一種低失重燒結釹鐵硼磁體及製作方法與流程
2024-04-02 02:20:05
本發明涉及釹鐵硼磁體生產領域，更具體的說是一種低失重釹鐵硼磁體的製備方法。
背景技術：
釹鐵硼磁體具有優異的磁學性能，其應用領域相當廣泛，涉及到電子計算機、電動機與發電機、核磁共振成像裝置、音響設備、通訊、選礦、自動化、航空航天等方面。應用高性能燒結釹鐵硼磁體，不僅可提高磁性器件的工作性能，亦可實現器件的小型化或微型化，降低能耗。
燒結釹體硼磁體儘管永磁性能優異，但是耐腐蝕性較差，主要有以下3個原因:
(1)材料自身的結構。燒結ndfeb永磁合金具有多相組織,且各相的氧化能力不同,分布在晶界處的富nd相和富b相易於優先發生氧化,形成晶間腐蝕。另外磁體的緻密度不高,加上氧化物較疏鬆,孔隙率大,磁體的表面很難形成氧化物保護膜,一旦氧化就造成連鎖反應,加速氧化。而且由於磁體主相nd2fe14b相的體積分數一般都在90％以上,當形成電化學局部腐蝕電池時,具有小陽極大陰極的特點,晶界處富nd相和富b相的腐蝕電流密度較大,加速了晶間腐蝕和破壞。
(2)合金中存在的雜質。燒結ndfeb永磁合金中可能存在的汙染雜質主要有o,h,n,c,si,cl及氯化物等,其中對腐蝕性能危害最嚴重的是氧、氯和氯化物。磁體的腐蝕主要表現為氧化過程,而氯及氯化物特別是氯化鈉的汙染將加速磁體的氧化過程。
(3)工作的環境。溫度環境、介質條件以及溼度和壓力等對磁體的腐蝕行為有較大的影響。
目前隨著設備條件，工藝技術，管理水平等方面的進步，燒結釹體硼磁體的生產水平都得到很大提高，整體行業磁體性能大幅度提升，而相應生產成本都有大幅度的下降。但是磁體的耐蝕性差一直沒有有效的解決。燒結釹鐵硼具有優異的磁性能,但是其抗腐蝕性能較差,大大地限制了它的應用範圍,因此,如何改善其抗腐蝕性能成為燒結釹鐵硼材料生產和使用的重要問題。本發明主要是介紹一種低失重燒結釹體硼製作方法，通過該方法製備的磁體具有較低失重(<2mg/cm2)，耐蝕性明顯好於採用常規方法製備的磁體。
燒結釹體硼磁性材料，通常其製作流程為配料、熔煉、氫碎、制粉、取向壓制、等靜壓、燒結、回火、後加工、表面處理等。
技術實現要素：
本發明主要針對現有燒結釹鐵硼磁鋼耐蝕性差異及相應的生產技術的不足，提供一種低失重燒結釹鐵硼磁體及其製備方法，從而提高磁體的耐蝕性。通過優化配方和甩帶片合金組織，控制粉料粒度分布和粉體含量，細化晶粒，調控晶界相分布，等，提高產品的hcj，製備低失重磁鋼，解決低失重燒結釹鐵硼產品的批量生產的難題。
為解決上述技術問題，本發明涉及釹鐵硼磁體生產領域，更具體的說是一種釹鐵硼磁體的製備方法，包括以下步驟：
(1)按元素重量百分比稱取鐠釹26.0％-33.0％、硼0.85％-1.05％、鏑0-9％、鋱0-3.0％、鋁0.01％-1.0％、銅0-0.3％、鈷0.3％-4％、鋯0-0.2％、鈮0-0.5％、鎵0-0.3％和鐵61.5％-68.6％。
(2)將步驟(1)稱取的材料裝入坩堝中，將坩堝抽真空至15pa以下，以50kw功率烘爐，直到真空低於15pa時，充氬氣至26-29kpa，然後加大功率至500-600kw熔煉，鐵熔化後再精煉6-12分鐘至溫度為1400-1530℃時開始澆鑄，澆鑄時銅棍旋轉的線速控制在1.1-1.5m/s，獲得鑄片並冷卻；
(3)將步驟(2)得到的鑄片放入旋轉式氫碎爐內，抽真空至1pa以下，通入0.066-0.098mpa的氫氣，飽和吸氫後，加熱至540-600℃，脫氫4-10小時，冷卻至常溫後出料得到粗粉；
(4)向步驟(3)得到的粗粉中加入粗粉重量0-0.1％的潤滑劑和0-0.2％的抗氧化劑混合均勻後加入三維混粉機混粉0.5-4小時，然後將粉料加入氣流磨中進行磨粉，磨粉過程中系統氧含量控制在<1000ppm，獲得粉料粒度為smd2.4-4.0微米，d90/d10<5.5的細粉；
(5)向步驟(4)得到的細粉中加入細粉重量0％-0.1％的潤滑劑和0-0.2％的抗氧化劑，用v型混粉機混粉0.5-4小時獲得細粉料；
(6)將步驟(5)得到的粉料根據產品尺寸大小製作模型，並在壓機系統氧含量1.5t的條件下進行取向壓制，使壓坯密度達到3.6-4.3g/cm3，然後採用等靜壓壓制使壓坯密度提高到4.4-4.7g/cm3，獲得生坯產品；
(7)將步驟(6)得到的生坯產品在露空環境下去除真空包裝袋，然後迅速放入充氮保護的手套箱內，手套箱內的氧含量控制在1.0％以內，在手套箱內將生坯產品去除薄膜擺入石墨盒內，然後送進燒結爐，將燒結爐抽真空至1pa以下，經過緩慢升溫排氣後，最高燒結爐溫度保持1020-1100℃，保溫3-12小時，燒結結束後充氬氣冷卻至100℃以下再升溫至870-930℃或者直接爐冷至870-930℃，保溫2-5小時，然後充氬氣冷卻至90℃以下，再升溫到460-600℃保溫2-7小時，保溫結束後冷卻至80℃以下出爐。
作為本技術方案的進一步優化，本發明一種釹鐵硼磁體的製備方法所述的潤滑劑為天津悅晟磁電技術有限公司產的ysh-06釹鐵硼專用潤滑劑。
作為本技術方案的進一步優化，本發明一種釹鐵硼磁體的製備方法，其特徵在於：所述的抗氧化劑為天津悅晟磁電技術有限公司的ysh-01釹鐵硼專用抗氧化劑。
本發明一種釹鐵硼低失重磁體的製備方法的有益效果為：
通過優化配方，改善合金鑄片柱狀晶組織結構，控制粉料粒度大小及分布，添加適量的潤滑劑和抗氧化劑，控制磁體氧含量，調控晶界等措施，提供一種燒結釹鐵硼磁體的製備方法，達到提高燒結釹鐵硼產品的耐蝕性的目的。
具體實施方式
具體實施方式一：
本發明涉及釹鐵硼磁體生產領域，更具體的說是一種釹鐵硼磁體的製備方法，包括以下步驟：
(1)按元素重量百分比稱取鐠釹26.0％-33.0％、硼0.85％-1.05％、鏑0-9％、鋱0-3.0％、鋁0.01％-1.0％、銅0-0.3％、鈷0.3％-4％、鋯0-0.2％、鈮0-0.5％、鎵0-0.3％和鐵61.5％-68.6％。其中加鈷對提高磁體的耐蝕性非常關鍵。磁體中進入富釹相的co形成nd3co相，其電極電位雖然仍比主相nd2fe14b為負,但比無co的富釹相有很大提高；nd2fe14b、nd3co及富釹相的化學電位勢。因此含nd3co相的富釹相其耐蝕性明顯提高,特別是在高溫高壓的溼熱環境中效果尤其明顯,從而使失重降低。而且nd3co的熔點與富釹相的共晶熔化溫度接近,(分別是664℃和655℃),因此不會降低富釹相對主相晶粒的浸潤作用,對磁體富釹相的分布無副作用。因此,適當提高磁體co含量,並通過改進工藝使co在燒結磁體各相中的分布更加合理,是提高磁體耐蝕性的重要手段。對於有較高耐蝕性要求的產品，配方中co含量應不低1.0％。
(2)將步驟(1)稱取的材料裝入坩堝中，將坩堝抽真空至15pa以下，以50kw功率烘爐，直到真空低於15pa時，充氬氣至26-29kpa，然後加大功率至500-600kw熔煉，鐵熔化後再精煉6-12分鐘至溫度為1400-1530℃時開始澆鑄，澆鑄時銅棍旋轉的線速控制在1.1-1.5m/s，獲得鑄片並冷卻；鑄片結構對最終磁體晶粒大小、富re相的分布等起到重要影響，優化鑄片結構成為獲得高性能磁體的關鍵技術。
(3)將步驟(2)得到的鑄片放入旋轉式氫碎爐內，抽真空至1pa以下，通入0.066-0.098mpa的氫氣，飽和吸氫後，加熱至540-600℃，脫氫4-10小時，冷卻至常溫後出料得到粗粉；
(4)向步驟(3)得到的粗粉中加入粗粉重量0-0.1％的潤滑劑和0-0.2％的抗氧化劑混合均勻後加入三維混粉機混粉0.5-4小時，然後將粉料加入氣流磨中進行磨粉，磨粉過程中系統氧含量控制在<1000ppm，獲得粉料粒度為smd2.4-4.0微米，d90/d10<5.5的細粉；粉料粒度細，分布集中，有利於燒結過程中富釹相的均勻分布，從而有利於改善磁體耐蝕性。另外磁體中氧含量適當，有利於提高磁體的耐蝕性。因此，在確保磁體不被氧化的情況下，制粉過程中需要適當補氧。
(5)向步驟(4)得到的細粉中加入細粉重量0％-0.1％的潤滑劑和0-0.2％的抗氧化劑，用v型混粉機混粉0.5-4小時獲得粉料；適當添加潤滑劑，有利於粉料取向成型，提高取向度，從而增加剩磁，但是潤滑劑及抗氧化劑添加過多可能會降低矯頑力，可能會導致磁體碳含量超標，降低磁體的耐蝕性。因此，在確保產品性能合格的情況下，儘可能少加抗氧化劑和潤滑劑。
(6)將步驟(5)得到的粉料根據產品尺寸大小製作模型，並在壓機系統氧含量1.5t的條件下進行取向壓制，使壓坯密度達到3.6-4.3g/cm3，然後採用等靜壓壓制使壓坯密度提高到4.4-4.7g/cm3，獲得生坯產品；壓機系統氧含量過高，會導致產品氧化變形，並且性能下降。
(7)將步驟(6)得到的生坯產品在露空環境下去除真空包裝袋，然後迅速放入充氮保護的手套箱內，手套箱內的氧含量控制在1.0％以內，在手套箱內將生坯產品去除薄膜擺入石墨盒內，然後送進燒結爐，將燒結爐抽真空至1pa以下，經過緩慢升溫排氣後，最高燒結爐溫度保持1020-1100℃，保溫3-12小時，燒結結束後充氬氣冷卻至100℃以下再升溫至870-930℃或者直接爐冷至870-930℃，保溫2-5小時，然後充氬氣冷卻至90℃以下，再升溫到460-600℃保溫2-7小時，保溫結束後冷卻至80℃以下出爐。為了確認磁體的最佳燒結和回火溫度，在三個階段的最高保溫溫度分別按梯度設置不同溫度進行試驗，以確認最佳的燒結和回火溫度。燒結溫度過高，保溫時間過長都可能會導致產品過燒，出現晶粒異常長大，矯頑力下降；而燒結溫度偏低，保溫時間偏短則會導致產品欠燒，產品密度過低，剩磁、最大磁能積等性能參數下降。而合適的時效溫度及對應的保溫時間，可以確保富釹相分布更均勻，減少團聚現象，從而提高磁體的耐蝕性，降低磁體的失重。因此，選擇合適的燒結溫度和對應保溫時間，合適的時效溫度及對應的保溫時間很關鍵，需要針對不同的產品試驗不同的溫度和時間，找出最佳的工藝。
所述的潤滑劑為天津悅晟磁電技術有限公司產的ysh-06釹鐵硼專用潤滑劑，是一種高分子酯類聚合物，對燒結釹鐵硼產品具有較好的潤滑性、分散性、防氧化性和提高產品性能的效果。
所述的抗氧化劑為天津悅晟磁電技術有限公司的ysh-01釹鐵硼專用抗氧化劑，是一種低分子烷烴聚合物，對燒結釹鐵硼產品具有較好的防氧化性、潤滑性和提高產品性能的效果。
具體案例一：一種低失重n38sh磁體。
①配料。配方如下：按元素重量百分比稱取鐠釹28.2％、鏑1.3％，釓2.1％、硼0.97％、鋁0.75％、銅0.15％、鈷1.2％、鋯0.04％、鈮0.27％、鎵0.18％，其餘為鐵。
②熔煉。將上述配料裝入坩堝中，將爐子的真空抽至10pa以下，以50kw功率烘爐，直到真空低於5pa時，充氬氣至26.8kpa，然後加大功率至550kw熔煉，鐵熔化後精煉7分鐘，測量鋼液溫度為1450-1470℃時開始澆鑄，澆鑄時銅棍旋轉的線速控制在1.32m/s，獲得鑄片並冷卻，待鑄片冷卻後開爐出料。
③氫碎。將上述鑄片放入旋轉式氫碎爐內，抽真空至1pa以下，通入0.066mpa的氫氣，飽和吸氫後，加熱至540℃脫氫4小時，冷卻至常溫後出料得到粗粉。
④制粉。向粗粉加入粗粉重量0.1％的抗氧化劑混合均勻後加入三維混粉機混粉1.5小時，然後將粉料加入氣流磨中進行磨粉，磨粉過程中氧含量90-110ppm，獲得粉料粒度為smd2.8-3.0um，d90/d10<5.2的細粉。向得到的細粉中加入細粉重量0.03％的潤滑劑和0.08％的抗氧化劑，用v型混粉機混粉3小時獲得粉料。磁體中氧含量適當，有利於提高磁體的耐蝕性。因此，在確保磁體不被氧化的情況下，制粉過程中需要適當補氧。
(5)向步驟(4)得到的細粉中加入細粉重量0％-0.1％的潤滑劑和0-0.2％的抗氧化劑，用v型混粉機混粉0.5-4小時獲得粉料；適當添加潤滑劑，有利於粉料取向成型，提高取向度，從而增加剩磁，但是潤滑劑及抗氧化劑添加過多可能會降低矯頑力，可能會導致磁體碳含量超標，降低磁體的耐蝕性。因此，在確保產品性能合格的情況下，儘可能少抗氧化劑和潤滑劑的添加量。
(6)壓制。取向壓制時，壓機系統氧含量1.8t以提高磁體的取向度，壓坯密度為3.8-3.9g/cm3。等靜壓的壓力採用160mpa，等靜壓後壓坯密度提高到4.6-4.7g/cm3。壓機系統氧含量過高，會導致產品氧化變形，並且性能下降，另外壓坯密度過高，取向阻力加大，不利於剩磁的提升。
(7)燒結。將步驟(6)得到的生坯產品在露空環境下去除真空包裝袋，然後放入充氮保護的手套箱內，手套箱內的氧含量控制在0.2％以內，在手套箱內將生坯產品去除薄膜擺入石墨盒內，然後送進燒結爐，將燒結爐抽真空至1pa以下，燒結爐溫度保持1020-1100℃，保溫7小時，燒結結束後充氬氣冷卻至90℃以下再升溫至870-930℃或者直接爐冷至870-930℃，保溫3小時，然後充氬氣冷卻至90℃以下，再升溫到460-600℃保溫5小時，保溫結束後冷卻至80℃以下出爐。上述升溫至870-930℃或者直接爐冷至870-930℃的溫度範可以選取900℃、905℃、910℃、915℃、925℃等溫度，升溫到460-600℃的溫度範可以選取470℃、485℃、500℃、520℃、550℃、580℃等溫度。燒結溫度過高，時間過長都可能會導致產品過燒，出現晶粒異常長大，矯頑力下降；而燒結溫度偏低，時間偏長則會導致產品欠燒，產品密度過低，剩磁等下降。
獲得的釹鐵硼磁體磁體氧含量700-1000ppm，磁性能及失重(測試條件130℃，2.6bar，95％rh，168h)測試如下表所示。
當然，上述說明並非對本發明的限制，本發明也不僅限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也屬於本發明的保護範圍。