一種複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉及其製備方法與流程

2023-09-19 21:06:05 1

本發明涉及永磁材料加工
技術領域：
，具體涉及一種複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉及其製備方法。
背景技術：
：釹鐵硼永磁材料由於其較高的磁能積和矯頑力而受到了廣泛的研究和重視，已廣泛應用於電子、電力、機械、醫療器械等領域，但由於其硬磁相nd2fe14b的居裡溫度較低，剩磁溫度係數和矯頑力溫度係數較大，限制了其在某些工作溫度較高領域的應用。理論和實踐都表明，添加某些合金元素，不但能提高產品的磁性能，還可以顯著提高釹鐵硼系永磁材料的溫度特性，提高其使用溫度。然而由於不同的金屬元素結晶行為不同，對釹鐵硼永磁材料的各項影響作用和機理也各不相同，通常需要多種金屬元素複合添加實現對釹鐵硼永磁材料綜合性能的改進，而且金屬元素的添加量對釹鐵硼永磁材料的性能改性具有決定性的作用，如果添加量選擇不恰當甚至會導致反效果，因此如何選擇合適的金屬元素，並選擇合適的加入量，實現低成本的提高釹鐵硼的居裡溫度，提高其耐熱性能和綜合磁性能，成為了目前亟待解決的技術問題。技術實現要素：為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉，以釹鐵硼永磁體為主體，摻入釓、鋅等金屬元素，降低成本，提高粘結磁粉的耐熱性和耐腐蝕性，具有優異的綜合性能。同時，本發明還在於提供一種複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉的製備方法。為了實現以上目的，本發明所採用的技術方案是：一種複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉，該磁粉中各元素的重量百分含量組成為：nd10~11%、gd1.0~2.6%、b6~7%、zn0.2~0.5%，餘量為fe。優選的，上述複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉中各元素的重量百分含量組成為：nd10.5%、gd2%、b6%、zn0.5%，餘量為fe。可選的，所述nd元素來源為純度大於99.0%的純釹金屬或含釹量大於80%的鐠釹合金；所述fe元素來源為工業用99.8%的純鐵和含硼大於19%的硼鐵合金；所述b元素來源為含硼大於19%的硼鐵合金；所述gd元素的來源為純度大於99%的金屬釓；所述zn元素來源為純度大於99%的金屬鋅。上述複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉的製備方法，包括以下操作步驟：1）按各元素的重量百分含量組成取各原料加入真空熔煉爐中，在＜4×10-2pa的真空狀態下，熔煉成合金錠；2）將步驟1）熔煉成的合金錠破碎後加入真空感應快淬爐中，真空度達到5×10-2pa後，充入氬氣，在氬氣環境下、在1450~1500℃溫度下破碎的合金錠熔化成金屬熔融液，控制快淬速度為25~33m/s，將金屬熔融液快淬成厚度為50±5μm的均勻條帶；3）將步驟2）製備的均勻條帶破碎至40目的磁粉；4）將步驟3）製備的磁粉在4.5~5.5×10-2pa的真空度、600~700℃溫度下，設置晶化爐下料速度為20~25kg/h、轉速為20轉/秒，進行晶化處理，即完成。可選的，上述步驟4）中還包括在晶化爐充入氬氣後再將步驟3）製備的磁粉加入晶化爐中進行晶化處理。本發明複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉，通過在釹鐵硼永磁材料中摻入鋅和釓，降低成本，提高磁粉的耐腐蝕性能、剩餘磁感應強度、內稟矯頑力和居裡溫度，該粘結磁粉具有好的耐熱性能，具體體現在：釓作為重稀土元素，其原子磁矩與3d金屬原子磁矩為亞鐵磁性耦合，在釹鐵硼磁性材料中摻入釓，一方面添加釓元素製備的釹鐵硼粘接磁體具有較高的取向度，磁體的顯微組織中空隙、疏鬆等缺陷減少，富釹相分布均勻，釓進入富釹相中形成gd2fe14b,有利於提高其化學穩定性，並且其居裡溫度點為660k，各向異性場ha為1910kam,居裡溫度點高於nd2fe14b的溫度點，可以提高磁體的耐熱性和矯頑力，能有效改善磁體抗腐蝕性，還能使磁體內稟矯頑力和退磁曲線方形度上升；另一方面添加釓部分取代晶相中釹的位置，可以大幅度降低產品的生產成本，促進稀土資源的綜合利用；鋅的摻入，一方面鋅能進入nd2fe14b相的晶格中佔據fe原子的位置，使合金中實際的nd含量升高，同時由於鋅對α-fe析出的抑制，使得低於正分成分的ndfeb合金主要由nd2fe14b單相組成，可以完全抑制nd3fe62b14亞穩相的生成，非晶晶化過程從兩步晶化變為一步晶化，即實現了異相同溫結晶，能顯著提高快淬ndfeb磁粉的磁性能；另一方面，鋅在常溫下表面生成一層保護膜，提高抗腐蝕性；因此，鋅和釓的複合添加，能夠降低磁體的溫度係數，提高α-fe的晶化溫度，使快淬ndfeb合金晶化時α-fe和nd2fe14b同時析出，避免了α-fe的先析出和長大，細化了晶粒，增強了晶粒之間的交換耦合作用，有效的釘扎位置增多，可有效地提高粘結磁粉的hcj和hk；並且鋅和釓協同作用，內外結合，提升所製備粘結磁粉的抗腐蝕性。另外，眾所周知在釹鐵硼永磁材料中摻入金屬元素改善其性能時，摻入的金屬元素的含量對其性能的改善具有決定性的作用，甚至如果用量選擇不當會起到反作用的效果，然而當摻入的金屬種類在兩個甚至兩個以上時，不同的金屬元素之間對釹鐵硼材料結晶行為的影響是不同的，相互之間也存在相互制約或協同增效的作用，那麼當摻入兩種或兩種以上不同的金屬時，其摻入量的選擇就需要考慮不同金屬元素之間的相互作用，由於現有技術中不存在將釓和鋅結合使用摻入釹鐵硼永磁材料中時，其摻入量的選擇應當遵循何種原則和規律，那麼本發明中限定各金屬元素的重量百分含量，使得相互之間能夠很好的發揮協同作用，在降低成本的同時，提升粘結磁粉的耐高溫性能和各項磁性能，提升粘結磁粉的抗腐蝕性能，必然需要付出創造性的勞動。粘結磁粉在製備過程中金屬原材料熔融的溫度、真空度、快淬的速度、晶化處理的溫度、真空度等的參數控制均會影響原料的結晶行為，進而影響製備磁粉的晶粒尺寸等微觀結構，最終影響磁粉的矯頑力等磁性能，那麼本發明粘結磁粉的製備方法，根據原料的性能特性，選擇合適的熔煉真空環境、熔煉溫度，採用真空感應快淬設備智能控制快淬的真空環境和快淬速度，並選擇合適的真空晶化處理的真空環境和溫度，尤其是整個製備過程在氬氣的保護下進行，進一步的細化產品的晶粒結構，影響磁粉的取向度，各個參數的選擇共同作用，進一步提升磁粉的耐高溫性能、耐腐蝕性能和各項磁性能。具體實施方式下面通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。下述nd元素來源為純度大於99.0%的純釹金屬或含釹量大於80%的鐠釹合金；fe元素來源為工業用99.8%的純鐵和含硼大於19%的硼鐵合金；b元素來源為含硼大於19%的硼鐵合金；gd元素的來源為純度大於99%的金屬釓；zn元素的來源為純度大於99%的金屬鋅。實施例1一種複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉，該粘結磁粉中各元素的重量百分含量組成為：nd10.5%、gd2%、b6%、zn0.5%，餘量為fe。上述粘結磁粉的製備方法，包括以下操作步驟：1）按各元素的重量百分含量組成取各原料加入真空熔煉爐中，在＜4×10-2pa的真空狀態下，熔煉成合金錠；2）將步驟1）熔煉成的合金錠破碎後加入真空感應快淬爐中，真空度達到5×10-2pa後，充入氬氣，在氬氣環境下、在1500℃溫度下破碎的合金錠熔化成金屬熔融液，控制快淬速度為25~33m/s，將金屬熔融液快淬成厚度為50±5μm的均勻條帶；3）將步驟2）製備的均勻條帶破碎至40目的磁粉。4）將步驟3）製備的磁粉在4.5~5.5×10-2pa的真空度、650℃溫度下，設置晶化爐下料速度為25kg/h、轉速為20轉/秒，進行真空晶化處理，即完成。實施例2一種複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉，該粘結磁粉中各元素的重量百分含量組成為：nd10%、gd2.6%、b6.5%、zn0.4%，餘量為fe。上述粘結磁粉的製備方法，包括以下操作步驟：1）按個各元素的重量百分含量組成取各原料加入真空熔煉爐中，在＜4×10-2pa的真空狀態下，熔煉成合金錠；2）將步驟1）熔煉成的合金錠破碎後加入真空感應快淬爐中，真空度達到5×10-2pa後，充入氬氣，在氬氣環境下、在1450℃溫度下破碎的合金錠熔化成金屬熔融液，控制快淬速度為25~33m/s，將金屬熔融液快淬成厚度為50±5μm的均勻條帶；3）將步驟2）製備的均勻條帶破碎至40目的磁粉；4）將步驟3）製備的磁粉在4.5~5.5×10-2pa的真空度、600℃溫度下，設置晶化爐下料速度為23kg/h、轉速為20轉/秒，進行晶化處理。實施例3一種複合添加鋅和釓的釹鐵硼粘結磁粉，該粘結磁粉中各元素的重量百分含量組成為：nd11%、gd1.0%、b7%、zn0.2%，餘量為fe。上述粘結磁粉的製備方法，包括以下操作步驟：1）按各元素的重量百分含量組成取各原料加入真空熔煉爐中，在＜4×10-2pa的真空狀態下，熔煉成合金錠；2）將步驟1）熔煉成的合金錠破碎後加入真空感應快淬爐中，真空度達到5×10-2pa後，充入氬氣，在氬氣環境下、在1480℃溫度下破碎的合金錠熔化成金屬熔融液，控制快淬速度為25~33m/s，將金屬熔融液快淬成厚度為50±5μm的均勻條帶；3）將步驟2）製備的均勻條帶破碎至40目的磁粉；4）將步驟3）製備的磁粉在4.5~5.5×10-2pa的真空度、充入氬氣的環境下，700℃溫度下，設置下料速度為20kg/h、轉速為20轉/秒，進行晶化處理。對比例1本對比例粘結磁粉與實施例1不同的是，該粘結磁粉各元素的重量百分含量組成為：nd10.5%、b6%、zn2.5%，餘量為fe。對比例2本對比例粘結磁粉與實施例1不同的是，該粘結磁粉各元素的重量百分含量組成為：nd12.5%、b6%、zn0.5%，餘量為fe。對比例3本對比例粘結磁粉與實施例1不同的是，該粘結磁粉各元素的重量百分含量組成為：nd10.5%、gd2.5%、b6%，餘量為fe。對比例4本對比例粘結磁粉與實施例1不同的是，該粘結磁粉各元素的重量百分含量組成為：nd11%、gd2%、b6%，餘量為fe。對比例5本對比例粘結磁粉與實施例1不同的是，該粘結磁粉各元素的重量百分含量組成為：nd10.5%、b6%，餘量為fe。對比例6本對比例粘結磁粉與實施例1不用的是，其製備方法中步驟2）中熔煉溫度調整為1600℃，步驟2）中快淬速度調整為20m/s，步驟3）中晶化處理過程中溫度調整為800℃，下料速度調整為30kg/h，轉速調整為25轉/秒，其他同實施例1。對比例7本對比例粘結磁粉與實施例1不同的是，其製備方法中步驟1）中熔煉溫度調整為1400℃，步驟2）中快淬速度調整為35m/s，步驟3）中晶化處理過程中溫度調整為550℃，下料速度調整為15kg/h，轉速調整為15轉/秒，其他同實施例1。試驗例試驗方法1：將實施例1~3和對比例1~7製備的磁粉分別與環氧樹脂按照98：2的比例，經處理後壓製成直徑和高都為10mm的圓形磁體，用磁特性測試儀和jzb-1型居裡溫度測試儀檢測磁性能和居裡溫度的大小，結果如下表1所示：表1hcj（bh）max居裡溫度br實施例110.25koe11.2mgoe390℃9500gs實施例29.95koe10.8mgoe380℃9325gs實施例39.7koe10.7mgoe370℃9220gs對比例19.6koe10.5mgoe300℃8520gs對比例29.4koe10.3mgoe290℃8350gs對比例38.95koe10.1mgoe280℃8200gs對比例48.82koe10.2mgoe275℃8250gs對比例58.54koe9.8mgoe265℃8100gs對比例68.25koe9.21mgoe350℃7850gs對比例78.80koe10.35mgoe355℃8960gs由上述表1所示的結果可知，實施例1製備的磁粉的耐溫性能和磁性能優於實施例2優於實施例3。實施例1~3製備的磁粉的各項性能優於對比例1優於對比例2優於對比例3優於對比例4優於對比例5，由該結果可知將釓和鋅同時摻入釹鐵硼磁性材料，相互之間協同作用，提升粘結磁粉的hcj、（bh）max、br和居裡溫度，改善粘結磁粉的綜合性能。實施例1~3製備的磁粉的各項性能優於對比例7優於對比例6，由該結果可知，在本發明限定的熔融的溫度、真空度、快淬的速度、晶化處理的溫度、真空度等的參數控制，各個參數的選擇共同作用，進一步提升磁粉的耐高溫性能，使得製備的磁粉具有優異的綜合性能。試驗方法2：將實施例1~3和對比例1~5製備的磁粉分別與環氧樹脂按照98：2的比例，經處理後壓製成直徑和高都為10mm的圓形磁體，放置在85℃，80%rh的環境下180天，觀察各個磁體外觀形態，結果如下表2所示：其中質量損失的大小為放置前後磁體的質量差與放置前磁體的質量之比；表2磁體粉化狀態實施例1外觀未見明顯的粉化現象，質量損失小於5%實施例2外觀未見明顯的粉化現象，質量損失小於5%實施例3外觀未見明顯的粉化現象，質量損失小於5%對比例1外觀可見明顯的粉化現象，質量損失達到10%左右對比例2外觀可見明顯的粉化現象，質量損失達到10%左右對比例3外觀可見明顯的粉化現象，質量損失達到10%左右對比例4外觀可見明顯的粉化現象，質量損失達到10%左右對比例5外觀可見明顯的粉化現象，質量損失達到10%左右由上述表2所示的結果可知，本發明中通過將釓和鋅複合摻入釹鐵硼磁體材料中，通過限定各金屬元素的摻入量，使其相互之間產生協同增效作用，提升所製備產品的抗腐蝕性能。當前第1頁12