專利名稱：一種提高燒結(jié)釹鐵硼矯頑力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶界相中添加稀土氫化物提高燒結(jié)釹鐵硼矯頑力的方法。
背景技術(shù)：
作為第三代稀土永磁材料的釹鐵硼稀土永磁材料，自從1983年由日本住友金屬 和美國GM公司首先商品化開發(fā)以來，由于具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積的特點(diǎn)，廣泛 應(yīng)用于電力電子、通訊、信息、電機(jī)、交通運(yùn)輸、辦公自動(dòng)化、醫(yī)療器械、軍事等領(lǐng)域，并使一 些小型、高度集成的高新技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用成為可能，如硬盤用音圈電機(jī)(VCM)等。隨著日益 增長的環(huán)境保護(hù)需要，采用混合動(dòng)力、電動(dòng)或燃料電池汽車來替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車已成為未 來的一種必然選擇。2004年全球汽車年產(chǎn)量為6300萬輛左右，2005年中國汽車年產(chǎn)量超 過600萬輛，這一轉(zhuǎn)變將給釹鐵硼永磁材料帶來巨大的發(fā)展契機(jī)。例如，每輛豐田Prius混 合動(dòng)力汽車，其中電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)所用的釹鐵硼永磁材料重量超過2kg，全球僅該車型就已 銷售50萬輛以上。中國釹鐵硼稀土永磁材料年產(chǎn)量從1985年時(shí)的10噸，以年均50%左右的速度高 速增長，燒結(jié)NdFeB磁體產(chǎn)量于2000年超過日本位居全球第一，已構(gòu)成全球產(chǎn)量的主體，到 2005年突破4. 5萬噸，占據(jù)世界總產(chǎn)量的80%以上。據(jù)2008年的統(tǒng)計(jì)資料，目前我國的生 產(chǎn)能力為80000噸/年。生產(chǎn)廠家為130多家企業(yè)，其中產(chǎn)量大于3000噸的有5家，產(chǎn)量 在1000 3000噸/年的有11家，產(chǎn)量在500 1000噸/年的有20家。預(yù)計(jì)到2010年中 國各類磁體的產(chǎn)量均穩(wěn)居世界之首，占全球的份額還將繼續(xù)增大，到2020年，中國磁性材 料的產(chǎn)量將占全球一半以上，成為世界磁性材料產(chǎn)業(yè)中心。另外，由于世界各類磁體配套件 市場向中國轉(zhuǎn)移，磁體的應(yīng)用市場也在中國；加上中國磁體價(jià)廉物美，磁體的銷售市場也在 中國。然而，高市場占有率并不意味著高產(chǎn)值，由于我國生產(chǎn)的絕大部分為中低檔低附加值 產(chǎn)品，銷售收入僅和占市場15%左右的日本相當(dāng)。根本原因除生產(chǎn)裝備落后外，未能采用新 工藝進(jìn)行技術(shù)革新也是一個(gè)重要的方面。目前我國稀土永磁產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展階段，稀 土永磁材料的研發(fā)應(yīng)結(jié)合社會(huì)發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略考慮，充分發(fā)揮人力資源，礦產(chǎn)資源， 以及基礎(chǔ)科學(xué)研究和工程研究方面的整體優(yōu)勢，將低成本高性能NdFeB系永磁體的設(shè)計(jì)， 開發(fā)和應(yīng)用作為研發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)。目前，國內(nèi)釹鐵硼生產(chǎn)企業(yè)普遍采用單合金工藝，添加中重稀土元素提高磁體 性能，尤其是生產(chǎn)SH、UH和EH以上高矯頑力產(chǎn)品時(shí)，往往更是過量添加。而國外如日本 Neomax、信越和德國VAC等釹鐵硼制造先進(jìn)企業(yè)，更為注重產(chǎn)品的微觀組織結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)控 制，而非只通過中重稀土的添加來提高產(chǎn)品的性能。和中國同類產(chǎn)品相比，不但性能上有一 定優(yōu)勢，而且制造成本明顯降低，節(jié)約了寶貴的稀土資源。近年來隨著稀土等原材料市場的 不斷快速上漲，國內(nèi)釹鐵硼制造企業(yè)普遍已感受到沉重的壓力。NdFeB磁體的磁性能不僅受控于主相的本征磁特性而且對(duì)晶間組織結(jié)構(gòu)非常敏 感。合金化改進(jìn)NdFeB磁體性能主要是通過晶間組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。但是傳統(tǒng)的單合 金工藝均是通過熔煉工藝將合金元素直接熔入形成多元合金，合金元素進(jìn)入磁體后在影響主相Nd2Fe14B本征磁特性的同時(shí)，亦改變了晶間的組織和結(jié)構(gòu)，從而影響組織敏感參量。添 加重稀土元素Dy和Tb都能使磁體矯頑力大幅度增加，顯著提供NdFeB磁體的使用溫度。但 由于重稀土元素價(jià)格昂貴，因此顯著增加了磁體的成本。同時(shí)由于重稀土元素與鐵屬反鐵 磁耦合，降低鐵原子磁矩，從而導(dǎo)致Bs和Br下降。因此在提高磁體使用溫度和保持高磁能 積的前提下，應(yīng)降低Co，Dy和Tb等貴重金屬的加入量。綜上所述，通過合金化手段改善NdFeB磁體的性能，就必須控制各類合金化元素 在磁體中的合理分布，使不同類型的合金元素能夠“物盡其用，趨利避害”。NdFeB磁體的 矯頑力由反磁化疇的形核控制，而反磁化疇一般容易在晶界區(qū)域形核，晶界區(qū)域是反磁化 過程的薄弱環(huán)節(jié)，因而合金化的重點(diǎn)應(yīng)該重點(diǎn)放在晶間區(qū)域，這一方面能夠充分挖掘NdFeB 磁體性能的改進(jìn)潛力，較大范圍地調(diào)整磁體性能，避免了某些合金元素對(duì)主相的不利影響； 另一方面可望減少Dy、Tb等重稀土元素的添加量，降低高性能磁體的制造成本?；谝陨?思路，近期發(fā)展了一種新的制造燒結(jié)NdFeB磁體的方法，即雙合金工藝。與單合金工藝相 比，主要區(qū)別在于冶煉兩種合金，分別鑄錠。其中主合金的成分與Nd2Fel4B相的成分十分 接近；輔合金是富稀土(R = Nd、Pr、Dy、Tb等)的，并含有Co、Al、Cu、Ga、V，Ti等一種或兩 種以上的元素，輔合金實(shí)際是晶界相。這一方面能夠充分挖掘NdFeB磁體性能的改進(jìn)潛力， 較大范圍地調(diào)整磁體性能；另一方面避免了某些合金元素對(duì)主相的不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要針對(duì)現(xiàn)有的為提高燒結(jié)釹鐵硼磁體的矯頑力，大量消耗稀土，且因?yàn)?重稀土元素與鐵屬反鐵磁耦合，降低鐵原子磁矩，從而導(dǎo)致Bs和Br下降的缺點(diǎn)，提供了一 種添加少量稀土氫化物提高燒結(jié)釹鐵硼矯頑力的方法，控制添加元素在晶界的分布，可以 彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明同時(shí)又解決了稀土直接添加不易破碎的難題，提高了稀土的 利用率。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種提高燒結(jié)釹鐵 硼矯頑力的方法，其特征在于包括以下步驟1)將釹鐵硼主相鑄錠或速凝片置入氫破爐中通氫氣破碎。即將釹鐵硼合金置于 可抽真空的燒結(jié)爐內(nèi)，室溫下通入氫氣，使燒結(jié)爐內(nèi)氫氣壓力保持在0.8 5X IO5Pa,時(shí)間 2 4小時(shí)，保持壓力冷卻至室溫；然后將氫通過真空系統(tǒng)抽出，在真空度達(dá)到IkPa以下后 開始升溫，采用300 650°C保溫1 6小時(shí)的脫氫工藝，脫氫結(jié)束后，冷卻至室溫。2)將單一或混合稀土金屬放入氫破爐內(nèi)抽真空后，在室溫 300°C通入氫氣，使 氫氣壓力保持在0. 8 5 X IO5Pa,至稀土金屬吸氫飽和后，冷卻至室溫。3)將制得的主相氫破粉和稀土氫化物分別進(jìn)行氣流磨，在惰性氣體(N2、或者Ar) 的保護(hù)下將料取出送入氣流磨磨粉，至主相合金粉末的平均粒度在ι 10 μ m，稀土氫化物 粉末的平均粒度在1 ΙΟμπι;4)將獲得的主相磁粉和稀土氫化物粉末按比例混合，其中稀土氫化物占總重量的 0 10%，將兩種粉末放入混粉機(jī)中進(jìn)行混粉，再將此混合的粉料在磁場為1. 2 2. OT的 磁場中取向壓制成型，再進(jìn)行冷等靜壓；5)將成型后產(chǎn)品送入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過程如下升溫至300 600°C，保持 溫度0. 5 6小時(shí)去氫；最后升溫至1020 1120°C燒結(jié)，保持溫度1 4小時(shí)，采用風(fēng)冷或水冷進(jìn)行降溫冷卻。6)采用二級(jí)回火工藝，分別在800-950°C和450_650°C熱處理回火1-4小時(shí)。所述的采用速凝片或鑄錠工藝所得的合金，其成分為NdaMbFe1(1(1_a_b_。B。(Wt% )，其 中 20 ≤a ≤ 33，0 ≤ b ≤10,0. 9 ≤ c ≤ 1. 2，M 為 La，Ce, Pr, Dy, Tb, Ga, Co, Cu, Al, Nb 元 素中的一種或幾種。所述的稀土氫化物為La，Ce, Pr, Dy, Tb的單一稀土或混合稀土的氫化物。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用充分利用稀土氫化物易于破碎，便于控制分布于晶界相的特點(diǎn)，改 變了現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)采用的元素復(fù)合替代使矯頑力提高的同時(shí)大幅度的降低了矯頑力的缺 點(diǎn)，通過晶界添加氫化物，再通過與制作工藝的合理搭配，使得添加的稀土分布于晶界，達(dá) 到充分利用的目的。2、本發(fā)明采用的稀土氫化物在燒結(jié)時(shí)，由于增加了稀土液相，改善了磁體的燒結(jié) 行為，促進(jìn)了燒結(jié)行為的進(jìn)行。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例2此題的晶界處能譜2為本發(fā)明的實(shí)施例2磁體的晶粒處能譜圖
具體實(shí)施例方式以下說明本發(fā)明的具體實(shí)施例但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1采用設(shè)計(jì)成分為Nd31C0UCuatl4FebalBa96的速凝片為主相合金，進(jìn)行氫破碎后放入 氣流磨進(jìn)行磨粉，制得平均粒度為3. 38 μ m的主相合金磁粉；將純度為99. 9的稀土 Tb放入氫破爐內(nèi)，在200°C，300kpa的氫氣壓下吸氫飽和 后，取出再送入氣流磨內(nèi)進(jìn)行氣流磨，制得平均粒度為1. 84μ m的TbHx粉末；將兩種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)進(jìn)行混粉，其中TbHx粉末占混合粉體總質(zhì)量的1. 2%, 混合均勻后，在惰性氣體的保護(hù)下壓型，在1050°C燒結(jié)2小時(shí)，之后再進(jìn)行900°C和500°C各 2小時(shí)的二級(jí)回火熱處理；加工成Φ IOX 10的樣品，與不添加稀土氫化物的主相合金制作的磁體性能對(duì)比 如表1所示表1 添加TbHx與不添加磁體的性能對(duì)比
權(quán)利要求
一種提高燒結(jié)釹鐵硼矯頑力的方法，其特征在于步驟依次為1)主相合金采用鑄造工藝制成釹鐵硼鑄錠合金或用速凝工藝制程釹鐵硼速凝薄片；2)采用氫破法將主相合金鑄錠或速凝片破碎，采用純稀土或混合稀土金屬進(jìn)行吸氫獲得稀土氫化物合金；3)將主相合金和稀土氫化物合金分別進(jìn)行氣流磨制粉，分別制成平均顆粒直徑為1 10μm粉末；4)將主相合金粉末和稀土氫化物合金粉末混合，稀土氫化物合金粉末重量占總重量的0～10％，在混料機(jī)中均勻混合成混合粉末；5)混合粉末在1.2 2.0T的磁場中壓制成型生坯；6)將生坯放入燒結(jié)爐內(nèi)，在1020 1120℃燒結(jié)1 4h，再經(jīng)過800 950℃和450 650℃熱處理回火1 4h，制得燒結(jié)磁體；使所述的添加的稀土氫化物的稀土在最終釹鐵硼磁體中表現(xiàn)為分散于晶界處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高燒結(jié)釹鐵硼矯頑力的方法，其特征在于采用速凝片或 鑄錠工藝所得的合金，其成分為NdaMbFeiQQ_a_b_。B。(Wt% )，其中20≤a≤33，0≤b≤10， 0. 9≤c ≤ 1. 2，M 為 La，Ce, Pr, Dy, Tb, Ga, Co, Cu, Al, Nb 元素中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高燒結(jié)釹鐵硼矯頑力的方法，其特征在于所述的稀土氫化 物為La，Ce, Pr, Dy, Tb的單一稀土或混合稀土的氫化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高燒結(jié)釹鐵硼矯頑力的方法，其特征在于所添加的稀土氫 化物的稀土在最終釹鐵硼磁體中表現(xiàn)為分散于晶界處。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種晶界相中添加稀土氫化物提高燒結(jié)釹鐵硼矯頑力的方法，其特征在于采用單一稀土或混合稀土金屬的氫化物作為晶界相加入釹鐵硼主相合金達(dá)到提高燒結(jié)釹鐵硼矯頑力。本發(fā)明提供了一種添加少量稀土氫化物提高矯頑力的工藝，控制添加元素在晶界的分布，避免了某些合金元素對(duì)主相的不利影響，充分挖掘NdFeB磁體性能的改進(jìn)潛力。
文檔編號(hào)H01F1/057GK101996721SQ20091010174
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者李 東, 郭帥, 閆阿儒 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所