一種添加氫化釹提高釹鈰鐵硼燒結磁體矯頑力的方法與流程

2023-06-01 03:37:16 2

本發明涉及一種添加氫化釹提高釹鈰鐵硼燒結磁體矯頑力的方法。

背景技術：

燒結釹鐵硼磁體是目前磁性最強、應用最廣、消耗稀土最多的永磁材料，廣泛應用於信息、能源、醫療、交通和國防等高技術領域，是最重要的稀土功能材料和國民經濟的關鍵基礎材料。釹鐵硼多年的快速增長導致高度依賴的Nd\Pr\Tb\Dy等元素過渡消耗，而豐度高的Ce、La等很少使用。目前，高效、合理、均衡利用稀土資源是我國的重大戰略需求。實現Ce在釹鐵硼中的應用，不僅可以顯著降低釹鐵硼的生產成本，而且將有效拓展高豐度稀土的應用範圍，提高稀土下遊產業的創新能力，促進我國稀土資源的高效和平衡應用。

為了把Ce應用到釹鐵硼磁體中，前人已經做過不少研究。第一種方法是用直接熔煉法製備釹鈰鐵硼磁體。但是由於Ce2Fe14B的內稟磁性弱於Nd2Fe14B，直接合金化替代量有限而且惡化磁性能。有研究表明，當Ce的替代量從5wt.％提高到40wt.％，磁性能從40MGOe降低到27MGOe。相對直接熔煉法製備的低磁性能釹鈰鐵硼磁體磁體來說，李衛老師等課題組發展的雙主相工藝能生產出較高性能的燒結釹鈰鐵硼磁體。當Ce佔總稀土含量的30wt.％時，磁能積仍能達到43MGOe。但是矯頑力只有9.26kOe，依然達不到商業磁體的要求。

據研究表明，矯頑力不僅與內稟磁性有關，還與顯微組織密切相關。通過晶界添加重稀土或重稀土晶界擴散，增強主相邊界層的各向異性場，可以提高矯頑力。另外，通過形成較厚的晶界相，磁隔離相鄰主相晶粒也可以提高矯頑力。考慮到Nd2Fe14B的剩磁和磁晶各向異性場都高於Ce2Fe14B，如果在Ce2Fe14B的表面形成富Nd層，不僅可以增強局域的磁晶各向異性場，提高矯頑力，還可以提高剩磁；同時，晶界引入比較多的Nd還可以增強富稀土相的體積分數，從而提高主相與晶界相的潤溼性，優化晶界相分布，隔離開相鄰主相晶粒。而選用氫化物的好處是，它易於製備，脫氫後還具有高活性，利於固態擴散。

綜上所述，通過在雙主相釹鈰鐵硼磁體中晶界添加釹氫化合物可以製備高矯頑力燒結釹鈰鐵硼磁體。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供了一種添加氫化釹提高釹鈰鐵硼燒結磁體矯頑力的方法，其步驟為：

1.製備雙主相合金粉末，步驟如下：

1)配料：A主相釹鐵硼合金以質量百分比計，其成分為(Pr1-x,Ndx)a1Fe100-a1-b1-c1Mb1Bc1；B主相釹鈰鐵硼合金以質量百分比計，其成分為(Pr1-y,Ndy)a2Ceb2Fe100-a2-b2-c2-d2Mc2Bd2，其中M為Nb、V、Ti、Co、Cr、Mo、Mn、Ni、Ga、Zr、Ta、Ag、Au、Al、Pb、Cu、Si元素中一種或幾種，Pr為鐠元素，Nd為釹元素，Ce為鈰元素，B為硼元素,x、y、a1、b1、c1、a2、b2、c2、d2滿足以下關係：0.7≤x≤1、0.7≤y≤1、28.5≤a1≤32.5、0≤b1≤1.5、0.9≤c1≤1.05、14.25≤a2≤16.25、14.25≤b2≤16.25、0≤c2≤1、0.9≤d2≤1.05。

2)熔煉與速凝鱗片鑄錠：兩主相合金分別採用真空中頻感應熔煉並進行速凝鱗片鑄錠製成厚帶；

3)氫爆與氣流磨：兩主相合金分別採用氫爆再採用氣流磨將氫爆粉製成平均粒度為1～10μm的磁粉。

2.製備釹氫化合物粉末，步驟如下：

1)氫爆：將金屬純度大於99.5％的純釹採用氫爆法製備出釹氫化合物的小碎塊；

2)氣流磨：採用球磨的方法將釹氫化合物破碎成平均顆粒直徑為0.1-3.0μm的顆粒粉末。

3.混粉，步驟如下：

1)將製備好的兩主相合金粉末以質量百分比在混料機中均勻混合；

2)將釹氫化合物粉末以質量百分比含量為1％-10％的形式添加到雙主相合金在手套箱中均勻混合。

4.磁場取向成型：將混合完成的合金粉末在1.5T-2.0T的磁場下進行取向成型，並經17MPa的冷等靜壓製成生坯。

5.真空燒結和熱處理，步驟如下：

1)用高真空正壓燒結爐將生坯在1020～1080℃燒結2～5h製成磁體；

2)再在860～920℃間進行一級回火和410～470℃間進行二級回火，製得最終磁體。

本發明與現有技術相比具有的有益效果：

1)高豐度稀土Ce的儲量是Nd和Pr的2-5倍，市場價是Nd和Pr的1/3-1/5，這種應用Ce生產的稀土永磁體不僅能有效降低成本，還能促進稀土資源的綜合利用；

2)利用雙主相工藝生產的稀土永磁體，能保障較高的磁性能；

3)利用釹氫化合物粉末添加形成更多富Nd硬磁殼層主相，優化磁體的顯微組織結構，改善晶界相分布，進一步提升磁體矯頑力；

4)製備釹氫化合物粉末過程簡單,製成的粉末為微米級別,能夠均勻的包裹在主相周圍,燒結過程中氫化物的脫氫能有效抑制磁體的氧化,減少磁體氧含量，整個製備過程簡便,成本低,非常適合工業中的批量生產。

具體實施方式

A主相釹鐵硼合金以質量百分比計，其成分為(Pr1-x,Ndx)a1Fe100-a1-b1-c1Mb1Bc1；B主相釹鈰鐵硼合金以質量百分比計，其成分為(Pr1-y,Ndy)a2Ceb2Fe100-a2-b2-c2-d2Mc2Bd2，其中M為Nb、V、Ti、Co、Cr、Mo、Mn、Ni、Ga、Zr、Ta、Ag、Au、Al、Pb、Cu、Si元素中一種或幾種，Pr為鐠元素，Nd為釹元素，Ce為鈰元素，B為硼元素,x、y、a1、b1、c1、a2、b2、c2、d2滿足以下關係：0.7≤x≤1、0.7≤y≤1、28.5≤a1≤32.5、0≤b1≤1.5、0.9≤c1≤1.05、14.25≤a2≤16.25、14.25≤b2≤16.25、0≤c2≤1、0.9≤d2≤1.05。晶界添加釹氫化合物以原子百分比計，其成分為NdHx，H為氫元素，x滿足2≤x≤3。

添加氫化釹提高釹鈰鐵硼燒結磁體矯頑力的方法具體步驟為：

1)A主相釹鐵硼和B主相釹鈰鐵硼合金分別採用速凝甩帶工藝製成速凝薄帶，晶界添加釹氫化合物採用氫爆法製備出釹氫化合物的小碎塊；

2)通過氫爆與氣流磨的方法將速凝薄帶破碎製成平均顆粒直徑為1-10μm的主相顆粒粉末，採用球磨法將晶界相氫化物破碎成平均顆粒直徑為0.1-3.0μm的顆粒粉末；

3)將製備好的兩主相合金粉末以質量百分比均勻混合，再將釹氫化合物粉末以質量百分比含量為1％-10％的形式添加到雙主相合金中均勻混合；

4)將混合完成的合金粉末在1.5T-2.0T的磁場下進行取向成型，並經17MPa的冷等靜壓製成生坯；

5)將壓型完成的磁塊在1020～1080℃真空下燒結2～5h,再經過860～920℃一級回火和410～470℃二級回火,製得最終磁體。

下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明並不僅僅局限於以下實施例：

實施例1：

1)將兩主相合金分別採用真空感應熔煉、速凝鑄片、氫爆和氣流磨的四種合金工藝製備主合金粉末,粉末顆粒直徑大致在3.5μm左右,所述主合金以原子百分數計,其合金成分分別為Nd32.5FebalB1和Nd16.25Ce16.25FebalB1；

2)將A主相和B主相合金粉末在高純氮氣保護下的手套箱中按質量百分比46：54進行均勻混料,得到混合粉末；將混合完成的合金粉末在1.5T-2.0T的磁場下進行取向成型，並經17MPa的冷等靜壓製成生坯；

3)採用高真空燒結爐將生坯在1045℃下燒結3h,在890℃下進行一級回火2h,在465℃下進行二級回火4h得到釹鈰鐵硼磁體；

4)測量製備好的釹鈰鐵硼磁體磁性能，結果如下:Br＝12.7kGs,Hcj＝8.1kOe，(BH)max＝39.8MGOe。

實施例2：

1)將兩主相合金分別採用真空感應熔煉、速凝鑄片、氫爆和氣流磨的四種合金工藝製備主合金粉末,粉末顆粒直徑大致在3.5μm左右,所述主合金以原子百分數計,其合金成分分別為Nd32.5FebalB1和Nd16.25Ce16.25FebalB1；

2)將金屬釹氫爆,並用機械球磨法將其磨成顆粒直徑大致為0.5-1.0μm的粉末,所述合金以原子百分數計,其成分為NdHx；

3)將兩主相合金粉末與釹氫化合物粉末在高純氮氣保護下的手套箱中按質進行均勻混料,得到混合粉末，其中兩主相合金粉末中A主相和B主相質量百分比為46：54，釹氫化合物粉末重量佔總粉末重量的1％；

4)將混合完成的合金粉末在1.5T-2.0T的磁場下進行取向成型，並經17MPa的冷等靜壓製成生坯；

5)採用高真空燒結爐將生坯在1045℃下燒結3h,在890℃下進行一級回火2h,在465℃下進行二級回火4h得到釹鈰鐵硼磁體；

6)測量製備好的釹鈰鐵硼磁體磁性能，結果如下:Br＝12.6kGs,Hcj＝9.9kOe，(BH)max＝39.7MGOe。相比沒有添加釹氫化合物的釹鈰鐵硼磁體，矯頑力提高了22.2％。

實施例3：

1)將兩主相合金分別採用真空感應熔煉、速凝鑄片、氫爆和氣流磨的四種合金工藝製備主合金粉末,粉末顆粒直徑大致在3.5μm左右,所述主合金以原子百分數計,其合金成分分別為Nd32.5FebalB1和Nd16.25Ce16.25FebalB1；

2)將金屬釹氫爆,並用機械球磨法將其磨成顆粒直徑大致為0.5-1.0μm的粉末,所述合金以原子百分數計,其成分為NdHx；

3)將兩主相合金粉末與釹氫化合物粉末在高純氮氣保護下的手套箱中按質進行均勻混料,得到混合粉末，其中兩主相合金粉末中A主相和B主相質量百分比為46：54，，釹氫化合物粉末重量佔總粉末重量的2％；

4)將混合完成的合金粉末在1.5T-2.0T的磁場下進行取向成型，並經17MPa的冷等靜壓製成生坯；

5)採用高真空燒結爐將生坯在1045℃下燒結3h,在890℃下進行一級回火2h,在465℃下進行二級回火4h得到釹鈰鐵硼磁體；

6)測量製備好的釹鈰鐵硼磁體磁性能，結果如下:Br＝12.6kGs,Hcj＝10.9kOe，(BH)max＝39.5MGOe。

實施例4：

1)將兩主相合金分別採用真空感應熔煉、速凝鑄片、氫爆和氣流磨的四種合金工藝製備主合金粉末,粉末顆粒直徑大致在3.5μm左右,所述主合金以原子百分數計,其合金成分分別為Nd32.5FebalB1和Nd16.25Ce16.25FebalB1；

2)將金屬釹氫爆,並用機械球磨法將其磨成顆粒直徑大致為0.5-1.0μm的粉末,所述合金以原子百分數計,其成分為NdHx；

3)將兩主相合金粉末與釹氫化合物粉末在高純氮氣保護下的手套箱中按質進行均勻混料,得到混合粉末，其中兩主相合金粉末中A主相和B主相質量百分比為46：54，，釹氫化合物粉末重量佔總粉末重量的3％；

4)將混合完成的合金粉末在1.5T-2.0T的磁場下進行取向成型，並經17MPa的冷等靜壓製成生坯；

5)採用高真空燒結爐將生坯在1045℃下燒結3h,在890℃下進行一級回火2h,在465℃下進行二級回火4h得到釹鈰鐵硼磁體；

6)測量製備好的釹鈰鐵硼磁體磁性能，結果如下:Br＝12.0kGs,Hcj＝12.2kOe，(BH)max＝34.9MGOe。

實施例5：

1)將兩主相合金分別採用真空感應熔煉、速凝鑄片、氫爆和氣流磨的四種合金工藝製備主合金粉末,粉末顆粒直徑大致在3.5μm左右,所述主合金以原子百分數計,其合金成分分別為Nd32.5FebalB1和Nd16.25Ce16.25FebalB1；

2)將金屬釹氫爆,並用機械球磨法將其磨成顆粒直徑大致為0.5-1.0μm的粉末,所述合金以原子百分數計,其成分為NdHx；

3)將兩主相合金粉末與釹氫化合物粉末在高純氮氣保護下的手套箱中按質進行均勻混料,得到混合粉末，其中兩主相合金粉末中A主相和B主相質量百分比為46：54，，釹氫化合物粉末重量佔總粉末重量的4％；

4)將混合完成的合金粉末在1.5T-2.0T的磁場下進行取向成型，並經17MPa的冷等靜壓製成生坯；

5)採用高真空燒結爐將生坯在1045℃下燒結3h,在890℃下進行一級回火2h,在465℃下進行二級回火4h得到釹鈰鐵硼磁體；

6)測量製備好的釹鈰鐵硼磁體磁性能，結果如下:Br＝11.8kGs,Hcj＝13.0kOe，(BH)max＝33.7MGOe。