一種燒結(jié)釹鐵硼永磁體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種燒結(jié)釹鐵硼永磁體的制作方法，特別是涉及一種可以抑制釹鐵硼 壓坯在燒結(jié)過程中晶?？焖匍L大，制造低成本、高性能永磁體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如本領(lǐng)域人員所熟知的，釹鐵硼合金中主要存在兩種相：一是主相，化學(xué)分子式為 RE2Fe14B,系產(chǎn)生高永磁性能的關(guān)鍵相，其體積分?jǐn)?shù)占95%以上；另一種相為富稀土相，分布 在RE 2Fe14B主相晶粒的邊界，起隔絕主相晶粒之間的靜磁相互作用而使磁體具有盡可能1? 的內(nèi)稟矯頑力。因此，為獲得優(yōu)異的永磁性能，需要將釹鐵硼合金的化學(xué)成分作這樣的配 置：一方面合金的成分應(yīng)當(dāng)盡可能接近RE 2Fe14B主相的化學(xué)計(jì)量成分，即正分成分；另一方 面合金中還必須有足夠量富稀土相。這就意味著釹鐵硼合金的化學(xué)成分中的稀土總量必 須大于RE 2Fe14B主相的正分成分。另外，為滿足不同退磁環(huán)境對永磁體應(yīng)用的需求，需要用 Dy, Tb等重稀土元素來部分替代Nd,以提高磁體的內(nèi)稟矯頑力，替換部分Fe以提高磁體的 抗退磁能力。這樣一來，釹鐵硼合金的主相的化學(xué)分子式就通常表不成RE 2M14B,其中，RE表 示以Nd為主要成分的稀土元素，以及其他如Pr、Dy、Tb、GcU Ho等稀土元素；M表示以Fe為 主要成分的過渡族金屬元素，以及其他元素如Co、Cu、Al、Ga、Nb等。若表示成重量百分比 的形式，則釹鐵硼合金的化學(xué)成分為：RE xM1(KI_x_yBy。其中，X就是釹鐵硼合金的稀土總量，對 于燒結(jié)釹鐵硼永磁材料，通常的稀土總量x=28~35%wt.。若稀土總量少于28%wt.，富稀土 相太少，制備高內(nèi)稟矯頑力的磁體就很困難；若稀土總量大于35%wt.，富稀土相太多，就很 難制備高剩磁、高磁能積、高耐蝕性的燒結(jié)釹鐵硼永磁體。
[0003] 現(xiàn)有釹鐵硼永磁體生產(chǎn)技術(shù)通常為，將所需要的各種合金元素按一定比例配備 后，置于真空中頻感應(yīng)爐中熔化均勻，然后澆注成厚度為〇. 1~〇. 5mm的薄片狀鑄錠。這樣 的薄片狀釹鐵硼母合金鑄錠的晶粒尺寸為數(shù)微米至數(shù)百微米。
[0004] 然后，將所述釹鐵硼母合金經(jīng)氫化后粉碎至平均顆粒尺寸為3. 0~5. 0 μ m尺度， 使得所有的粉末顆粒都成為單晶體。這樣，粉末的平均顆粒尺寸和晶粒尺寸皆為3. 0~ 5· 0 μ m〇
[0005] 隨后，將上述粉末放置在有外施磁場的模腔內(nèi)壓制成一定形狀的生坯塊。在這 一工序中，所有的粉末顆粒在外磁場的作用下其易磁化軸沿磁場方向排列，隨即施加足夠 大的壓制力使得粉末顆粒的這種定向排列固定下來。然后，將壓制好的生坯塊在1000~ 1100°C燒結(jié),使之致密化,成為磁體毛述；必要時(shí)還需將毛述磁體在450~950°C進(jìn)行一級 或二級回火處理，以進(jìn)一步優(yōu)化磁性能；接著的工序是進(jìn)行機(jī)械加工，將毛坯磁體切割、磨 削成所需的形狀、尺寸，必要時(shí)還需進(jìn)行表面防護(hù)處理；最后，沿易磁化方向進(jìn)行充磁即得 到可以使用的永磁體產(chǎn)品。
[0006] 根據(jù)釹鐵硼相圖，釹鐵硼合金中主相的熔點(diǎn)約1155°C，富稀土相的熔點(diǎn)約450~ 600°C。富稀土相的作用不僅可以使得釹鐵硼具磁體有高的內(nèi)稟矯頑力，而且，因?yàn)楦幌⊥?相的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于主相，使得磁體在1000~1100°c的燒結(jié)過程中易于致密化。
[0007] 由金屬學(xué)原理可知，在1000~IKKTC的燒結(jié)致密化過程中，大量熔融的富稀土相 包圍在主相晶粒周圍，造成主相晶粒迅速長大、粗化。燒結(jié)溫度越高、燒結(jié)時(shí)間越長，主相晶 粒就越粗大、晶粒的尺寸就越不均勻，磁體的性能就會劣化；相反，若燒結(jié)溫度過低，熔融的 富稀土相比例過少，則磁體的致密化程度低，不僅使得磁性能惡化，而且機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕 性能也很差。因此，為獲得優(yōu)異的永磁性能，就既要使得燒結(jié)磁體的密度盡可能高，同時(shí)主 相晶粒不至于過分長大---晶粒的平均尺寸應(yīng)當(dāng)在10 μ m以下，且越細(xì)越好。
[0008] 為制作高密度、細(xì)晶粒的燒結(jié)釹鐵硼磁體，已有的技術(shù)大致可分為兩類：一是將釹 鐵硼母合金經(jīng)氫化后粉碎至顆粒尺寸和晶粒尺寸皆為約3. 0 μ m甚至3. 0 μ m以下，然后在 約1020°C燒結(jié)致密化，使得最終磁體晶粒的平均尺寸細(xì)化到5~10 μ m。與傳統(tǒng)的粉碎至 3. 0~5. 0 μ m尺度的技術(shù)相比，由于粉末的比表面積增大，粉末顆粒的氧化活性急劇增加， 制作過程需要昂貴的設(shè)備和復(fù)雜的工藝措施來防護(hù)以防止氧化，制造成本高昂、粉末易著 火、操作安全性能差。另一種技術(shù)是通過往釹鐵硼合金中添加 Nb、Mo、Ti、ZrO等難熔金屬 或者氧化物，如美國專利US6527874B2所述，使得在燒結(jié)過程中主相晶粒邊界被難熔金屬 化合物顆粒釘扎，阻礙主相晶粒的長大。該技術(shù)的最大缺點(diǎn)是，所添加的難熔金屬及其化合 物都是非磁性相，會顯著降低磁體的剩磁和磁能積。
[0009] 另外，在用已有技術(shù)制作的通常的稀土總含量為28~35wt. %的釹鐵硼磁體中，普 遍存在許多晶粒尺寸大于I. 〇 y m的大塊狀的富稀土相。這些大塊狀的、非磁性的富稀土 相僅僅起著填充磁體內(nèi)部空洞的作用，對磁體的磁性能沒有貢獻(xiàn)，只有那些均勻、連續(xù)包裹 于主相晶粒邊界的富稀土相才對磁體的矯頑力有貢獻(xiàn)。相反，由于富稀土相是釹鐵硼合金 中極易被腐蝕的相，這些大塊狀的富稀土相的存在降低了磁體的耐腐蝕性能；其次，非磁性 的、大塊狀的富稀土相起著稀釋整個(gè)磁體磁矩的作用，其在磁體中的存在實(shí)際上降低了永 磁體的單位體積的磁性能；另外，由于稀土是釹鐵硼合金中成本最高的組元，這些對磁體性 能有害無益的大塊狀的富稀土相實(shí)際上還增加了釹鐵硼永磁體的制造成本。因此，減少釹 鐵硼永磁體中的這些大塊狀的、非磁性的富稀土相不僅可以顯著提高磁體的磁性能和耐腐 蝕特性，同時(shí)還能有效降低原材料成本。然而，已有的釹鐵硼永磁體制作技術(shù)都無法克服在 磁體中存在大塊狀的富稀土相的這一困難。
[0010] 例如，CN1468319A提出了用多種不同成分的釹鐵硼合金粉末進(jìn)行混合的方法來改 進(jìn)大塊狀的富稀土相的形貌或分布，由于其所用的多種不同成分的釹鐵硼合金粉末的平均 顆粒尺寸與平均晶粒尺寸相同，所有粉末顆粒都是單晶體，并具有單一的易磁化方向，在燒 結(jié)過程中顆粒之間非常容易相互吞并而長大；并且，用所述的方法也無法從根本上解決磁 體中存在大塊狀的富稀土相的這一困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是通過在通常的稀土總含量為28~35wt. %、平均顆粒尺寸和晶粒 尺寸皆為3. 0~5. 0 μ m的燒結(jié)釹鐵硼母(主）合金粉末中添加一種稀土總含量顯著低于母 合金粉末，同時(shí)其晶粒尺寸也遠(yuǎn)小于其顆粒尺寸的急冷釹鐵硼合金輔助粉末的方法，抑制 釹鐵硼壓坯在燒結(jié)過程中發(fā)生晶粒的快速長大，減少釹鐵硼主相邊界上大塊狀的富稀土相 的產(chǎn)生，獲得制造成本低、高性能的釹鐵硼永磁體。
[0012] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種燒結(jié)釹鐵硼永磁體的制作方法，該方法為使用母合金 和輔助合金的雙合金方法，其特征在于：所述輔助合金的晶粒尺寸為0.0 l~0. 1 μ m。
[0013] 優(yōu)選地，所述母合金和輔助合金為RE-M-B合金，含有RE2M14B相，其中RE為稀土元 素，M為過渡族金屬元素。
[0014] 優(yōu)選地，所述輔助合金中稀土元素總含量為16wt. %~28wt. %。
[0015] 優(yōu)選地，所述輔助合金中的稀土元素不含重稀土元素。
[0016] 優(yōu)選地，所述母合金中稀土元素總含量為28~35wt. %
[0017] 優(yōu)選地，所述輔助合金占總合金的比例為0.1 wt. %~5wt. %重量百分比。
[0018] 優(yōu)選地，所述母合金和輔助合金被粉碎成平均顆粒尺寸3. 0~5. 0 μ m的粉末。
[0019] 優(yōu)選地，所述母合金和輔助合金可以經(jīng)氣流磨粉碎后混粉，或粉混后再氣流磨粉 碎。
[0020] 優(yōu)選地，所述輔助合金采用速凝薄片工藝熔煉。
[0021] 優(yōu)選地，所述母合金的晶粒尺寸為3. 0~5. 0 μ m。
[0022] 在稀土總含量在16wt. %~28wt. %之間、平均晶粒尺寸為0.