一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，將燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體和擴(kuò)散合金片疊放在一起，放在熱壓爐中；對熱壓爐抽真空，待真空度達(dá)到設(shè)定值，對熱壓爐升溫，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時，開始施加壓力并保壓；將擴(kuò)散后的試樣放入高真空爐中退火處理；擴(kuò)散合金片為低熔點(diǎn)共晶擴(kuò)散合金，表示為R-TM，R為Sc、Y、La、Ce、Pr或Nd中的一種或幾種，TM為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的一種或幾種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，按照本發(fā)明提供的加壓擴(kuò)散方法改性后的燒結(jié)釹鐵硼磁體具有擴(kuò)散劑擴(kuò)散深度大，晶界相分布均勻，矯頑力高等優(yōu)點(diǎn)。特別是本發(fā)明設(shè)計出的低熔點(diǎn)擴(kuò)散合金不含貴重的重稀土元素鏑，原料成本相對低廉，擴(kuò)散溫度低，擴(kuò)散過程中能耗少。
【專利說明】一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，屬于稀土永磁材料技術(shù) 領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 具有"磁王"美譽(yù)的第三代永磁材料--釹鐵硼（NdFeB)自從問世以來一直是學(xué) 術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點(diǎn)。目前，大多數(shù)高矯頑力釹鐵硼磁體的制備都是通過重稀土元素 鏑對釹元素的替換加入來實現(xiàn)的，例如，室溫下具有3T高矯頑力的釹鐵硼磁體中的鏑的含 量高達(dá)10wt%。但是采用鏑元素替換釹元素存在以下不足：一方面，鏑原子與鐵原子的反 磁化耦合降低了磁體的磁化強(qiáng)度；另一方面，鏑在自然界儲量遠(yuǎn)低于釹，其市場價格遠(yuǎn)高于 釹，鏑的加入大大增加了磁體的生產(chǎn)制造成本和對自然資源的壓力。近年來，國內(nèi)外研究學(xué) 者開發(fā)出的鏑的氟化物涂覆晶界擴(kuò)散和鏑的飽和蒸氣滲透技術(shù)成為燒結(jié)釹鐵硼性能改進(jìn) 的研究熱點(diǎn)。然而，對于燒結(jié)釹鐵硼磁體來說，目前的晶界滲透技術(shù)的擴(kuò)散深度有限，對樣 品的尺寸要求嚴(yán)格，一般只能處理薄片磁體。同時，鏑及其化合物擴(kuò)散劑價格昂貴，在擴(kuò)散 過程中利用率較低。目前晶界擴(kuò)散技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用尚未成熟，還不能大范圍替代現(xiàn)有的利 用重稀土添加的方式來制備高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體的傳統(tǒng)工藝。就目前的技術(shù)水平和晶 界擴(kuò)散技術(shù)的特點(diǎn)來看，在短期內(nèi)提高擴(kuò)散劑的利用和回收效率的可能性不大。因此，能否 尋找出更加先進(jìn)的晶界擴(kuò)散工藝與相對廉價的擴(kuò)散劑已成為晶界擴(kuò)散技術(shù)在釹鐵硼永磁 材料制備領(lǐng)域能否推廣應(yīng)用的關(guān)鍵所在。
[0003] 中國專利CN 101845637 A公布了一種燒結(jié)釹鐵硼（Nd-Fe-B)磁體合金改性的 加工工藝，通過對燒結(jié)釹鐵硼磁體合金成分的局部改變，即將適當(dāng)重量的重稀土氧化物 (Dy 2O3Jb4O7)或氟化物（DyF3,TbF 3)的粉末溶于濃度適當(dāng)?shù)乃崛軇﹥?nèi)，將磁體浸泡其中適當(dāng) 時間后，取出烘干，磁體表面即覆蓋重稀土粉末薄層，將此磁體置于氬氣爐內(nèi)先后進(jìn)行熱擴(kuò) 散處理，然后進(jìn)行退火處理。該方法既能有效提高磁體矯頑力，又能降低所需添加的重稀土 用量。但是該處理方法還是存在著目前常見擴(kuò)散工藝擴(kuò)散深度不足的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種提高燒結(jié)釹鐵 硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0006] -種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、將燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體和擴(kuò)散合金片疊放在一起，放在熱壓爐中；
[0008] 步驟二、對熱壓爐抽真空，待真空度達(dá)到設(shè)定值，對熱壓爐升溫，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定 值時，開始施加壓力并保壓，壓力方向與易磁化軸（C軸）平行，融化的擴(kuò)散合金片合金在壓 力的作用下，擴(kuò)散到部分熔融的晶界處，擴(kuò)散合金片內(nèi)合金和熔融的晶界發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在 晶界處形成均勻的稀土元素富集層，起到有效的磁隔離效果，保壓結(jié)束后隨爐冷卻至室溫， 取出試樣；
[0009] 步驟三、將擴(kuò)散后的試樣放入高真空爐中退火處理，，退火可以有效降低熱壓過程 產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，均勻化晶界相成分，減少晶界缺陷，有效提高磁體的磁性能，退火處理結(jié)束 后隨爐冷卻至室溫。
[0010] 步驟二中，真空度設(shè)定值為IXKT2Pa以下，溫度設(shè)定值為550?800°C，施加壓力 為10?60MPa，保壓時間1?6h。
[0011] 步驟三中，高真空爐內(nèi)真空度< IX KT3Pa,退火處理的溫度為450?600°C，退火 處理時間為1?6h。
[0012] 所述的燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體指平均晶粒尺寸在1?10 μ m之間的釹鐵硼磁體。
[0013] 所述的擴(kuò)散合金片為低烙點(diǎn)共晶擴(kuò)散合金，表不為R-TM，所述的R為Sc、Y、La、Ce、 Pr或Nd中的一種或幾種，所述的TM為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的一種或幾種。
[0014] 作為優(yōu)選，所述的R為Ce、Pr或NcL
[0015] 作為優(yōu)選，所述的TM為Cr、Fe、Co、Cu或Zn。
[0016] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述的擴(kuò)散合金片為低熔點(diǎn)三元共晶合金Nd63.5Cu 3(lFe6.5。
[0017] 所述的擴(kuò)散合金片切割成0. 3?0. 6mm的合金薄片。
[0018] 步驟一中，在燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體和擴(kuò)散合金片疊放前，將待處理的燒結(jié)態(tài)釹鐵硼 磁體及擴(kuò)散合金片用砂紙打磨并用酒精超聲清洗干凈；
[0019] 步驟二中，燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體及擴(kuò)散合金片與熱壓爐模具接觸部分均用石墨紙隔 開。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0021] 1)本發(fā)明擴(kuò)散工藝之所以能克服目前常用的擴(kuò)散工藝擴(kuò)散深度的不足是因為本 發(fā)明的擴(kuò)散過程是在壓力下完成的，壓力的存在增加了熔融擴(kuò)散合金的擴(kuò)散動能，使熔融 的R-TM合金能夠沿著熔融的晶界擴(kuò)散到磁體內(nèi)部。同時，壓力在一定程度了也使晶界沿著 垂直于壓力的方向（C軸）增寬，而研究表明，垂直于C軸方向的A面從晶體學(xué)取向上來說 是擴(kuò)散劑難以附著的面，沿著C軸的增寬在一定程度上彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)；
[0022] 2)本發(fā)明根據(jù)相圖軟件設(shè)計出擴(kuò)散合金均為低熔點(diǎn)共晶合金，共晶合金具有熔點(diǎn) 低、流動性好等優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明首選的低烙點(diǎn)三元共晶合金Nd 63.5Cu3(lFe6.5，其烙點(diǎn)僅為 486°C。低的擴(kuò)散合金熔點(diǎn)意味著在相同的擴(kuò)散溫度下，擴(kuò)散合金液有更高的過熱度，更大 的擴(kuò)散勢能，從而在擴(kuò)散過程中達(dá)到更大的擴(kuò)散深度。目前，燒結(jié)釹鐵硼磁體的擴(kuò)散一般都 采用鏑化物或者鏑蒸氣，擴(kuò)散溫度較高，一般在900°C左右，擴(kuò)散深度較淺，對擴(kuò)散磁體的尺 寸要求嚴(yán)格。相比之下，該擴(kuò)散工藝更加節(jié)能環(huán)保，適用性更廣；
[0023] 3)本發(fā)明在熱處理過程中均采用隨爐升溫和隨爐降溫的熱處理工藝，沒有采用一 般預(yù)研試驗保溫后快速冷卻的工藝。同時，寬松的擴(kuò)散溫度區(qū)間范圍保證了合金在工業(yè)化 大批量生產(chǎn)制造過程中的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，降低了對退火設(shè)備的技術(shù)要求。因此，本發(fā)明更 接近生產(chǎn)實踐。
[0024] 按照本發(fā)明提供的加壓擴(kuò)散方法改性后的燒結(jié)釹鐵硼磁體具有擴(kuò)散劑擴(kuò)散深度 大，晶界相分布均勻，矯頑力高等優(yōu)點(diǎn)。特別是本發(fā)明設(shè)計出的低熔點(diǎn)擴(kuò)散合金不含貴重的 重稀土元素鏑，原料成本相對低廉，擴(kuò)散溫度低，擴(kuò)散過程中能耗少。本發(fā)明提供的新型擴(kuò) 散方法因其相對低廉的技術(shù)成本和優(yōu)異的磁性能將在高性能釹鐵硼制備領(lǐng)域具有巨大的 潛在應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為對比例1、對比例2、對比例3及實施例3中磁體的退磁曲線；
[0026] 圖2為對比例1和實施例3中磁體的B-H曲線。

【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028] 由于本發(fā)明設(shè)計出的擴(kuò)散用R-TM低熔點(diǎn)共晶合金種類較多，其擴(kuò)散實施過程和 作用機(jī)理基本相同，下面僅以具有代表性的低熔點(diǎn)共晶Nd 63.5Cu3(lFe6.5擴(kuò)散合金為例，通過 幾組具有代表性的實施例和對比例的制備及性能檢測來對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā) 明并不僅僅局限于這些實施例，本發(fā)明所用的燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體來源于工業(yè)生產(chǎn)一線，磁 體均為同一批次，同一牌號。
[0029] Nd63.5Cu3(lFe6.5擴(kuò)散合金片的制備：
[0030] 根據(jù)合金成分配比（Nd63.5Cu3QFe 6.5)稱取純度大于99. 9 %的NcUFe和Cu,將原料放 入電弧爐中，抽真空至IXHT3Pa以下，先將吸氧Ti塊融化耗盡殘留腔內(nèi)的氧氣，然后反復(fù) 將各個試樣熔煉4?5遍，并在熔煉的過程中施加電磁攪拌，保證組分分布均勻。
[0031] 將熔煉好的紐扣狀鑄錠用砂輪打磨干凈表層，利用電火花切割機(jī)切割成厚度在 0. 3?0. 6_的薄片，切割后將薄片用細(xì)砂紙打磨掉氧化皮，放在酒精中超聲清洗干凈。
[0032] 實施例1
[0033] 1)將尺寸為4X7X27mm3的燒結(jié)態(tài)樣品用砂紙打磨掉表層氧化層，用酒精超聲清 洗干凈。
[0034] 2)將一片Nd63.5Cu3(lFe 6.5合金片放在步驟1所準(zhǔn)備的磁體下方，將合金片與磁體放 在熱壓模具塊中間，合金片與模具，磁體與模具間均用石墨紙隔開。
[0035] 3)將熱壓爐抽真空至IX KT2Pa,運(yùn)行加熱程序，待溫度達(dá)到800°C，施加壓力 lOMpa，壓力方向與C軸平行，保壓6h，隨爐冷卻至室溫，取出試樣。
[0036] 4)將擴(kuò)散后的試樣放入高真空（< IX I(T3Pa)管式爐中500°C退火，保溫時間3h， 退火結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。
[0037] 實施例2
[0038] 1)同實施例1步驟1 ;
[0039] 2)同實施例1步驟2;
[0040] 3)將熱壓爐抽真空至I X ΚΓ2,運(yùn)行加熱程序,待溫度達(dá)到750°C，施加壓力30Mpa， 壓力與C軸平行，保壓3h，隨爐冷卻至室溫，取出試樣；
[0041] 4)將擴(kuò)散后的試樣放入高真空（< IX I(T3Pa)管式爐中450°C退火，保溫時間6h， 退火結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。
[0042] 實施例3
[0043] 1)同實施例1步驟1 ;
[0044] 2)同實施例1步驟2;
[0045] 3)將熱壓爐抽真空至I X ΚΓ2,運(yùn)行加熱程序,待溫度達(dá)到750°C，施加壓力40Mpa， 保壓3h，隨爐冷卻至室溫，取出試樣；
[0046] 4)將擴(kuò)散后的試樣放入高真空（< IX I(T3Pa)管式爐中550°C退火，保溫時間2h， 退火結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。
[0047] 實施例4
[0048] 1)同實施例1步驟1 ;
[0049] 2)同實施例1步驟2;
[0050] 3)將熱壓爐抽真空至I X ΚΓ2,運(yùn)行加熱程序,待溫度達(dá)到600°C，施加壓力60Mpa， 壓力方向與C軸平行，保壓lh，隨爐冷卻至室溫，取出試樣；
[0051] 4)將擴(kuò)散后的試樣放入高真空（< IX I(T3Pa)管式爐中600°C退火，保溫時間lh， 退火結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。
[0052] 實施例5
[0053] 1)同實施例1步驟1 ;
[0054] 2)同實施例1步驟2;
[0055] 3)將熱壓爐抽真空至I X ΚΓ2,運(yùn)行加熱程序，待溫度達(dá)到550°C，施加壓力30Mpa， 壓力方向與C軸平行，保壓4h，隨爐冷卻至室溫，取出試樣；
[0056] 4)將擴(kuò)散后的試樣放入高真空（< IX I(T3Pa)管式爐中580°C退火，保溫時間2h， 退火結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。
[0057] 實施例6
[0058] 1)同實施例1步驟1 ;
[0059] 2)同實施例1步驟2;
[0060] 3)將熱壓爐抽真空至I X ΚΓ2,運(yùn)行加熱程序,待溫度達(dá)到800°C，施加壓力40Mpa， 保壓2h，壓力方向與C軸平行，隨爐冷卻至室溫，取出試樣；
[0061] 4)將擴(kuò)散后的試樣放入高真空（< IX I(T3Pa)管式爐中580°C退火，保溫時間4h， 退火結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。
[0062] 對比例1
[0063] 該對比例為未經(jīng)處理的燒結(jié)態(tài)釹鐵硼胚料。
[0064] 對比例2
[0065] 1)將尺寸為4X7X27mm3的燒結(jié)態(tài)樣品用砂紙打磨掉氧化皮，用酒精超聲清洗干 凈，然后浸泡在DyF3的酒精溶液中（DyF3和酒精質(zhì)量比I : 1)超聲涂覆lmin，將涂覆好的 樣品用吹風(fēng)機(jī)吹干；
[0066] 2)將涂覆好的樣品放入高真空管式爐中，將管式爐抽真空至IX KT3以下，運(yùn)行加 熱程序，在900°C等溫3h，快速冷卻到室溫后取出樣品；
[0067] 3)將擴(kuò)散后的試樣放入高真空（< IX I(T3Pa)管式爐中520°C退火，保溫時間2h， 退火結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。
[0068] 對比例3
[0069] 1)將尺寸為4X7X27mm3的燒結(jié)態(tài)樣品用砂紙打磨掉氧化皮，用酒精超聲清洗干 凈，然后浸泡在DyF3的酒精溶液中（DyF3和酒精質(zhì)量比I : 1)超聲涂覆lmin，將涂覆好的 樣品用吹風(fēng)機(jī)吹干；
[0070] 2)將涂覆好的樣品放在熱壓爐的石墨模具塊中間，樣品與石墨接觸的面用石墨紙 隔開：
[0071] 3)將熱壓爐抽真空至I X 1(Γ2,運(yùn)行加熱程序，待溫度達(dá)到850°C，施加壓力40Mpa， 壓力方向與C軸平行，保壓3h，隨爐冷卻至室溫，取出試樣。
[0072] 4)同實施例1步驟4。
[0073] 米用 Physical Property Measurement System(PPMS)測量設(shè)備測試各實施例 及對比例的剩余磁極化強(qiáng)度1和內(nèi)稟矯頑力Hcd，根據(jù)測試結(jié)果計算出樣品的最大磁能積 (BH) max。各實施例及對比例JpHcu.、（BH)max見表1。
[0074] 表1各實施例與對比例的磁性能對照表

【權(quán)利要求】
1. 一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、將燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體和擴(kuò)散合金片疊放在一起，放在熱壓爐中； 步驟二、對熱壓爐抽真空，待真空度達(dá)到設(shè)定值，對熱壓爐升溫，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時， 開始施加壓力并保壓，保壓結(jié)束后隨爐冷卻至室溫，取出試樣； 步驟三、將擴(kuò)散后的試樣放入高真空爐中退火處理，退火處理結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，其特征在于， 步驟二中，真空度設(shè)定值為IX l(T2Pa以下，溫度設(shè)定值為550?800°C，施加壓力為10? 60MPa，保壓時間1?6h。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，其特征在于， 步驟三中，高真空爐內(nèi)真空度在1 X l(T3Pa以下，退火處理的溫度為450?600°C，退火處理 時間為1?6h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，其特征在于， 所述的燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體指平均晶粒尺寸在1?10 um之間的釹鐵硼磁體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，其特征在于， 所述的擴(kuò)散合金片為低熔點(diǎn)共晶擴(kuò)散合金，表示為R-TM， 所述的R為Sc、Y、La、Ce、Pr或Nd中的一種或幾種， 所述的TM為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的一種或幾種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，其特征在于， 所述的R為Ce、Pr或Nd。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，其特征在于， 所述的 TM 為 Cr、Fe、Co、Cu 或 Zn。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，其特征在于， 所述的擴(kuò)散合金片為低熔點(diǎn)三元共晶合金Nd63.5Cu3(lFe 6.5。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，其特征在于， 所述的擴(kuò)散合金片切割成〇. 3?0. 6mm的合金薄片。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高燒結(jié)釹鐵硼磁性能的晶界擴(kuò)散方法，其特征在于， 步驟一中，在燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體和擴(kuò)散合金片疊放前，將待處理的燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體及擴(kuò) 散合金片用砂紙打磨并用酒精超聲清洗干凈； 步驟二中，燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體及擴(kuò)散合金片與熱壓爐模具接觸部分均用石墨紙隔開。
【文檔編號】H01F1/08GK104388951SQ201410682495
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】陳夫剛, 張瀾庭, 張鐵橋, 王靜 申請人:上海交通大學(xué)