐵硼磁體的 表面附有Dy/Tb等重稀土元素的合金粉或化合物，并經(jīng)合適的熱處理后，磁體表面的Dy/Tb 會穿過燒結(jié)體的晶界進入燒結(jié)體內(nèi)部，從晶界向主相Nd2Fel4B內(nèi)部擴滲，并擇優(yōu)分布于主 相晶粒邊緣，改善不均勻區(qū)各向異性，這樣處理會使磁體的矯頑力明顯提高而剩磁降低很 小。專利（201510029340. 1)公開了一種晶界擴散Dy-Cu合金制備高性能釹鐵硼磁體的方 法，由于擴散源Dy-Cu合金在晶界擴散熱處理溫度范圍內(nèi)會熔化為液態(tài)，不僅可以將Dy-Cu 合金速凝薄帶或傳統(tǒng)鑄錠并粗破碎后鋪在磁體的表面直接作為擴散源，而且能夠加速Dy、 Cu元素在晶界的擴散，不僅矯頑力大幅提高，而且剩磁下降很小。但Dy/Tb資源有限、價格 高昂，而且Dy-Cu合金的熔點基本在800°C以上。
[0005] Wan等人使用雙合金的方法引入Pr-Cu晶界相制備不含Dy的燒結(jié)Nd-Fe-B磁 體（主合金 Ndl2. 2Pr2. 6Fe76. 3Co2. 1B6. ONbO. 2A10. 5CuO. 1，輔合金 Pr68Cu32)，磁體矯頑 力從未引入Pr-Cu晶界相的14k0e提高到引入Pr-Cu晶界相的21k0e，分析發(fā)現(xiàn)，除了由 于Pr2Fel4B的各向異性場比Nd2Fel4B的略高以外，主要是晶界相的分布大大改善，對2 : 14:1主相晶粒起到了更好的磁隔絕的作用。（Wan F, Zhang Y, Han J，et al.Coercivity enhancement in Dy-free Nd-Fe-B sintered magnets by using Pr-Cu alloy[J]. Journal of Applied Physics,2014,115 (20):203910.)
[0006] 眾所周知，與重稀土 Dy/Tb合金與化合物相比，輕稀土（包括La, Ce, Pr, Nd)資源 豐富，價格便宜，大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)時成本優(yōu)勢十分明顯。我們分析相圖發(fā)現(xiàn)，輕稀土（包括 La, Ce，Pr，Nd) - Cu合金（輕稀土含量50 - 90 %原子百分?jǐn)?shù)）的熔點較低（400-800°C左 右），如果以此作為表面擴滲源，將大大改善釹鐵硼磁體的晶界狀態(tài)，從而大幅提高矯頑力。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種晶界擴滲低熔點輕稀土 _銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的 方法。
[0008] 本發(fā)明主要利用輕稀土（包括1^，〇6，？1'，制)-(：11合金（輕稀土含量50 - 90%原 子百分?jǐn)?shù)）熔點較低（400 - 800°C左右），在略高于其熔點溫度擴滲熱處理時熔化成液態(tài)， 實現(xiàn)從磁體表面向內(nèi)部的快速擴滲，將大大改善2 :14 :1邊界的潤濕性，更好地起磁隔絕的 作用，從而大幅提高磁體的矯頑力。
[0009] 一種晶界擴滲低熔點輕稀土 -銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的方法，其特征在 于將輕稀土〇^，&汁1'，制)-(：11合金（輕稀土含量50 - 90%原子百分?jǐn)?shù)）制備成粉末或鍍 成薄膜或軋成薄板或速凝薄片或傳統(tǒng)的鑄錠粗破后作為釹鐵硼磁體的表面擴滲源，經(jīng)過擴 滲熱處理，主要改善晶界相的均勻分布，從而獲得高矯頑力釹鐵硼磁體。
[0010] 具體工藝步驟為：
[0011] (1)根據(jù)需要設(shè)計輕稀土（La, Ce, Pr, Nd)-Cu合金成分，制備輕稀土 〇^，〇6，？1'，恥)-(：11合金；輕稀土（1^，〇6，？1'，制）含量50 - 90%原子百分?jǐn)?shù)；
[0012] (2)將步驟（1)中的（La, Ce，Pr，Nd)-Cu合金制備成粉末或鍍成薄膜或軋成薄板或 速凝薄片或傳統(tǒng)的鑄錠粗破后附著在釹鐵硼磁體的表面作為擴滲源；
[0013] (3)放入真空熱處理爐內(nèi)（真空度10_3Pa)，加熱到450-800°C，使其熔融為液態(tài)， 保溫0. 5 - 5h，進行晶界擴滲熱處理；
[0014] (4)得到最終產(chǎn)品。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點如下：
[0016] 1.輕稀土（La, Ce，Pr，Nd) -Cu合金與釹鐵硼合金有良好的潤濕性，晶界相分布均 勻，矯頑力提高十分顯著；
[0017] 2.輕稀土（La, Ce, Pr, Nd)_Cu合金恪點低，晶界擴滲熱處理的溫度低；
[0018] 3.擴滲熱處理后不需要進行退火熱處理；
[0019] 4.輕稀土（La, Ce, Pr, Nd)_Cu合金價格便宜，降低成本；
[0020] 5.擴滲熱處理時，輕稀土（La，Ce，Pr，Nd) -CU合金會熔化為液態(tài)包覆在釹鐵硼表 面，加速在釹鐵硼磁體內(nèi)的擴滲，適合處理大塊樣品。
【附圖說明】
[0021] 圖1為38M晶界擴滲Pr70Cu30前后的退磁曲線。
[0022] 圖2為38M晶界擴滲Pr70Cu30前后的顯微組織（a)擴滲前，（b)擴滲后。
【具體實施方式】
[0023] 實施例一：
[0024] 5mm厚38M磁體表面覆蓋Pr70Cu30 (原子百分?jǐn)?shù)）速凝薄片晶界擴滲熱處理
[0025] 選擇38M商用磁體，加工成尺寸為<i>8mmX5mm的樣品。通過速凝薄片鑄錠工藝制 備厚度為300 ym的Pr70Cu30(原子百分?jǐn)?shù)）合金鑄錠（見圖1)，直接覆蓋在38M磁體的周 圍（見圖2)，將樣品置于爐內(nèi)，抽真空至（3 - 5) X l(T3Pa，開始快速加熱至720°C，保溫2h， 38M原始樣品和經(jīng)過擴滲處理的樣品退磁曲線如圖1，可見此法晶界擴滲熱處理的Pr-Cu擴 滲效果很好，矯頑力提高顯著，從擴滲前的不到14k0e提高到擴滲后的近21kOe，而剩磁幾 乎不變，約11. 27kGs。由圖2可見，晶界相的分布更加均勻，基本呈薄層狀分布，有效地阻礙 了相鄰晶粒間的交換耦合作用，這是矯頑力大幅提高的重要原因。
[0026] 實施例二：
[0027] 10mm厚N40磁體表面覆蓋Pr60Nd20Cu20 (原子百分?jǐn)?shù)）粗破鑄錠晶界擴滲熱處理
[0028] 選擇N40商用磁體，加工成尺寸為巾10mmX 10mm的樣品。真空恪煉 Pr60Nd20Cu20 (原子百分?jǐn)?shù)）合金鑄錠，粗破碎成l-3mm的顆粒，覆蓋在N40磁體的周圍，將 樣品置于爐內(nèi)，抽真空至（3 - 5)Xl(T3Pa，開始快速加熱至750°C，保溫4h。磁性能參數(shù)如 表1?？梢?，此法晶界擴滲熱處理的PrNd-Cu擴滲效果很好，矯頑力提高顯著，剩磁變化很 小。
[0029] 表1N40表面覆蓋Pr80Cu20 (原子百分?jǐn)?shù)）鑄錠擴滲熱處理后樣品磁性能
[0030]
[0031] 實施例三：
[0032] 8mm厚M2磁體表面粘覆Lal8Ce52Cu30 (原子百分?jǐn)?shù)）粉末晶界擴滲熱處理選擇 N42商用磁體，加工成尺寸為（i>10mmX8mm的樣品。真空熔煉Lal8Ce52Cu30(原子百分?jǐn)?shù)） 合金鑄錠，制成平均粒度為5 y m的粉末顆粒，粘覆在M2磁體的表面，將樣品置于爐內(nèi)，抽 真空至（3 - 5)Xl(T3Pa，開始快速加熱至600°C，保溫2.5h。磁性能參數(shù)如表2?？梢姡?法晶界擴滲熱處理的LaCe-Cu擴滲效果很好，矯頑力提高顯著，剩磁變化很小。
[0033] 表2M2表面粘覆Lal8Ce52Cu30 (原子百分?jǐn)?shù)）粉末顆粒擴滲熱處理后樣品磁性 能
[0034]
【主權(quán)項】
1. 一種晶界擴滲輕稀土 -銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的方法，其特征是在釹鐵硼 磁體的表面附著低熔點的輕稀土-銅合金，經(jīng)過擴滲熱處理，晶界相與2:14:1主相之間潤 濕性良好，晶界相呈薄層狀均勻分布，從而獲得高矯頑力的釹鐵硼磁體； 具體工藝步驟為： a. 對燒結(jié)釹鐵硼磁體表面進行清潔化處理； b. 在潔凈的釹鐵硼磁體表面附著上輕稀土-銅合金； c. 對表面附著輕稀土-銅合金的釹鐵硼磁體進行真空擴滲熱處理； d. 得到高矯頑力釹鐵硼磁體。2. 如權(quán)利要求1所述一種晶界擴滲輕稀土-銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的方法， 其特征在于：步驟a所述的燒結(jié)釹鐵硼是燒結(jié)態(tài)釹鐵硼，或者是經(jīng)過回火處理過的燒結(jié)釹 鐵硼。3. 如權(quán)利要求1所述一種晶界擴滲輕稀土-銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的方法， 其特征在于：步驟b所述的輕稀土 -銅合金中的輕稀土是La, Ce, Pr, Nd中的一種或一種以 上，輕稀土含量50 - 90%原子百分?jǐn)?shù)。4. 如權(quán)利要求1所述一種晶界擴滲輕稀土-銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的方法， 其特征在于：輕稀土 -銅合金以粉末、薄膜、薄帶、薄板、塊狀鑄錠中的任意一種形態(tài)附著在 燒結(jié)釹鐵硼磁體的表面。5. 如權(quán)利要求1所述一種晶界擴滲輕稀土-銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的方法， 其特征在于：步驟c所述的真空擴滲熱處理溫度范圍為450 - 800°C，保溫時間為0. 5 - 5h。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶界擴滲輕稀土-銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的方 法，其特征在于：真空擴滲熱處理溫度較低，不需要后續(xù)熱處理。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶界擴滲輕稀土-銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的方 法，其特征在于：輕稀土 -銅合金附著層在相應(yīng)的擴滲熱處理溫度為液態(tài)，加速在釹鐵硼磁 體中的擴滲，適于處理大塊樣品。
【專利摘要】本發(fā)明屬于稀土永磁材料領(lǐng)域，特別涉及一種晶界擴滲輕稀土-銅合金制備高矯頑力釹鐵硼磁體的方法。其特征是在釹鐵硼磁體的表面附著低熔點輕稀土(包括La,Ce,Pr,Nd)-銅合金,經(jīng)過擴滲熱處理，晶界相與2:14:1主相之間潤濕性良好，晶界相呈薄層狀均勻分布，從而獲得高矯頑力的釹鐵硼磁體。本發(fā)明由于輕稀土(La,Ce,Pr,Nd)-Cu合金熔點較低，在略高于其熔點溫度擴滲熱處理時熔化成液態(tài)，實現(xiàn)從磁體表面向內(nèi)部的快速擴滲，且不需要后續(xù)熱處理，不僅工藝得到簡化，而且適應(yīng)于處理較大尺寸的樣品。
【IPC分類】H01F41/02, H01F1/057, C23C10/30
【公開號】CN104882266
【申請?zhí)枴緾N201510335273
【發(fā)明人】包小倩, 盧克超, 湯明輝, 李紀(jì)恒, 高學(xué)緒
【申請人】北京科技大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月16日