一种高性能钕铁硼磁体的制备方法与流程

一种高性能钕铁硼磁体的制备方法
1.技术领域
2.本技术涉及磁体材料制备技术领域，尤其是涉及一种高性能钕铁硼磁体的制备方法。
3.

背景技术：

4.钕铁硼磁体是迄今为止磁性最强的永磁材料，它被广泛的应用于电子、机电、仪表和医疗等诸多领域，是当今世界上发展最快，市场前景最好的永磁材料。近些年来，随着计算机、通讯器材以及汽车生产的快速发展，对钕铁硼磁体材料的需求量激增；而且对磁体的具体应用，如车用电机等方面，在小型化、轻量化及节能环保等方面提出了进一步的要求，同时对磁体性能的要求越来越高。
5.钕铁硼磁体材料的主要磁性能指标为剩磁br、矫顽力hc、磁能积(bh)max和居里温度tc。铁硼磁体剩磁br以及磁能积(bh)max主要由：主相体积数、取向度和相对密度等来决定。
6.传统钕铁硼磁体通过取向压型工艺制备成生坯，此时受外界磁场大小、磁场分布均匀性及磁粉受力等因素，使得部分磁粉的磁化方向发生改变，导致生坯取向程度不充分。因此研究一种能够弥补取向压型中生坯取向程度不充分的技术非常有必要。
7.

技术实现要素：

8.为了解决现有技术中在取向压型中生坯取向度不充分的技术问题，本技术提供一种高性能钕铁硼磁体的制备方法，该方法包括将烧结后的钕铁硼磁体的毛坯于磁场环境中进行退火热处理的步骤，通过在退火热处理过程中引入直流磁场能够有效解决钕铁硼磁体在取向压型时取向度破坏降低磁性能的问题。
9.为此，本技术第一方面提供了一种高性能钕铁硼磁体的制备方法，所述方法包括将烧结后的钕铁硼磁体的毛坯于磁场环境中进行退火热处理的步骤。
10.本技术所述方法在退火热处理过程中引入直流磁场可以诱导晶粒生长，磁场的作用主要包含两个方面，即抑制熔体的流动和与电场交互作用产生电磁搅拌。当流体在直流磁场中运动时，内部产生感应电流，此时带电粒子处在磁场中，运动方向不与磁力线平行的粒子会受洛伦兹力作用，洛伦兹力f＝q
·v·
b，其中粒子自身所带电荷q和该粒子的运动速度v受粒子自身特性影响无法干预，因此需要提高磁场强度b使粒子受力增大，从而更容易使粒子运动到与磁力线平行的方向上来，使磁体的取向度进一步增加，从而制备出高性能的钕铁硼磁体。
11.在一些实施方式中，所述磁场为平行磁场，且其磁力线方向与地磁场的磁力线方向同向平行。通过采用上述磁场，能够减小地磁场的影响。
12.在一些实施方式中，所述磁场为直流磁场。在一些优选的实施方式中，所述直流磁场的磁感应强度为0.5～2t。在本技术的一些具体实施例中，所述直流磁场的磁感应强度例如可以为0.5t、0.8t、1.0t、1.2t、1.5t或2.0t等。在本技术的一些更为优选的实施方式中，所述流磁场的磁感应强度为1～2t。
13.本技术通过采用具有上述磁感应强度的直流磁场能够有效改善磁体的取向度，从而制备出高性能的钕铁硼磁体。
14.在一些实施方式中，所述退火热处理包括：在真空环境下，将温度升温至700～1000℃加热2～5h，然后降温至300～500℃保温5～10h。
15.本技术对所述升温的升温速率没有明确限定，其为本领域的常规选择。在本技术的一些具体实施方式中，所述升温的升温速率可以为(10～20)℃/min。
16.同样地，本技术对所述降温的降温速率也没有明确限定，其为本领域的常规选择。在本技术的一些具体实施方式中，所述降温的降温速率可以为(15～25)℃/min。
17.在一些实施方式中，所述真空环境的真空度为(0.5～5)
×
10-3
pa。在一些具体的实施方式中，所述真空环境的真空度可以为1
×
10-3
pa。
18.本技术通过采用上述条件的退火热处理能够有效改善磁体的微观结构，进而提高钕铁硼磁体的性能。
19.在一些实施方式中，所述方法具体包括以下步骤：s1，将钕铁硼磁体的原料制成甩带片后进行氢破碎和气流磨处理，获得钕铁硼磁粉；s2，将所述钕铁硼磁粉进行取向压型，获得钕铁硼磁体的生坯；s3，将所述钕铁硼磁体的生坯进行烧结处理，获得烧结后的钕铁硼磁体的毛坯；s4，将所述烧结后的钕铁硼磁体的毛坯于磁场环境中进行退火热处理，获得所述钕铁硼磁体。
20.本技术所述方法适用于钕铁硼各类原料配比，因此本技术对所述钕铁硼磁体的原料没有明确限定。在本技术的一些具体实施方式中，步骤s1中，以钕铁硼磁体的原料的总重量计，所述钕铁硼磁体的原料可以由以下组分组成：0.1～29.9wt％的钕(nd)，0.1～29.9wt％的镨(pr)，0.1～5wt％的硼(b)，0.1～1wt％的钴(co)，0.1～1wt％的铌(nb)，0.01～0.05wt％的镁(mg)，0.01～0.1wt％的钙(ca)和余量的铁(fe)；其中，钕和镨的重量之和为30wt％。
21.在本技术的一些优选的实施方式中，步骤s1中，以钕铁硼磁体的原料的总重量计，所述钕铁硼磁体的原料由以下组分组成：5～15wt％的钕，15～25wt％的镨，0.5～1.5wt％的硼，0.1～0.5wt％的钴，0.1～0.5wt％的铌，0.01～0.05wt％镁，0.01～0.1wt％钙和余量的铁；其中，钕和镨的重量之和为30wt％。
22.在本技术的一些最为优选的实施方式中，步骤s1中，以钕铁硼磁体的原料的总重量计，所述钕铁硼磁体的原料由以下组分组成：10wt％的钕，20wt％的镨，1wt％的硼，0.1wt％的钴，0.1wt％的铌，0.01％镁，0.01wt％钙和68.78wt％的铁。
23.本技术对所述钕铁硼磁体的原料制成的甩带片的厚度没有明确限定。在一些具体实施方式中，所述甩片的厚度可以为0.1～1mm。
24.本技术对氢破碎和气流磨处理的工艺没有明确限定，其为本领域的常规工艺。通过氢破碎可以将甩带片处理成粗粉，然后通过气流磨进一步将其制备成粒度为1～5μm的细粉。
25.本技术中，步骤s2对所述钕铁硼磁粉进行取向压型过程中的磁感应强度可以为0.5～5t。本技术中，优选将取向压型后的产物进行冷等静压处理，进而获得钕铁硼磁体的生坯。
26.在一些实施方式中，步骤s3中，所述烧结处理包括：在真空环境下，将温度升温至200～300℃保温2～3h，然后升温至500～600℃进行脱氢，最后升温至900～1200℃下保温5～6h后冷却。
27.本技术对所述升温的升温速率没有明确限定，其为本领域的常规选择。在本技术的一些具体实施方式中，所述升温的升温速率可以为(5～15)℃/min。
28.上述烧结处理过程中，在200～300℃保温2～3h，以对所述毛坯进行排气脱脂；在500～600℃的保温时间以确保对毛坯进行脱氢完成为准；在900～1200℃下保温6h以完成对所述毛坯的致密化烧结。
29.在一些实施方式中，所述真空环境的真空度为(0.5～5)
×
10-3
pa。在一些具体的实施方式中，所述真空环境的真空度可以为5
×
10-2
pa。
30.本技术通过采用上述条件的烧结处理能够有效提高磁体的致密化程度，进而提高钕铁硼磁体的性能。
31.在本技术的一些具体实施方式中，所述高性能钕铁硼磁体的制备方法具体包括以下步骤：(1)将钕铁硼磁体的原料在真空甩带炉中制成厚度为0.1～1mm甩带片后进行氢破碎和气流磨处理，获得粒径为1～5μm的钕铁硼磁粉；(2)将所述钕铁硼磁粉倒入取向压型机，在磁感应强度为0.5～5t下进行取向压型，然后经冷等静压处理后获得钕铁硼磁体的生坯；(3)将所述钕铁硼磁体的生坯用氮气保护转入真空烧结炉中抽真空到(0.5～5)
×
10-3
pa开始以(5～15)℃/min升温，200～300℃保温2～3h，继续升温至500～600℃进行脱氢，继续升温至900～1200℃下保温6h后冷却，获得烧结后的钕铁硼磁体的毛坯；(4)将所述烧结后的钕铁硼磁体的毛坯转入磁感应强度为0.5～2t的磁场退火炉中抽真空到(0.5～5)
×
10-3
pa开始以(10～20)℃/min升温，在700～1000℃加热2～5h后，以(15～25)℃/min降温至300～500℃保温5～10h，获得所述钕铁硼磁体。
32.本技术第二方面提供了一种高性能钕铁硼磁体，其采用如本技术第一方面所述的方法制备而成。
33.本技术中所述钕铁硼磁体在制备的过程中将烧结后的钕铁硼磁体的毛坯于磁场环境中进行退火热处理，增加了磁体的取向度，进而使其性能较好。
34.有益技术效果：本技术所述方法增加了磁场退火热处理工艺，将烧结后的钕铁硼磁体的毛坯于磁场环境中进行退火热处理，解决了钕铁硼磁体在压型取向时取向度不充分的问题，可在热处理阶段进一步增加磁体的取向度，以使制得的钕铁硼磁体具有良好的性能。
35.附图说明
36.图1为本技术实施例1制备的钕铁硼磁体的sem图。
37.图2为对比例1制备的钕铁硼磁体的sem图。
38.具体实施方式
39.为使本技术更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本技术，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本技术的应用范围。本技术中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。
40.实施例1本实施例提供了一种钕铁硼磁体的制备方法，其包括以下步骤：步骤一、按名义成分nd
10
pr
20
fe
68.78
co
0.1
nb
0.1
mg
0.01
ca
0.01
b1(每个元素下标中的数字表示该原料的重量百分含量，单位为wt％，下同)配料1kg，用真空速凝甩带炉制得平均厚度为0.3mm的甩带片，将甩带片氢破碎处理制得粗粉后通过气流磨制备粒度为3.2～3.7μm的钕铁硼磁粉；步骤二、将步骤一得到的钕铁硼磁粉倒入取向压型机，在磁感应强度为1.5t下进行取向压型，然后经冷等静压处理后获得钕铁硼磁体的生坯；步骤三、将步骤二得到的生坯用氮气保护转入真空烧结炉内，在真空环境下，压力为5
×
10-2
pa，以10℃/min升温到250℃保温2h排气脱脂，继续升温到575℃确保脱氢完成，接着升温到1030℃保温6h完成致密化烧结，通入氩气快速冷却，获得烧结后的钕铁硼磁体的毛坯；步骤四、将步骤三中得到的烧结后的钕铁硼磁体的毛坯转入磁感应强度为0.5t的直流磁场退火炉中抽真空到1
×
10-3
pa开始以15℃/min升温，在900℃加热3.5h后以20℃/min降温到470℃保温6h，制得钕铁硼磁体。对上述磁体进行电镜扫描，其sem图如图1所示。从图1可知，实施例1获得的钕铁硼磁体的主相晶粒均匀、晶界清晰，说明磁场可以诱导晶粒生长趋于均匀，富钕相也可均匀包覆主相达到良好的反铁磁耦合作用，使磁性能提高。
41.实施例2本实施例提供了一种钕铁硼磁体的制备方法，其包括以下步骤：步骤一、按名义成分nd
10
pr
20
fe
68.78
co
0.1
nb
0.1
mg
0.01
ca
0.01
b1配料1kg，用真空速凝甩带炉制得平均厚度为0.3mm的甩带片，将甩带片氢破碎处理制得粗粉后通过气流磨制备粒度为3.2～3.7μm的钕铁硼磁粉；步骤二、将步骤一得到的钕铁硼磁粉倒入取向压型机，在磁感应强度为2t下进行取向压型，然后经冷等静压处理后获得钕铁硼磁体的生坯；步骤三、将步骤二得到的生坯用氮气保护转入真空烧结炉内，在真空环境下，压力为5
×
10-2
pa，以10℃/min升温到250℃保温2h排气脱脂，继续升温到575℃确保脱氢完成，接着升温到1030℃保温6h完成致密化烧结，通入氩气快速冷却，获得烧结后的钕铁硼磁体的毛坯；
步骤四、将步骤三中得到的烧结后的钕铁硼磁体的毛坯转入磁感应强度为1t的直流磁场退火炉中抽真空到1
×
10-3
pa开始以15℃/min升温，在900℃加热3.5h后以20℃/min降温到470℃保温6h，制得钕铁硼磁体。
42.实施例3与实施例2基本相同，不同之处在于，步骤四中直流磁场退火炉的磁感应强度为1.5t。
43.实施例4与实施例2基本相同，不同之处在于，步骤四中直流磁场退火炉的磁感应强度为1.2t。
44.实施例5与实施例2基本相同，不同之处在于，步骤四中直流磁场退火炉的磁感应强度为0.8t。
45.实施例6与实施例2基本相同，不同之处在于，步骤四中直流磁场退火炉的磁感应强度为2t。
46.对比例1本对比例提供了一种钕铁硼磁体的制备方法，其包括以下步骤：步骤一、按名义成分nd
10
pr
20
fe
68.78
co
0.1
nb
0.1
mg
0.01
ca
0.01
b1配料1kg，用真空速凝甩带炉制得平均厚度为0.3mm的甩带片，将甩带片氢破碎处理制得粗粉后通过气流磨制备粒度为3.2～3.7μm的钕铁硼磁粉；步骤二、将步骤一得到的钕铁硼磁粉倒入取向压型机，在磁感应强度为1.5t下进行取向压型，然后经冷等静压处理后获得钕铁硼磁体的生坯；步骤三、将步骤二得到的生坯用氮气保护转入真空烧结炉内，在真空环境下，压力为5
×
10-2
pa，以10℃/min升温到250℃保温2h排气脱脂，继续升温到575℃确保脱氢完成，接着升温到1030℃保温5.5h完成致密化烧结，通入氩气快速冷却，获得烧结后的钕铁硼磁体的毛坯；之后对毛坯进行二级回火处理，一级回火温度900℃，保温3.5h，通入氩气快速冷却，之后升温到470℃进行二级回火，保温6h，制得钕铁硼磁体。对上述磁体进行电镜扫描，其sem图如图2所示。从图2可知，对比例1获得的钕铁硼磁体中的主相晶粒不均匀、晶界不清晰，存在较大的晶粒，而且晶界处的富钕相团聚，没有均匀包覆主相晶粒。
47.对比例2本实施例提供了一种钕铁硼磁体的制备方法，其包括以下步骤：步骤一、按名义成分nd
10
pr
20
fe
68.78
co
0.1
nb
0.1
mg
0.01
ca
0.01
b1配料1kg，用真空速凝甩带炉制得平均厚度为0.3mm的甩带片，将甩带片氢破碎处理制得粗粉后通过气流磨制备粒度为3.2～3.7μm的钕铁硼磁粉；步骤二、将步骤一得到的钕铁硼磁粉倒入取向压型机，在磁感应强度为2t下进行取向压型，然后经冷等静压处理后获得钕铁硼磁体的生坯；步骤三、将步骤二得到的生坯用氮气保护转入真空烧结炉内，在真空环境下，压力为5
×
10-2
pa，以10℃/min升温到250℃保温2h排气脱脂，继续升温到575℃确保脱氢完成，接着升温到1030℃保温6h完成致密化烧结，通入氩气快速冷却，获得烧结后的钕铁硼磁体的
毛坯；步骤四、将步骤三中得到的烧结后的钕铁硼磁体的毛坯转入磁感应强度为0.2t的直流磁场退火炉中抽真空到1
×
10-3
pa开始以15℃/min升温，在900℃加热3.5h后以20℃/min降温到470℃保温6h，制得钕铁硼磁体。
48.测试例1将实施例1-6和对比例1-2制备的钕铁硼磁体制成10*10*3mm，3mm方向为取向方向的样品，使用amh-500永磁磁滞回线测量仪测试所述样品的磁性能。所测量的平均各项磁性能指标如表1所示。
49.表1 剩磁(kgs)矫顽力(koe)磁能积(mgoe)实施例113.514.544.8实施例214.211.546.2实施例314.511.345.2实施例414.211.646.5实施例513.912.143.9实施例614.312.345.3对比例112.512.243.5对比例213.112.943.4从表1可知，相较于对比例1，实施例1制得的钕铁硼磁体具有更好的剩磁、矫顽力和磁能积，由此可见采用本技术所述方法制得的钕铁硼磁体具有更好的磁性能。通过将对比例2和实施例2-5所制得的钕铁硼磁体的磁性能指标进行对比可知，相较于对比例2，实施例2-5所制得的钕铁硼磁体具有更好的剩磁和磁能积，说明只有当采用的直流磁场的磁感应强度在0.5～2t范围内时，才能有效提高所制得的钕铁硼磁体的取向度，进而提高所述磁体的磁性能。
50.应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本技术，并不构成对本技术的任何限制。通过参照典型实施例对本技术进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本技术权利要求的范围内对本技术作出修改，以及在不背离本技术的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本技术涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本技术限于其中公开的特定例，相反，本技术可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。