專(zhuān)利名稱(chēng)：耐蝕性?xún)?yōu)異的高性能R-Fe-B系燒結(jié)磁體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁體及其制造方法，特別是一種耐蝕性?xún)?yōu)異的高性能R-(Fe，TM)-Cu-B-X系燒結(jié)磁體及其制造方法，屬于稀土磁性材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
燒結(jié)R-Fe-B系永磁體自1983年問(wèn)世以來(lái)，因其優(yōu)異的磁性能、相對(duì)低廉的價(jià)格和充足的資源儲(chǔ)備而迅速在計(jì)算機(jī)、電機(jī)工程、醫(yī)療設(shè)備、移動(dòng)電話、家用電器、通訊、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是R-Fe-B系永磁體和Sm-Co系永磁體相比最明顯的缺點(diǎn)是耐腐蝕性差，從而限制了這類(lèi)磁體在潮濕、高溫等環(huán)境中的應(yīng)用，所以關(guān)于R-Fe-B系燒結(jié)永磁體的耐腐蝕問(wèn)題的研究具有重要意義。近年來(lái)隨著世界各國(guó)環(huán)保、節(jié)能意識(shí)的提高，在海邊、草原、沙漠等潮濕、高溫環(huán)境中應(yīng)用的，環(huán)保、節(jié)能、高效的風(fēng)力發(fā)電機(jī)等永磁電機(jī)，更是迫切需要耐蝕性?xún)?yōu)異的高性能R-Fe-B系燒結(jié)磁體。
針對(duì)R-Fe-B系燒結(jié)磁體的耐蝕性，通常在其表面形成耐蝕性的保護(hù)膜。作為保護(hù)膜，根據(jù)用途的不同可以使用金屬鍍層或樹(shù)脂等。但是，實(shí)踐證明，僅僅只有良好的鍍層并不能完全解決釹鐵硼磁體在實(shí)際應(yīng)用中的腐蝕問(wèn)題，而只有磁體本身具有優(yōu)異的耐蝕性，再配合良好的鍍層才能解決此問(wèn)題。因此，解決R-Fe-B系燒結(jié)磁體耐蝕性的首要任務(wù)是提高R-Fe-B系燒結(jié)磁體自身的耐蝕性；而以往技術(shù)對(duì)燒結(jié)R-Fe-B系永磁體的耐蝕性和磁性能往往不能兼顧。ZL91103569.9專(zhuān)利公開(kāi)了一種通過(guò)Co和Al穩(wěn)定邊界相來(lái)抵御腐蝕的R-Fe-B系永磁體，其氧含量在2000～7500ppm，其[(BH)max]+[jHc]之和最高達(dá)52.9。ZL00131653.2公開(kāi)了一種含有Mo、Cu、Al的具有高耐蝕能力的R-Fe-B系永磁體，其氧含量在8000ppm以下，其[(BH)max]+[jHc]之和最高達(dá)53.8。ZL03160313.0公開(kāi)了一種通過(guò)控制稀土總量R、O、C、N來(lái)獲得良好耐蝕性和優(yōu)良磁性的R-Fe-B系燒結(jié)永磁體，其氧含量在2000ppm左右，其[(BH)max]+[jHc]最高做到63.9。
上述發(fā)明盡管改善了R-Fe-B系燒結(jié)磁體的耐蝕性，但磁性能偏低，不能很好的滿足以計(jì)算機(jī)高密度硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(HDD)為代表的、小體積高效節(jié)能永磁電機(jī)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服上述已有技術(shù)的不足，公開(kāi)一種耐蝕性和磁性能俱佳的R-Fe-B系燒結(jié)磁體及其制造方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種耐蝕性?xún)?yōu)異的高性能R-Fe-B系燒結(jié)磁體，其特殊之處在于，磁體在130℃，95％rRH，2.7bar條件下作HAST實(shí)驗(yàn)，20天磁體失重小于2mg/cm2，磁性能[(BH)max]+[jHc]數(shù)值之和達(dá)到64～75，磁體密度ρ達(dá)到7.56～7.8g/cm3；磁體為R-(Fe，TM)-Cu-B-X構(gòu)成，其中Cu為0.02～0.5wt％，B為0.9～1.1wt％，X＝O、C、N、H，且100ppm＜O＜900ppm、C＜900ppm、N＜900ppm、H＜10ppm，R指稀土元素Nd、Pr、Dy、Tb中的至少1種，且27wt％＜R的總量≤30.5wt％，TM＝Ti、V、Cr、Mn、Ga、Al、Zr、Nb、Mo、Co中的至少2種，且Co為0.2～4wt％，其余元素均0.02～0.5wt％，余量為Fe。
生產(chǎn)上述的耐蝕性?xún)?yōu)異的高性能R-Fe-B系燒結(jié)磁體的方法依次是，將純度大于99wt％的原材料，按比例配好，在200～700Kg/次的帶坯連鑄爐內(nèi)熔化，以3000～8000℃/s的冷卻速度澆鑄成合金片，合金片厚度為0.1～0.3mm；合金片進(jìn)入氫處理爐內(nèi)進(jìn)行氫粉碎，并在200～600℃的溫度脫氫至氫壓＜10Pa；氫碎之后，在惰性氣體或N2氣保護(hù)下的無(wú)氧環(huán)境中，送入中磨機(jī)再粉碎至粒度＜0.5mm，再經(jīng)氣流磨進(jìn)行微粉碎，并分級(jí)以調(diào)整粒度分布，最終獲得分布適宜的R-Fe-B粉末，平均粒徑d＝2～4μm；在無(wú)氧環(huán)境下進(jìn)入惰性氣體或N2氣保護(hù)的磁取向成型裝置中成型，壓坯密度控制在4.3g/cm3以上；然后在無(wú)氧環(huán)境下進(jìn)入燒結(jié)爐進(jìn)行800～1050℃×1～4hr燒結(jié)，最后進(jìn)行850～950℃×1～6hr和450～600℃×1～6hr時(shí)效即可制成本發(fā)明所述的磁體。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有的積極效果是，磁體的耐蝕性能優(yōu)異，磁性能高，能夠滿足高效節(jié)能小體積永磁電機(jī)的需要，且可少添加甚至不添加Co，節(jié)約了戰(zhàn)略金屬Co的用量，極大地降低了生產(chǎn)成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式 為更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)其作進(jìn)一步詳細(xì)的闡述。
實(shí)施例1～15 根據(jù)燒結(jié)磁體成份(重量百分比)Nd29-x-yPrxDyyCu0.1Ga0.1B1Zr0.1Fe余量(x＝0～8；y＝0～3)，先將純度大于99wt％的原材料按比例配好，在200～700Kg/次的帶坯連鑄爐(strip casting)內(nèi)熔化，以5000～8000℃/s的冷卻速度，進(jìn)行鱗片澆鑄，最終得到0.1～0.3mm厚的鱗片；將鱗片送入氫粉碎處理爐進(jìn)行氫粉碎，在90kPa的氫氣壓力下吸氫1～4小時(shí)，然后在200℃～600℃的溫度范圍內(nèi)真空脫氫6～8小時(shí)，使氫壓達(dá)到10Pa以下，冷卻6～8小時(shí)后得到氫粉碎碎片；將氫粉碎后的碎片在氧含量近于0％的無(wú)氧環(huán)境下送入中磨粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，并在中磨過(guò)程中有控制地加入氧元素，以控制磁體的最終氧含量，中磨后顆粒＜0.5mm；將中磨后的粗粉送入氣流磨進(jìn)行微粉碎并分級(jí)調(diào)整粒度分布，最終獲得分布適宜的R-Fe-B粉末，平均粒徑d＝2～4μm；將該粉末在氧含量近于0％的無(wú)氧環(huán)境下送入氧含量近于0％的N2氣保護(hù)的磁取向成型裝置中進(jìn)行成型，壓力500～1200kg/cm2，最終控制壓坯密度4.3g/cm3以上，取向場(chǎng)2～6×104Oe，壓機(jī)中的氧濃度＜20ppm；將成型體在氧含量近于0％的無(wú)氧環(huán)境送入燒結(jié)爐，進(jìn)行800～1050℃×1～4hr的燒結(jié)，快冷，然后進(jìn)行850～950℃×1～6hr和450～600℃×1～6hr的時(shí)效處理，制成高品質(zhì)的磁體，密度在7.58～7.62g/cm3，機(jī)加工后測(cè)量，做HAST實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果示于表1。
從實(shí)施例1～15可以看出，按本發(fā)明方法，成分中不添加鈷，通過(guò)控制其他元素的含量，可以制造出20天的HAST(130℃，95％RH，2.7bar)實(shí)驗(yàn)，磁體失重小于2mg/cm2，[(BH)max]+[jHc]≥64的耐蝕性和磁性能二者俱佳的稀土永磁體。
表1高磁能積磁體的組成與耐蝕性、磁特性
實(shí)施例16 生產(chǎn)工藝同上，組成為(Nd29-x-y-zPrxDyyTbz)Cr0.1Cu0.15Ga0.1B1Al0.1Zr0.1Fe余量，(x＝0～8；y＝0～3；z＝0～2)，調(diào)整x、y、z值，可獲得高耐蝕性、高磁能積、高矯頑力磁體，磁體密度在7.59～7.63g/cm3，測(cè)定結(jié)果示于表2。
表2高磁能積、高矯頑力磁體的組成與耐蝕性、磁特性
實(shí)施例17～18 生產(chǎn)工藝同上，組成為(Nd29.5-x-yPrxDyy)Mo0.4Cu0.15Ti0.1B1Nb0.2Fe余量，(x＝0～8；y＝1～4)，調(diào)整x、y值，可獲得高耐蝕性、高磁能積、高矯頑力磁體，磁體密度在7.59～7.63g/cm3，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。
表3高磁能積、高矯頑力磁體的組成與耐蝕性、磁特性
實(shí)施例19-20 生產(chǎn)工藝同上，組成為(Nd30-x-yPrxDyy)Co1Cu0.15Ga0.1Al0.2B1V0.2Fe余量，(x＝0～8；y＝3～6)，調(diào)整x、y值，可獲得高耐蝕性、高矯頑力磁體，磁體密度在7.61～7.65g/cm3，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。
表4高矯頑力磁體的組成與耐蝕性、磁特性
實(shí)施例21～27 生產(chǎn)工藝同上，組成為(Nd30.5-x-yPrxDyy)Mn0.2Cu0.2Ti0.15B1Al0.2Fe余量，(x＝0～8；y＝4～12)，調(diào)整x、y值，可獲得高耐蝕性、高矯頑力磁體，磁體密度在7.65～7.72g/cm3，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。
表5高矯頑力磁體的組成與耐蝕性、磁特性
實(shí)施例28～31 生產(chǎn)工藝同上，組成為(Nd30.5-x-y-zPrxDyyTbz)Co3.5Cu0.2Ga0.2B1Nd0.3Al0.3Fe余量，(x＝0～8；y＝7～12；z＝0～3)，調(diào)整x、y、z值，可獲得如下表的高耐蝕性、超高矯頑力磁體，磁體密度在7.70～7.80g/cm3，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。從表6可以看出，磁能積與矯頑力數(shù)值之和大于73，即[(BH)max]+[jHc]＞73。
表6超高矯頑力磁體的組成與耐蝕性、磁特性
從以上實(shí)施例可知，R-Fe-B系燒結(jié)永磁體的腐蝕往往是從富B相和富R相開(kāi)始的，這兩相越多耐蝕性越差；而R-Fe-B系燒結(jié)永磁體的磁性能尤其是磁能積，是隨著O、Al、Nb等元素的不斷降低而上升的。因此本發(fā)明首先重點(diǎn)控制了R-Fe-B系燒結(jié)磁體生產(chǎn)過(guò)程中極難控制的氧元素，因?yàn)檠跏怯绊慠-Fe-B系磁體性能不斷上升的首要元素。隨著氧含量的增加，對(duì)于R-Fe-B系磁體性能有重要影響的富Nd相發(fā)生變化逐漸失去活性最終形成氧化物，導(dǎo)致磁體矯頑力下降甚至消失。氧含量對(duì)磁能積的影響可以由下述公式得出(BH)max＝α·1/4·Br2，可見(jiàn)要獲得高磁能積首先要獲得高Br，在R-Fe-B系燒結(jié)磁體中Br最高的是純NdFeB，其Br理論值為16kGs。實(shí)踐表明，當(dāng)磁體中金屬釹的含量提高1wt％時(shí)，Br下降約300Gs，相應(yīng)的(BH)max下降約2～3MGOe。對(duì)一個(gè)氧含量為3000ppm(即0.3wt％)的磁體，必須額外增加1.8wt％的Nd，才能保證磁體矯頑力和沒(méi)有這3000ppm氧的磁體相當(dāng)，但這將引起B(yǎng)r下降約540Gs，相應(yīng)的(BH)max下降約3～4MGOe；而對(duì)于氧含量在幾百個(gè)ppm的磁體，需要額外增加的Nd含量小于0.5％，Br下降將小于150Gs，即Br下降將小于1％，而由于富Nd相活性的提高，jHc將大幅提高，達(dá)到在高磁能積的條件下提高磁體矯頑力，和因富R相的減少而提高磁體耐蝕性的目的。
本發(fā)明在將氧含量控制在900ppm以下的前提下，控制Nd、Pr、Dy、Tb中的至少1種稀土元素在27～30.5wt％，B在0.9～1.1wt％，C在900ppm以下，N在900ppm以下的，H在10ppm以下，Cu在0.02～0.5wt％的范圍，做了任意添加選自Ti、V、Cr、Mn、Ga、Al、Zr、Nb、Mo、Co中的至少2種元素，其中Co為0.2～4wt％，其余元素均0.02～0.5wt％的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在這一范圍內(nèi)的R-Fe-B系燒結(jié)磁體，密度容易達(dá)到理論密度的99.5％以上，磁性能[(BH)max]+[jHc]之和達(dá)到64～75。
將本發(fā)明制造的磁體用ESPEC CORP的EHS-211M型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，做條件為130℃，95％rRH，2.7bar氣壓的HAST(Highly Accelerated StressTest)實(shí)驗(yàn)，20天磁體失重均小于2mg/cm2。
總之，本發(fā)明從成分設(shè)計(jì)到生產(chǎn)過(guò)程，通過(guò)控制磁體中各種元素的成分范圍，使富B相在磁體中幾乎消失，但保留了適量的富R相，生產(chǎn)過(guò)程中再控制鱗片結(jié)晶狀態(tài)、粉末的粒度、磁體的晶粒大小，使磁體密度達(dá)到理論密度的99.5％以上，從而獲得了耐蝕性?xún)?yōu)異的高性能R-Fe-B系燒結(jié)磁體。按本發(fā)明制造的磁體可以少添加或不添加Co做出耐蝕性很好的高性能磁體，節(jié)約了戰(zhàn)略金屬Co，降低了成本，能產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1、一種耐蝕性?xún)?yōu)異的高性能R-Fe-B系燒結(jié)磁體，其特征在于磁體在130℃，95％rRH，2.7bar條件下作HAST實(shí)驗(yàn)，20天磁體失重小于2mg/cm2；磁性能[(BH)max]+[jHc]數(shù)值之和達(dá)到64～75；磁體密度ρ達(dá)到7.56～7.8g/cm3；磁體由R-(Fe，TM)-Cu-B-X構(gòu)成，其中Cu為0.02～0.5wt％，B為0.9～1.1wt％，X＝O、C、N、H，且100ppm＜O＜900ppm、C＜900ppm、N＜900ppm、H＜10ppm，R指稀土元素Nd、Pr、Dy、Tb中的至少1種，且27wt％＜R的總量≤30.5wt％，TM＝Ti、V、Cr、Mn、Ga、Al、Zr、Nb、Mo、Co中的至少2種，且Co為0.2～4wt％，其余元素均0.02～0.5wt％，余量為Fe。
2、權(quán)利要求1所述的耐蝕性?xún)?yōu)異的高性能R-Fe-B系燒結(jié)體的生產(chǎn)方法，其特征在于方法步驟依次為，將純度大于99wt％的原材料，按比例配好，在200～700Kg/次的帶坯連鑄爐內(nèi)熔化，以3000～8000℃/s的冷卻速度澆鑄成合金片，合金片厚度為0.1～0.3mm；合金片進(jìn)入氫處理爐內(nèi)進(jìn)行氫粉碎，并在200～600℃的溫度脫氫至氫壓＜10Pa；氫碎之后，在惰性氣體或N2氣保護(hù)下的無(wú)氧環(huán)境中，送入中磨機(jī)再粉碎至粒度＜0.5mm，再經(jīng)氣流磨進(jìn)行微粉碎，并分級(jí)以調(diào)整粒度分布，最終獲得分布適宜的R-Fe-B粉末，平均粒徑d＝2～4μm；在無(wú)氧環(huán)境下進(jìn)入惰性氣體或N2氣保護(hù)的磁取向成型裝置中成型，壓坯密度控制在4.3g/cm3以上；然后在無(wú)氧環(huán)境下進(jìn)入燒結(jié)爐進(jìn)行800～1050℃×1～4hr燒結(jié)，最后進(jìn)行850～950℃×1～6hr和450～600℃×1～6hr時(shí)效即可制成本發(fā)明所述的磁體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁體及其制造方法，特別是一種耐蝕性?xún)?yōu)異的高性能R-(Fe，TM)-Cu-B-X系燒結(jié)磁體及其制造方法；該磁體做條件為130℃，95％rRH，2.7bar氣壓的HAST實(shí)驗(yàn)，20天磁體失重小于2mg/cm2，[(BH)max]+[jHc]之和達(dá)到64～75，磁體密度達(dá)到7.56～7.8g/cm3；在制造過(guò)程中采用惰性氣體或N2氣保護(hù)的無(wú)氧工藝技術(shù)，控制磁體中的氧、碳、氮、氫的含量，調(diào)整帶坯連鑄爐的冷卻速度，控制合金片的厚度、粉末的粒度、壓坯密度在特定范圍，得到具有優(yōu)異耐蝕性的高性能R-Fe-B系燒結(jié)磁體；大大節(jié)約了戰(zhàn)略金屬Co，降低了成本。
文檔編號(hào)H01F1/057GK101266856SQ20071011456
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者王玉林, 李廣軍, 史丙強(qiáng), 于永江, 陳貴榮, 徐兆浦 申請(qǐng)人:煙臺(tái)正海磁性材料有限公司