一种表面改性的合金扩散物及其电泳扩散方法

技术领域

本发明属于稀土永磁材料晶界扩散技术领域，具体涉及一种表面改性的合金扩散物及其电泳扩散方法。

背景技术

烧结钕铁硼是迄今为止磁性最强的永磁材料，广泛应用于电子、机电、仪表和医疗等诸多领域，但是烧结钕铁硼的温度稳定性较差，工作温度低于100摄氏度，为了适应目前对烧结钕铁硼的高要求，需要进一步提高烧结钕铁硼的矫顽力和温度特性。

目前大多采用在烧结钕铁硼表面涂敷扩散源然后晶界扩散的方式提高其矫顽力，扩散源的涂层方法包括涂敷法、浸渍法、贴片法、磁控溅射法、印刷法和电泳沉积法等，其中涂敷法的缺点在于：不能均匀地涂覆在磁体表面，致密度差，原料利用率不高，扩散后磁体表面产生坑洞不利于后续加工；浸渍法的缺点在于：制备时间长，可控性差，造成磁体氧化腐蚀，限制较多；贴片法的缺点在于：不能均匀地覆盖在磁体表面，与磁体间存在孔隙，扩散后磁体表面产生坑洞不利于后续加工；磁控溅射法的缺点在于：时间长，成本高，靶材利用率不高；印刷法的缺点在于：会引入大量杂质，可能影响到晶界扩散过程，不绿色环保。而电泳沉积法成本低，设备要求低，成膜速度快，是一种有效快速制备扩散源的方法。

新型金属或合金颗粒扩散源因其更低的制备成本和更好的扩散效率受到了广泛关注，但目前微米级的金属或合金颗粒无法直接进行电泳沉积，不利于电泳沉积方法的推广。中国专利CN103556208A公开了一种用于形成稀土氢化物颗粒涂层的处理剂和形成涂层的电沉积方法，首先准备好用于形成稀土氢化物表面涂层的处理剂，将处理剂置入电沉积槽中，并不断搅拌使之形成悬浮液，将表面抛光后的钕铁硼磁体连接在阴极，阳极采用不锈钢片，将钕铁硼磁体和不锈钢片置于处理剂悬浮液中进行电沉积，在钕铁硼磁体表面得到稀土氢化物颗粒层；之后将沉积有稀土氢化物颗粒层的磁体取出、风干，然后用镍箔将磁体包裹起来，在790℃－870℃的温度下进行一级热处理，时间5－7小时，然后再在500℃的温度下进行二级热处理，时间3小时。上述专利只能利用电泳法将稀土氢化物沉积在钕铁硼磁体表面。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面改性的合金扩散物及其电泳扩散方法，以解决现有技术中电泳法在钕铁硼磁体表面沉积扩散源时只能沉积微米级稀土氟化物、稀土氧化物、稀土氢化物颗粒等物质，无法沉积微米级稀土金属和合金颗粒的问题，本发明方法使电泳沉积可应用于微米级稀土金属及其合金粉末的扩散源的制备，突破了以往电泳沉积制备扩散源涂层的限制，使之可以广泛的应用于烧结钕铁硼磁体扩散源的制备，并且可以在不同尺寸、不同形状的异形磁体表面进行电泳沉积。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种表面改性的合金扩散物电泳沉积方法，包括以下步骤：

（1）向有机溶剂中加入扩散源粉末，然后加入分散剂，搅拌均匀并超声，静置陈化得到电泳液备用；

（2）将电泳液置于电泳槽中，然后将钕铁硼磁体和铂片置于电泳液中进行电泳沉积，在钕铁硼磁体表面得到合金扩散物；

（3）对步骤（2）得到的具有合金扩散物的钕铁硼磁体进行热处理，得到高性能钕铁硼磁体。

优选的，步骤（1）中的有机溶剂选自醇类或酮类有机溶剂，其中醇类可以选自乙醇，酮类可以选自丁酮。其他可以用于分散剂和扩散性粉末分散的有机溶液也可以用到本发明中。

优选的，步骤（1）中的分散剂包括阳离子型分散剂、阴离子型分散剂和非离子型分散剂中的一种，其中阳离子型分散剂用于阴极电泳沉积过程，阴离子型分散剂用于阳极电泳沉积过程，非离子型分散剂用于阴极电泳沉积过程或阳极电泳沉积过程。

优选的，阴离子型分散剂选自聚丙烯酸盐和聚甲基丙烯酸盐,阳离子型分散剂选自有机胺盐类,非离子型分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮和聚氧乙烯烃基醚类。

优选的，阳离子型分散剂包括聚醚酰亚胺，聚乙烯亚胺，聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或几种；阴离子型分散剂包括聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐中的一种或几种。

优选的，步骤（1）中的扩散源粉末为稀土金属和非稀土金属中的一种或多种元素合金粉末，扩散源粉末的粒径为1-20μm。

优选的，稀土金属包括Dy、Tb、Pr、Nd、Sc、La、Ce、Pm、Sm、Gd、Tm、Yb、Y中的一种或几种，非稀土金属包括Fe、Ni、Al、Cu、Ga、Co、Mg、Zn、Ge中的一种或几种。

优选的，电泳液中扩散源的加入量为无水乙醇质量的10%-40%，分散剂的加入量为无水乙醇质量的0.1-1wt%。

优选的，步骤（2）中的电泳条件为电压20-150V，时间0.5-10min，铂片电极与钕铁硼磁体之间间距1-5cm。

优选的，步骤（3）中的热处理包括扩散处理和回火处理，扩散处理的温度是800-1000℃，扩散时间为5-10h，回火处理的温度是300-600℃，扩散时间为1-6h。

优选的，步骤（2）中的钕铁硼磁体为异形磁体。

优选的，异形磁体可以选自尺寸更大的磁体、环形磁体、瓦型磁体，说明本发明的电泳沉积方法对于磁体的形状没有任何限制。

本发明第二方面提供了一种电泳扩散方法制备的合金扩散物，合金扩散物在钕铁硼上的沉积速度为10-18mg/min。

因此，本发明采用上述结构的一种表面改性的合金扩散物及其电泳扩散方法，具有以下有益效果：

（1）在烧结钕铁硼磁体表面沉积微米级稀土金属及合金，使扩散源利用率和晶界扩散效率提高，打破了以往电泳沉积的限制，拓展了一种更高效的扩散源制备方式，可在异形磁体表面进行电泳。

（2）本发明电压可调，铂片与磁体间距可调，对于不同的电泳液，可以选择合适的电压和间距，保证电泳的效果，也可以控制电泳层的厚度、扩散源的增重。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是实施例1的SEM图。

具体实施方式

以下将对本发明进行进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明并不限于本实施例。

实施例1

一种表面改性的合金扩散物及其电泳扩散方法，包括以下步骤：

（1）向无水乙醇中加入扩散源粉末，然后加入分散剂，搅拌均匀并超声，静置陈化得到电泳液备用，其中分散剂为聚醚酰亚胺（PEI），无水乙醇的添加量为100g，PEI的添加量为无水乙醇的0.2wt%；其中扩散源粉末为Dy

（2）使用砂纸打磨钕铁硼磁体表面，然后放置于无水乙醇溶液中超声三分钟，得到预处理的钕铁硼磁体；

（3）将电泳液置于电泳槽中，然后将预处理的钕铁硼磁体和铂片置于电泳液中通电，开始进行电泳沉积，在钕铁硼磁体表面得到合金扩散物；其中电压为100V，时间为3min，铂片电极与钕铁硼磁体之间间距2cm；合金粉末的沉积速度为18 mg/min；

（4）对上述得到的具有合金扩散物的钕铁硼磁体进行热处理，得到高性能钕铁硼磁体，热处理包括扩散处理和回火处理，扩散处理的温度是890℃，扩散时间为8h，回火处理的温度是500℃，扩散时间为2h。

对实施例1制备的合金扩散物进行SEM测试，从图1中可以看出添加分散剂后，涂层表面非常致密，没有明显的孔洞。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：步骤（1）中的分散剂为聚乙烯亚胺，步骤（1）中的扩散源粉末为Tb

实施例3

与实施例1的不同之处在于：步骤（1）中的分散剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵，步骤（1）中的扩散源粉末为Dy

实施例4

与实施例1的不同之处在于：步骤（1）中的扩散源粉末为Tb

实施例5

与实施例1的不同之处在于：步骤（1）中的分散剂为聚丙烯酸盐。合金粉末的沉积速度为10 mg/min。

实施例6

与实施例1的不同之处在于：步骤（1）中的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。合金粉末的沉积速度为12 mg/min。

对比例1

与实施例1的不同之处在于：步骤（1）中未添加分散剂。合金粉末的沉积速度为0.1mg/min。

试验例

测定原料预处理的钕铁硼磁体以及实施例1-4和对比例1制备的高性能钕铁硼磁体的矫顽力，测试结果见表1。

从表1中可以看出使用分散剂作为电解质进行电泳沉积，不仅可以将稀土金属或合金粉末沉积到烧结钕铁硼磁体表面，而且可以在很大程度上提高钕铁硼磁体的矫顽力，扩大钕铁硼磁体的使用范围。对比例1-2未添加本发明中的分散剂，合金粉末的沉积速度为0-0.3 mg/min，钕铁硼磁体表面沉积合金扩散物后，矫顽力无明显提高。实施例1-5添加分散剂，合金粉末沉积速度为10-18 mg/min，在钕铁硼磁体表面沉积合金扩散物后，矫顽力提高5-10.1 kOe。

因此，本发明采用上述结构的一种表面改性的合金扩散物及其电泳扩散方法，在烧结钕铁硼磁体表面沉积稀土金属及合金，使扩散源利用率和晶界扩散效率提高，打破了以往电泳沉积的限制，拓展了一种更高效的扩散源制备方式，可在异形磁体表面进行电泳。

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进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。