一种钕铁硼磁体及其制备方法
文献发布时间：2024-01-17 01:27:33
技术领域
本发明涉及磁体材料技术领域，具体而言，涉及一种高性能烧结钕铁硼永磁体及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展，工业互联网、新能源、高速轨道交通、5G通讯和智能制造已成为世界各国争先突破的重要领域。钕铁硼永磁材料因其优异的磁性能而被广泛应用于这些领域中，占永磁市场50%以上。但一直以来，不含重稀土的商用烧结钕铁硼永磁体矫顽力低(<1200kA/m)，主相Nd
钕铁硼磁材的矫顽力一直是业内致力于提升的一大性能，根据矫顽力机制，反磁化畴首先在晶粒表面形成，因此晶粒表面是磁体内最薄弱的环节，提高晶粒表面的各向异性场可以推迟反磁化畴的形成，从而提高整个磁体的矫顽力。有研究者针对上述问题提出了晶界扩散技术，利用重稀土元素Tb、Dy的单质或化合物作为扩散源，通过热处理扩散使重稀土从磁表面沿晶界进入磁体内部，分布在晶界和晶粒表面以提高钕铁硼磁体矫顽力。
一般而言，表面晶界扩散大部分只针对于规则尺寸产品，扩散后磁体表层富集重稀土，重稀土在沿磁体厚度方向的扩散深度有限，而磁体心部则只有少量的重稀土，表现为宏观上重稀土分布不均匀，会导致厚磁体的矫顽力增幅不足，且传统扩散在磁体表面覆盖扩散源后再经一次热处理，扩散后磁体表面容易存在因Kirkendall效应产生的空洞等缺陷，需再经表面处理工序，极易降低表层高矫顽力优势又增加了工序时长与成本。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种高性能烧结钕铁硼永磁体的制备方法，包括以下步骤：S10：用传统工艺获取钕铁硼生坯，在保护气体下进行高温烧结，得到钕铁硼毛坯，将钕铁硼毛坯进行吸氢破碎，研磨成粉，得到母体钕铁硼磁粉；S20：在保护气体环境下，添加0.3~1.2%的扩散源粉末到母体钕铁硼磁粉中，充分搅拌均匀得到混合金属粉末；S30：将混合金属粉末压制成型，通过低温烧结和回火处理得到钕铁硼磁体；其中，扩散源粉末包括Tb或Dy；扩散源粉末还包括Cu、Al、Pr、Mg、La、Ce、Fe中的至少一种。
鉴于相关技术中，传统的晶界扩散技术是将扩散源覆盖于磁体表面后再进行热处理扩散，所以在宏观上表现出重稀土分布不均匀现象，且这一现象还受晶界通道大小影响。因此，本发明提出了一种钕铁硼磁体的制备方法，将重稀土扩散源粉末添加至第一次高温烧结后毛坯再经破碎所得的钕铁硼磁粉中，将两者混合均匀，压制成型后进行第二次低温烧结和回火处理，最后得到所需要的高性能烧结钕铁硼磁体。在扩散源粉末和钕铁硼磁粉混合的过程中，需要在保护气体的环境下进行，混合后的密闭容器中充入少量惰性气体，保证容器内微正压状态。
采用该技术方案的好处在于，可以使重稀土在基体晶粒晶界的均匀分布，排除了扩散纵横向不均与重稀土晶界堆积的缺点，从而达到大块永磁体扩散得到高性能磁体的目的，且解决了异形产品难扩散工序复杂困难等问题。其中扩散源采用含Tb或Dy与Cu、Al、Pr、Mg、La、Ce、Fe中的一种或几种元素组成的低熔点合金粉末，有效降低二次烧结温度，且烧结后晶界低熔点合金成分可取代原有的富Nd晶界相，起到促进磁体致密化的作用。
进一步的，高温烧结的温度为1060-1100℃，时间为3-5小时。
在该技术方案中，一次烧结采用较高的温度，使所得母体钕铁硼毛坯的液相烧结过程中流动性较强，使微小粒子加速流动以致被缺陷晶粒吞并，得到成分均匀母体毛坯。具体的，烧结温度可以是1060℃、1070℃、1080℃、1090℃或1100℃；烧结的时间可以是3小时、3.5小时、4小时、4.5小时或5小时。
进一步的，高温烧结后再破碎的母体钕铁硼磁粉粒度大小为4-5μm。
在该技术方案中，母体钕铁硼磁粉的粒度大小应控制为4-5μm。
进一步的，扩散源粉末的粒度小于2μm；扩散源粉末的添加量为母体钕铁硼磁粉质量的0.4-1.0%。
在该技术方案中，为了使得扩散源粉末能充分均匀包裹在母体钕铁硼磁粉颗粒表面，扩散源粉末的粒径应当小于钕铁硼磁粉的粒径；作为优选，扩散源粉末的粒度小于2μm；具体可以是1.5μm、1μm或者<1μm。扩散源粉末的添加量优选为钕铁硼磁粉质量的0.4-1.0%；具体还可以是0.6%、0.8%、0.9%或1.0%。
进一步的，低温烧结的温度为980-1030℃，时长为3-5小时。
在该技术方案中，低温烧结一方面可以降低扩散源进入主相的可能性；另一方面也可以使得钕铁硼磁材更加致密，细化内部组织。具体的，低温烧结的温度为980℃、990℃、1000℃、1010℃、1020℃或1030℃。烧结的时间可以是3小时、3.5小时、4小时、4.5小时或5小时。
进一步的，回火处理包括一级回火处理和二级回火处理；一级回火处理温度为860-930℃，时间为4-8小时；二级回火处理温度为480-680℃，时间为4.5-8.5小时。
本发明还提供一种钕铁硼磁体，因而具备上述任一方案的优点，在此不再赘述。
综上所述，采用本发明提供的技术方案好处在于：本发明避开传统表面扩散技术，选用了在坯体阶段晶粒表面添加重稀土，经一次烧结破碎后的晶粒形状以圆形为主，扩散源添加对晶粒包裹更充分，通过低温烧结与回火热处理再次结合的晶粒晶界扩散源填充物均匀分布，相对整个大块磁体宏观上呈现纵横向扩散源均匀分布；采用一次高温烧结，二次低温烧结工艺，降低了扩散源进入主相可能性；坯体阶段添加扩散源扩散，规避了传统扩散磁体表面空洞等缺陷，省去了再次热处理与再次表面处理工序，有效缩短了制备时间与成本。经本发明提供的技术方案制得的高性能烧结钕铁硼永磁体为高性能大块永磁体，制备工序少，产出率高，符合现下重稀土原材料稀缺与原材料价格昂贵形式下应用市场对高性能大块永磁体与高性能异形永磁体日益增长的需求趋势。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种钕铁硼磁体及其制备方法，制备方法包括如下步骤：
1.按照传统工艺制备钕铁硼Re
2.采用真空熔炼与甩片工艺制备合金成分为Tb
3.将上述步骤（1）中所得母体钕铁硼磁粉A在保护气体环境下加入0.4%的扩散源粉末Ⅰ，充分搅拌5小时，得到混合金属粉末AⅠ；
将金属粉末AⅠ在磁场取向成型，再经冷等静压处理制得到压坯后，通过低温烧结和回火处理得到钕铁硼磁体1。磁体1取φ10×10mm样柱采用永磁材料测量B-H仪进行性能测试。
其中，低温烧结的温度为1025℃，时间为2.5小时；回火处理包括一级回火处理和二级回火处理；一级回火处理的温度为900℃，时间为4小时；二级回火处理的温度为510℃，时间为5小时。
[对比例1-1] 按照传统工艺制备钕铁硼Re
其中，低温烧结的温度为1025℃，时间为2.5小时；回火处理包括一级回火处理和二级回火处理；一级回火处理的温度为900℃，时间为4小时；二级回火处理的温度为510℃，时间为5小时。
[对比例1-2] 按照实施例1中步骤（一）~（三）制备混合金属粉末AⅠ。将金属粉末AⅠ在磁场取向成型，再经冷等静压处理制得到压坯后，通过烧结和回火处理得到钕铁硼磁体1-2。磁体1-2取φ10×10mm样柱采用永磁材料测量B-H仪进行性能测试。
其中，烧结的温度为1085℃，时间为2.5小时；回火处理包括一级回火处理和二级回火处理；一级回火处理的温度为900℃，时间为4小时；二级回火处理的温度为510℃，时间为5小时。
[对比例1-3] 按照实施例1中步骤一制备母体钕铁硼磁粉A；将所述母体钕铁硼磁粉A在保护气体环境下加入0.4%的纯Tb扩散源粉末（粉末粒度为1.9μm），充分搅拌5小时，得到混合金属粉末C-Tb；将金属粉末C-Tb在磁场取向成型，再经冷等静压处理制得到压坯后，通过低温烧结和回火处理得到钕铁硼磁体1-3。磁体1-3取φ10×10mm样柱采用永磁材料测量B-H仪进行性能测试。
其中，烧结的温度为1025℃，时间为2.5小时；回火处理包括一级回火处理和二级回火处理；一级回火处理的温度为900℃，时间为4小时；二级回火处理的温度为510℃，时间为5小时。
[对比例1-4]按现有毛坯工艺技术制备与实施例1步骤一中相同成分烧结态钕铁硼永磁体[(Re)
[对比例1-5] 将对比例1-4中所得磁体1-4垂直取向方向切成10mm厚的薄片，采用现有表面扩散工艺技术对薄片扩散0.4%的扩散源粉末1，经一级900℃*16h与二级回火510℃*5h处理得到对比磁体1-5。对扩散后的对比磁体1-5取φ10×10mm样柱采用永磁材料测量B-H仪进行性能测试。
对本发明方法制的钕铁硼永磁体1以及其他方法与现有技术制备的对比钕铁硼磁体（1-1）、（1-2）、（1-3）、（1-4）、（1-5）进行对比，结果参照下表。
表1实施例1的性能数据
实施例1与对比例1-1说明，本发明所述母体钕铁硼磁粉前期制备中的高温烧结有利于提高磁体Br与Hcj,在相同原材料成本下可获得更高性能磁体，更好的发挥了材料价值；
实施例1与对比例1-2说明，本发明所述添加扩散源合金粉末压制成型后期的低温烧结能有效减少扩散源进入磁体主相，以获得更高的Br；
实施例1与对比例1-3说明，合金扩散源中的合金成分有利于低温液相烧结，减少或阻碍重稀土Tb进入磁体主相，坯体阶段添加合金扩散源的磁体比添加纯Tb磁体能获得更高的Br和Hcj；
实施例1与对比例1-4说明，坯体阶段添加合金扩散源的磁体能在仅降低基体0.16kGs Br的同时大幅度提高约10kOe的Hcj，且仅需消耗少量的重稀土Tb；
实施例1与对比例1-5说明，添加相同合金扩散源量条件下，相较于现有传统表面扩散技术所得磁体，本发明技术使用坯体阶段添加扩散源扩散的磁体在能获得与其相当磁性能磁体的前提下，制备过程减去了表面处理、表面镀膜、扩散热处理等三个中间工序，有效缩短了磁体制备周期与减少过程能耗。
综上所述，本发明提供了一种钕铁硼磁体及其制备方法，能有效降低高性能烧结钕铁硼磁体制备时间与成本，且能获得形状多样，性能一致性好的大块磁体，具有一定经济效益与市场前景。
实施例2
本实施例提供一种钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：
S10：用传统工艺获取钕铁硼生坯，在保护气体下进行高温烧结，得到钕铁硼毛坯，将钕铁硼毛坯进行吸氢破碎，研磨成粉，得到母体钕铁硼磁粉。
其中，高温烧结的温度为1100℃，时间为5小时。
母体钕铁硼磁粉的粒度大小为5μm。
S20：在保护气体环境下，添加1.2%的扩散源粉末到母体钕铁硼磁粉中，充分搅拌均匀得到混合金属粉末。
其中，扩散源粉末的粒度小于2μm。
S30：将混合金属粉末压制成型，通过低温烧结和回火处理得到钕铁硼磁体。
其中，低温烧结的温度为1030℃，时长为5小时。
扩散源粉末包括Tb或Dy；扩散源粉末还包括Cu、Al、Pr、Mg、La、Ce、Fe中的至少一种。
回火处理包括一级回火处理和二级回火处理；一级回火处理的温度为930℃，时间为8小时；二级回火处理的温度为680℃，时间为8.5小时。
实施例3
本实施例提供一种钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：
S10：用传统工艺获取钕铁硼生坯，在保护气体下进行高温烧结，得到钕铁硼毛坯，将钕铁硼毛坯进行吸氢破碎，研磨成粉，得到母体钕铁硼磁粉。
其中，高温烧结的温度为1060℃，时间为3小时。
母体钕铁硼磁粉的粒度大小为4μm。
S20：在保护气体环境下，添加0.3%的扩散源粉末到母体钕铁硼磁粉中，充分搅拌均匀得到混合金属粉末。
其中，扩散源粉末的粒度小于2μm。
S30：将混合金属粉末压制成型，通过低温烧结和回火处理得到钕铁硼磁体。
其中，低温烧结的温度为980℃，时长为3小时。
扩散源粉末包括Tb或Dy；扩散源粉末还包括Cu、Al、Pr、Mg、La、Ce、Fe中的至少一种。
回火处理包括一级回火处理和二级回火处理；一级回火处理的温度为860℃，时间为4小时；二级回火处理的温度为480℃，时间为4.5小时。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。