一種稀土永磁材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土永磁材料的制備方法。它采用的釹鐵硼合金粉末，通過連續(xù)兩次模壓工藝制備釹鐵硼磁體；在一次模壓時(shí)需施加取向磁場(chǎng)，得到各向異性的釹鐵硼生坯，在二次模壓時(shí)通過加熱加壓，得到致密的釹鐵硼磁體，而且磁體的尺寸接近最終產(chǎn)品的尺寸；并通過特殊的熱處理工藝來提高磁體磁性能。本發(fā)明的有益效果是：致密化溫度低，可抑制晶粒長(zhǎng)大，晶粒較燒結(jié)磁體細(xì)小，磁性能高；采用模壓工藝，磁體尺寸接近最終成品的尺寸，材料利用率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燒結(jié)釹鐵硼磁體；不需要專用快淬磁粉，不需要熱變形，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于熱壓/熱變形磁體；磁性能高，最大磁能積達(dá)到200kJm?3以上，遠(yuǎn)高于粘結(jié)釹鐵硼磁體。
【專利說明】
一種稀土永磁材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及磁性材料相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種稀土永磁材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自上世紀(jì)80年代釹鐵硼磁體問世以來，由于其優(yōu)異的磁性能迅速在電子、通訊、交 通運(yùn)輸、自動(dòng)化、醫(yī)療和新能源等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。到目前為止，釹鐵硼永磁材料是綜 合磁性能最優(yōu)異的永磁材料，被譽(yù)為"磁王"，對(duì)器件小型化、集成化和高效率具有重要意 義。
[0003] 按制備方法分，釹鐵硼磁體主要分為燒結(jié)、粘結(jié)、熱壓/熱變形磁體，其中以燒結(jié)釹 鐵硼用量最大。燒結(jié)釹鐵硼磁體的制備工藝主要是采用速凝工藝得到釹鐵硼合金，然后將 合金磨碎得到3-5WI1的粉末，將粉末放入磁場(chǎng)中取向成型得到生坯，將生坯在1040-1100°c 溫度燒結(jié)得到燒結(jié)釹鐵硼毛坯，毛坯再經(jīng)過機(jī)械加工最終得到燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)品。燒結(jié)磁體 的主要優(yōu)點(diǎn)是磁性能高，一般商用磁體的最大磁能積一般在200-400kJnf 3，日本NE0MAX公司 實(shí)驗(yàn)室水平最高達(dá)到474kjnf3,這也是迄今為止磁性材料的最高紀(jì)錄。而燒結(jié)釹鐵硼的主要 缺點(diǎn)是材料利用率低。這是因?yàn)槌松俨糠执笠?guī)格產(chǎn)品可以通過單片成型制得以外，其他 大部分燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)品都需要機(jī)械加工，綜合材料利用率約為66%，而對(duì)于一些薄片和異 形產(chǎn)品來說材料利用率不到50%。另外，燒結(jié)釹鐵硼磁體的燒結(jié)收縮率約為30%，加之生坯 的密度不均勻，所以燒結(jié)釹鐵硼的變形開裂是不可避免的，所以說燒結(jié)釹鐵硼磁體提高材 料利用率的空間還很大。
[0004] 熱壓/熱變形釹鐵硼磁體的制備工藝是將粒度約為200WI1的納米晶快淬釹鐵硼磁 粉在500-600°C熱壓致密得到各向同性磁體，然后再經(jīng)過850-950°C下熱變形得到各向異性 釹鐵硼磁體。一般來說，熱壓/熱變形磁體的內(nèi)稟矯頑力要比燒結(jié)釹鐵硼的略高，這是因?yàn)?熱壓/熱變形采用的溫度比燒結(jié)溫度低，時(shí)間短，所以晶粒更細(xì)小。而且熱壓/熱變形磁體可 以實(shí)現(xiàn)凈尺寸或接近凈尺寸成型，同時(shí)也可以有效地抑制磁體的變形開裂，所以材料利用 率較高。熱壓/熱變形磁體的主要缺點(diǎn)是成本高。首先熱壓所用的納米晶快淬磁粉價(jià)格較 高；同時(shí)熱變形工藝生產(chǎn)效率很低，所以生產(chǎn)成本高。
[0005] 粘結(jié)釹鐵硼磁體也是采用納米晶快淬磁粉制備的，通過添加一定比例的粘接劑將 磁粉粘結(jié)成的磁體。粘結(jié)釹鐵硼磁體的材料利用率很高，接近1〇〇%，而且可以實(shí)現(xiàn)異形產(chǎn) 品的制備。粘結(jié)欽鐵棚的最大缺點(diǎn)是磁性能低，粘結(jié)欽鐵棚磁體磁能積大都在6〇-90kJm 3。
[0006] 綜上所述，燒結(jié)釹鐵硼磁體的優(yōu)點(diǎn)是磁粉便宜，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，效率高，成本低;缺 點(diǎn)是燒結(jié)溫度高（1040°C以上），磁體晶粒容易長(zhǎng)大，材料利用率低，易變形開裂。熱壓/熱變 形磁體的優(yōu)點(diǎn)是磁體晶粒細(xì)小，材料利用率高;缺點(diǎn)是磁粉(熱壓/熱變形專用快淬粉)價(jià)格 高，熱變形效率低，成本高。粘結(jié)釹鐵硼磁體的優(yōu)點(diǎn)是材料利用率高，可以實(shí)現(xiàn)異形磁體的 生產(chǎn);主要缺點(diǎn)是磁性能低，粘結(jié)釹鐵硼磁體磁能積大都在60-90kJnf 3。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在上述的不足，提供了一種磁性能高且生產(chǎn)成本 低的稀土永磁材料的制備方法。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] 一種稀土永磁材料的制備方法，包括如下步驟：
[0010] (1)磁粉準(zhǔn)備:采用真空熔煉爐制備釹鐵硼合金，之后采用氫爆法或機(jī)械破碎法進(jìn) 行粗破碎，再采用氣流磨工藝進(jìn)行研磨制得釹鐵硼合金粉末；
[0011 ] (2)-次模壓:將粉末放入一次模壓的模具中模壓成型，同時(shí)對(duì)磁粉施加大于1T的 磁場(chǎng)；
[0012] (3)二次模壓:將一次模壓的產(chǎn)品置入二次模壓的模具內(nèi)，在真空或惰性氣體保護(hù) 下，將一次模壓的產(chǎn)品加熱后，然后施加壓力進(jìn)行二次模壓，得到致密化的磁體；
[0013] (4)熱處理:將經(jīng)過二次模壓的磁體置入真空爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，至少包括鈍化晶粒 尖角的均勻化熱處理和優(yōu)化晶界相分布的回火熱處理。
[0014] 本發(fā)明中，采用的釹鐵硼合金粉末，通過連續(xù)兩次模壓工藝制備釹鐵硼磁體;在一 次模壓時(shí)需施加取向磁場(chǎng)，得到各向異性的釹鐵硼生坯，在二次模壓時(shí)通過加熱加壓，得到 致密的釹鐵硼磁體，而且磁體的尺寸接近最終產(chǎn)品的尺寸；由于二次模壓后得到的磁體磁 性能很低，所以需要通過特殊的熱處理工藝來提高磁體磁性能。采用模壓工藝，產(chǎn)品接近最 終成品的尺寸，材料利用率高；無需熱變形，生產(chǎn)效率高，所以成本遠(yuǎn)低于熱壓/熱變形磁 體;磁性能達(dá)到200kjnf 3以上，遠(yuǎn)高于粘結(jié)釹鐵硼磁體。
[0015] 作為優(yōu)選，在步驟（1)中，所采用的釹鐵硼合金粉末為微米晶或單晶顆粒，研磨制 得的釹鐵硼合金粉末平均粒徑范圍控制在1-10M1。所采用的釹鐵硼粉末為微米晶、單晶顆 粒，故而采用普通真空熔煉爐制備即可，磁粉成本低。
[0016] 作為優(yōu)選，在步驟(1)中，在研磨制得釹鐵硼合金粉末之后，加入富稀土合金粉末， 富稀土合金粉末的組成成分為:稀土元素鐠、釹、鏑、鋱中的一種或多種，其他非稀土元素是 鋁、銅、鎵、鐵中的一種或多種，且稀土元素鐠、釹、鏑、鋱的質(zhì)量百分比之和大于50%;富稀 土合金粉末的添加比例為釹鐵硼合金粉末的0-30%。這樣可以降低二次模壓的溫度，有助 于抑制晶粒長(zhǎng)大并延長(zhǎng)模具使用壽命，同時(shí)提高生產(chǎn)效率。
[0017] 作為優(yōu)選，所述的富稀土合金粉末平均粒徑范圍控制在0.3-4WI1。使其與釹鐵硼合 金粉末的平均粒徑相近，抑制晶粒長(zhǎng)大。
[0018] 作為優(yōu)選，在步驟(3)中，二次模壓的模具是根據(jù)最終所需制備產(chǎn)品的形狀尺寸而 設(shè)計(jì)的，在步驟(2)中，一次模壓的模具是根據(jù)二次模壓的模具而設(shè)計(jì)的。這樣設(shè)計(jì)使得在 采用模壓工藝時(shí)，產(chǎn)品接近最終成品的尺寸，材料利用率高。
[0019] 作為優(yōu)選，在步驟(3)中，將一次模壓的產(chǎn)品加熱到550-1000°C，熱壓時(shí)間為1-30 分鐘，然后施加 l_500MPa的壓力進(jìn)行二次模壓。由于二次模壓的加熱溫度遠(yuǎn)低于燒結(jié)溫度， 所以磁體晶粒比傳統(tǒng)燒結(jié)磁體細(xì)小，磁性能高。
[0020] 作為優(yōu)選，在步驟(4)中，鈍化晶粒尖角的均勻化熱處理工藝如下：采用700-1000 °C保溫1-15小時(shí);優(yōu)化晶界相分布的回火熱處理工藝如下:采用400-650°C保溫1-6小時(shí)。通 過上述特殊的熱處理工藝來提高磁體磁性能，使得磁性能達(dá)到200kjnf 3以上，遠(yuǎn)高于粘結(jié)釹 鐵硼磁體，這也是該工藝能制得有商用價(jià)值磁體的關(guān)鍵工序。
[0021] 作為優(yōu)選，在步驟(4)之后，再增加去應(yīng)力處理工藝:采用150-350°C保溫0.5-3小 時(shí)。這樣有助于提高磁體的磁性能和抗彎強(qiáng)度。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是：
[0023] 1、致密化溫度低，可抑制晶粒長(zhǎng)大，晶粒較燒結(jié)磁體細(xì)小，磁性能高;通過顯微結(jié) 構(gòu)觀察可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明制得的磁體晶粒尺寸細(xì)小，為l-5wn，與釹鐵硼合金粉末的平均粒 徑相近，在二次模壓致密化過程中沒有發(fā)生明顯晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象；
[0024] 2、采用模壓工藝，磁體尺寸接近最終成品的尺寸，材料利用率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燒結(jié)釹 鐵硼磁體；
[0025] 3、不需要專用快淬磁粉，不需要熱變形，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于 熱壓/熱變形磁體；
[0026] 4、磁性能高，最大磁能積達(dá)到200kjnf3以上，遠(yuǎn)高于粘結(jié)釹鐵硼磁體。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0028] 實(shí)施例1:
[0029] 1、采用真空熔煉爐制備釹鐵硼合金，利用速凝薄片技術(shù)將主合金成分為 Nd26.25Pr8.75Fe64Bl (質(zhì)量百分含量）的合金制成薄片;然后利用氫爆法和氣流磨工藝將 速凝薄片制成平均粒徑為3.5mi的粉末；
[0030] 2、施加1 ? 5T的磁場(chǎng)，一次模壓得到毛坯尺寸R8 ? 1 X R3 ? 6 X 10，毛坯重量29 ? 97g;
[0031] 3、將一次模壓得到的毛坯置于二次模壓的模具內(nèi)，二次模壓的模具處于一個(gè)密閉 的空間，先抽空至8Xl(T 3Pa，再充氬氣到8X104Pa，然后升溫至780°C，沿厚度10的方向加壓 200MPa，保壓6分鐘后冷卻取出；
[0032] 4、將經(jīng)過二次模壓的磁體置入真空爐內(nèi)進(jìn)行二次熱處理，分別采用900°C保溫8小 時(shí)以及500°C保溫4小時(shí)工藝對(duì)熱壓毛坯進(jìn)行熱處理，制得規(guī)格為R8.1 X R3.6 X 5.3的磁體， 材料利用率100%，無掉角開裂，成品率100%。
[0033] 實(shí)施例2:
[0034] 1、采用實(shí)施例1中的磁體，在步驟1之后制得的釹鐵硼合金粉末中添加5 % Nd70Cu30(質(zhì)量百分含量)富稀土合金粉末，其中釹銅合金粉末的平均粒徑為3mi;
[0035] 2、在步驟3中，熱壓溫度為680°C，其他工藝與實(shí)施例1相同。
[0036] 實(shí)施例3:
[0037]將實(shí)施例2的磁體在經(jīng)過步驟4的熱處理后，進(jìn)行340°CX 2.5小時(shí)的去應(yīng)力回火處 理。
[0038]比較例1:
[0039]采用與實(shí)施例1同批磁粉取向成型，生坯規(guī)格43.56 X 39.6 X 29.82，按傳統(tǒng)燒結(jié)工 藝在1068°C燒結(jié)致密化，與實(shí)施例1相同工藝熱處理。
[0040] 燒結(jié)毛坯規(guī)格33 X 30 X 2，線切割成R8.1 X R3.6 X 5.5的黑片并進(jìn)行內(nèi)外弧磨加 工，最終得到R8.1 X R3.6 X 5.3的磁體，材料利用率76 %，機(jī)械加工費(fèi)用0.3元/只，加工過程 中有掉角，成品率98%。
[0041 ]實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3與比較例1的制備工藝及產(chǎn)品特性對(duì)比見表1。實(shí)施例2 和實(shí)施例3中模壓致密化后磁體的平均晶粒尺寸大約為3.6wii，與磁粉的粒度接近;實(shí)施例1 中磁體平均晶粒尺寸為3.8wn，在高溫模壓致密化過程中晶粒長(zhǎng)大非常小。比較例1磁體的 平均晶粒尺寸約為5.5WH，這說明該技術(shù)對(duì)晶粒細(xì)化有明顯效果。表明采用本發(fā)明的制備工 藝可以明顯的減小磁體晶粒尺寸，而且晶界相分布更均勻。由于使用該發(fā)明制備的磁體產(chǎn) 品外形尺寸無需加工即可滿足部分客戶使用要求，所以材料利用率接近1〇〇%，對(duì)于公差要 求較高的產(chǎn)品需要進(jìn)行簡(jiǎn)單加工。采用該技術(shù)制備的產(chǎn)品在機(jī)械加工性能方面優(yōu)于傳統(tǒng)工 藝，所以成品率有所提升，甚至可以達(dá)到1〇〇%。
[0042]表 1
[0044] 采用不同工藝制備的釹鐵硼磁體各項(xiàng)磁性能指標(biāo)見表2。采用二次模壓工藝制得 的釹鐵硼磁體磁性能，特別是Hcj很低，達(dá)不到商用磁體的要求，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?二 次模壓磁體的熱處理工藝與傳統(tǒng)釹鐵硼磁體熱處理工藝有明顯不同，首先需要進(jìn)行均勻化 熱處理用以鈍化晶粒尖角，然后進(jìn)行優(yōu)化晶界結(jié)構(gòu)的回火熱處理。通過上述熱處理后磁體 的磁性能有了明顯提升，與燒結(jié)釹鐵硼磁體相近，甚至有部分指標(biāo)優(yōu)于燒結(jié)釹鐵硼磁體，遠(yuǎn) 尚于粘結(jié)欽鐵棚。
[0045] 在實(shí)施例2中，通過添加富稀土合金粉末，可以降低磁體致密化溫度，從而進(jìn)一步 細(xì)化晶粒，磁體Hcj也有一定提尚。
[0046] 在實(shí)施例3中，去應(yīng)力處理可以進(jìn)一步改善磁體磁性能，特別是磁體方形度(Hk/ He j )，有利于提高磁體的最大磁能積和減小磁體的不可逆磁通損失。
[0047] 表 2
[0048]
[0049] 從上述表1和表2中實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和對(duì)比例1的比較可知，本發(fā)明通過 熱壓燒結(jié)釹鐵硼生坯能夠制得晶粒細(xì)小、成本低廉的稀土永磁材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種稀土永磁材料的制備方法，其特征是，包括如下步驟： (1) 磁粉準(zhǔn)備:采用真空熔煉爐制備釹鐵硼合金，之后采用氫爆法或機(jī)械破碎法進(jìn)行粗 破碎，再采用氣流磨工藝進(jìn)行研磨制得釹鐵硼合金粉末； (2) -次模壓：將粉末放入一次模壓的模具中模壓成型，同時(shí)對(duì)磁粉施加大于IT的磁 場(chǎng)； (3) 二次模壓:將一次模壓的產(chǎn)品置入二次模壓的模具內(nèi)，在真空或惰性氣體保護(hù)下， 將一次模壓的產(chǎn)品加熱后，然后施加壓力進(jìn)行二次模壓，得到致密化的磁體； (4) 熱處理:將經(jīng)過二次模壓的磁體置入真空爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，至少包括鈍化晶粒尖角 的均勻化熱處理和優(yōu)化晶界相分布的回火熱處理。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土永磁材料的制備方法，其特征是，在步驟（1)中，所采 用的釹鐵硼合金粉末為微米晶或單晶顆粒，研磨制得的釹鐵硼合金粉末平均粒徑范圍控制 在I -IOym〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種稀土永磁材料的制備方法，其特征是，在步驟（1)中， 在研磨制得釹鐵硼合金粉末之后，加入富稀土合金粉末，富稀土合金粉末的組成成分為:稀 土元素鐠、釹、鏑、鋱中的一種或多種，其他非稀土元素是鋁、銅、鎵、鐵中的一種或多種，且 稀土元素鐠、釹、鏑、鋱的質(zhì)量百分比之和大于50% ;富稀土合金粉末的添加比例為釹鐵硼 合金粉末的0-30 %。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種稀土永磁材料的制備方法，其特征是，所述的富稀土合金 粉末平均粒徑范圍控制在0.3-4μπι。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土永磁材料的制備方法，其特征是，在步驟(3)中，二次 模壓的模具是根據(jù)最終所需制備產(chǎn)品的形狀尺寸而設(shè)計(jì)的，在步驟(2)中，一次模壓的模具 是根據(jù)二次模壓的模具而設(shè)計(jì)的。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土永磁材料的制備方法，其特征是，在步驟(3)中，將一 次模壓的產(chǎn)品加熱到550-1000°C，熱壓時(shí)間為1-30分鐘，然后施加 l-500MPa的壓力進(jìn)行二 次模壓。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土永磁材料的制備方法，其特征是，在步驟(4)中，鈍化 晶粒尖角的均勻化熱處理工藝如下：采用700-1000°C保溫1-15小時(shí);優(yōu)化晶界相分布的回 火熱處理工藝如下:采用400-650°C保溫1-6小時(shí)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土永磁材料的制備方法，其特征是，在步驟(4)之后，再 增加去應(yīng)力處理工藝:采用150-350°C保溫0.5-3小時(shí)。
【文檔編號(hào)】H01F1/08GK105957675SQ201610405246
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】郝忠彬, 韓相華, 章曉峰, 洪群峰
【申請(qǐng)人】浙江東陽東磁稀土有限公司