高耐蝕性燒結釹鐵硼磁體及其製備方法
2023-10-22 21:16:42
專利名稱：高耐蝕性燒結釹鐵硼磁體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高耐蝕性燒結釹鐵硼磁體及其製備方法。
背景技術：
1983年，日本住友特殊金屬公司的Mgawa等人首先採用粉末治金工藝研製出高性能釹鐵硼永磁材料，宣告了第三代稀土永磁材料的誕生。同以前的稀土永磁材料相比，釹鐵硼基稀土永磁材料的優點首先在於它以價格便宜的鐵為主要成分，而且在磁體中含量較少的Nd也是較為豐富的稀土金屬，大大降低了永磁體的價格；其次，富含高磁矩的鐵原子使材料的飽和磁極化強度達到4jiMS= 1.6T，磁晶各向異性場μ此=7T，形成了創記錄的最大磁能積，最大磁能積的理論值高達512kJ/m3(64MG0e)；另外，NdJe14B具有四方結構，很容易成相。實際應用的燒結釹鐵硼磁體主要由主相即硬磁相Ndfe14B及次要相富硼相和富釹相等組成。作為目前已知綜合性能較好的永磁材料，釹鐵硼永磁材料自發明以來一直是全世界研究者們研究的熱點，並廣泛地應用於社會生產生活的各個方面。進入二十一世紀後，隨著全球計算機、電子、信息等高科技產業的飛速發展，釹鐵硼磁體的產量更是進入高速增長時期。用燒結釹鐵硼磁體代替鐵氧體磁鐵已經成為電機行業的一個重要的發展趨勢，特別是對於用於電動車輛和混合動力車輛的電機。隨著釹鐵硼磁體應用領域的拓展，其工作環境也越來越趨於複雜，對材料的耐腐蝕性提出了更高的要求。尤其是當用於發電機和電動機中時，往往會要求磁體在高溫下具有好的耐腐蝕性。普通的釹鐵硼磁體對空氣(主要是O2)、溼氣和鹽的耐腐蝕性較低。這一缺點嚴重製約了其在發電機和電動機中的應用。因此，確有必要提供一種新的具有良好耐腐蝕性的釹鐵硼磁體，以克服先前技術中所存在的缺陷。
發明內容
為了克服現有釹鐵硼磁體存在的缺陷，本發明提供了一種具有高耐蝕性的燒結釹鐵硼磁體。具體而言，本發明提供了一種高耐蝕性燒結釹鐵硼磁體，其特徵在於以質量百分比計磁體組成為NdxRxlFe100_(x+xl+y+yl+z)TyMyiBz,其中M彡χ彡33，0彡xl彡15， 1. 43 ^ y ^ 16. 43,0. 1 彡 yl 彡 0. 6，0. 91 彡 ζ 彡 1. 07，R 為選自 Dy、Tb、Pr、Ce 和 Gd 中的一種或多種，T為選自Co, Cu和Al中的一種或多種，M為選自Nb、Zr、Ti、Cr和Mo中的一種或多種，且M分布於釹鐵硼磁體的晶界相內。本發明還提供了所述釹鐵硼磁體的製備方法，所述方法包括提供主相合金粉末，所述主相合金以質量百分比計，其成分為Ν(1Α^1(ιΜχ+χ1+ +ζ)
3TyBz,其中 24 彡 χ 彡 33，0 彡 xl 彡 15，1. 43 ^ y ^ 16. 43,0. 91 彡 ζ 彡 1. 07，R 為選自 Dy、 Tb、Pr、Ce和Gd中的一種或多種，T為選自Co、Cu和Al中的一種或多種；提供輔相合金粉末，所述輔相合金以質量百分比計，其成分為Ν(1Α^1(ι(ι_(χ+χ1+#+ζ) TyMylBz，其中 24 彡 X 彡 63，0 彡 Xl 彡 19，1. 43 彡 y 彡 16. 43，6 彡 yl 彡 18，0. 91 彡 Z 彡 1. 07， R為選自Dy、Tb、Pr、Ce和Gd中的一種或多種，T為選自Co、Cu和Al中的一種或多種，M為選自Nb、Zr、Ti、Cr和Mo中的一種或多種；混合主相合金粉末與輔相合金粉末，其中輔相合金粉末佔總重量的1-10% ；將混合後的粉末在磁場中壓製成型坯件，並在200Mpa以上的壓強下等靜壓；將型坯件放入高真空燒結爐內燒結，製得燒結磁體。與現有技術的釹鐵硼磁體製備方法相比，本發明的釹鐵硼磁體製備方法，只需向燒結釹鐵硼磁體中加入少量甚至微量的難熔金屬就能大大改善釹鐵硼磁體的高溫耐腐蝕性。同時，難熔金屬的加入並不會損害釹鐵硼磁體的磁性能。
具體實施例方式為了改善燒結釹鐵硼磁體的高溫耐腐蝕性，可以採取兩條技術路線。其一是提高釹鐵硼磁體本身的耐腐蝕性，其二是在磁體表面上塗布塗層。但是耐腐蝕塗層的耐久性往往難以滿足實際使用要求。本發明採用了提高釹鐵硼磁體本身的耐腐蝕性的技術路線。在本發明中，通過採用雙相合金燒結法向燒結釹鐵硼磁體中加入難熔金屬，將難熔金屬加入到釹鐵硼磁體的晶界相內，來提高釹鐵硼磁體的高溫耐腐蝕性。所添加的難熔金屬可以是Nb、Zr、Ti、Cr或Mo，優選是Nb、^ 或Ti。本發明最終製得的燒結釹鐵硼磁體的化學組成可以通過現有的分析方法容易地確定。與Nd相比，Ce在地殼中的豐度較高，成本較低，因此經常被用於釹鐵硼磁體中替代Nd，以降低產品成本。Gd屬於重稀土元素，其有助於在高溫下穩定磁體材料的磁性能。雙相合金燒結法是近年來發展起來的一種新的製造燒結釹鐵硼磁體材料的方法。 該方法是通過使用兩種成分的合金，經過粗破碎到一定程度後，然後按一定的比例混合、取向、壓型，然後經過燒結、回火、檢測等步驟製備磁體。在本發明中，藉助雙相合金燒結法，只需向燒結釹鐵硼磁體中加入少量甚至微量的難熔金屬就能大大改善釹鐵硼磁體的高溫耐腐蝕性。這是因為在雙相合金燒結法中，主相合金基本不熔化，包含在輔相合金中的難熔金屬將主要分布於磁體中的晶界相內。這樣一來只需少量難熔金屬，就可以大大改善磁體的高溫耐腐蝕性。同時，由於難熔金屬主要分布在晶界相內，因此也不會損害釹鐵硼磁體的磁性能。從而，在磁體磁性能基本不受影響的前提下，僅僅加入微量的難熔金屬，就大大改善了釹鐵硼磁體的高溫耐腐蝕性。現有技術中雖然也存在將難熔金屬加入釹鐵硼磁體中的嘗試，但是這些嘗試往往是將難熔金屬加在了主相合金中。結果不但難熔金屬的用量大，高溫耐腐蝕性改善不明顯， 還不利地損害了磁體的磁性。
本發明中提出的通過晶界相改性的發明構思是基於燒結釹鐵硼磁體材料的製備經驗，因為在本發明設計的晶界相合金(輔相合金)中稀土含量比較高，其熔點低於燒結磁體的主相熔點，在燒結溫度晶界相為液相而主相仍為固態，所以晶界相合金中的元素很難或很少滲透進主相。這一點是燒結釹鐵硼燒結和雙合金工藝特點所決定的。作為藉助雙相合金燒結法製備本發明的釹鐵硼磁體的一個示例實施方案。本發明的燒結釹鐵硼磁體可以通過如下步驟製備-提供主相合金，主相合金採用鑄造工藝製成釹鐵硼鑄錠合金或用速凝薄片工藝製成釹鐵硼速凝薄片，採用氫破碎法或機械破碎法將主相合金破碎，再經氣流磨或球磨製粉，獲得平均粒徑為2-5 μ m的主相合金粉末；-提供輔相合金，輔相合金採用電弧爐熔煉合金錠或採用鑄造工藝製成鑄錠合金或用速凝薄片工藝製成速凝薄片或採用快淬工藝製成快淬帶，通過氫破碎法或機械破碎法破碎，再經氣流磨或球磨製粉，獲得平均粒徑為2-5 μ m的輔相合金粉末；-將主相合金粉末與輔相合金粉末混合，其中輔相合金粉末佔總重量的1_10%， 然後在混料機中混合均勻。-將混合後的粉末在磁場中壓製成型坯件，並在200Mpa以上壓強下等靜壓；-將型坯件放入高真空燒結爐內在1040-1120°C燒結2_5小時，製得燒結磁體。在上述的等靜壓處理中，壓強越高對材料性能越有利，但是過高的壓強勢必會提高對安全設施的要求，同時也導致設備體積增大，從而導致生產成本的增加。至於燒結處理，舉例來說，在本發明的釹鐵硼磁體製備方法中，高真空燒結爐內燒結可以採取以下的方式進行在1040-1120°C燒結2-5小時，製得燒結磁體。視具體情況，可再在850-950°C—級回火2_3小時，也可再在450_550°C二級回火 2-5小時，製得燒結磁體。回火處理是可選擇性的，可以只進行一級回火，或只進行二級回火，或既進行一級回火又進行二級回火，或不進行任何回火處理。下面將結合實施例進一步闡釋本發明。下面的實施例僅僅是用於說明目的而不構成對本發明的任何限制。實施例1利用速凝薄片技術將主合金成分為I3r6Nd2Je67.45Dy0.5Co0.6Cu0.04A10.25Zr0.2B0.96 (質量百分含量)的合金製成薄片，然後採用氫破碎和氣流磨工藝將其製成平均粒徑為3. 6微米的粉末。將粉末在2T的磁場中取向並壓製成型。在300MI^壓力下，等靜壓20秒。隨後將壓坯置於真空爐內，在1080°C燒結2小時，之後進行兩級熱處理，其中一級熱處理溫度為 875°C，時間為2小時；二級熱處理溫度為560°C，時間為2小時。即獲得母合金燒結磁體。 所製備主合金磁體的各項磁性能指標見表1。利用速凝薄片技術將輔合金成分為 I3r6Nd2Je47.45Dy0.5Nb20Co0.6Cu0.04A10.25Zr0.2B0.96 ( 質量百分含量)製成薄片，然後採用氫破碎和氣流磨工藝將其製成平均粒徑為3. 6微米的粉末。將佔總質量百分比為的輔合金粉末加入到上述主合金粉末中，並混合均勻，得最終合金成分為freNcUi^uDyuNb^CoMCugAl—Zr^B^d質量百分含量)。隨後，採用與母合金相同的取向壓型工藝、等靜壓、真空燒結和熱處理技術，得到最終磁體。所製備含輔合金母的最終磁體磁體的各項磁性能指標(20°C )見表1。
將主合金磁體和含輔合金的最終磁體製成Φ IOmmX IOmm和Φ 15mmX3mm兩種規格的磁體，每種規格5個，共20個。隨後進行HAST實驗，實驗條件是130°C，0. 26MPa, 168 小時。主合金磁體和含輔合金的最終磁體的失重情況見表1。耐腐蝕性測試在130°C和95%的相對溼度下持續168小時進行高壓爐測試，檢驗製備磁體的高溫耐腐蝕性。測試結果如表1所示，數據表明實施例1製備的釹鐵硼磁體表面腐蝕大大改善。具體而言，在130°C和95%的相對溼度下持續168小時的高壓爐測試中，平均失重從1. 7Img/ cm2 降到了 0. 19mg/cm2。而相同測試條件下，市售的燒結釹鐵硼磁體的典型的表面腐蝕通常則高達aiig/
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cm ο高溫老化後的磁通量損失在150°C下老化1000小時後，測量磁體的磁通量損失。而在同樣老化條件下，本發明的燒結釹鐵硼磁體的磁通量損失僅為0. 77%。通常，對於市售磁體的磁通量損失的要求是在工作溫度下在3小時內的磁通量損失低於5%。可見，本發明磁體遠高於這一要求。表 1添加總質量百分含量為1 %的輔合金燒結磁體的磁性能和平均失重對比
權利要求
1.一種高耐蝕性燒結釹鐵硼磁體，其特徵在於以質量百分比計磁體組成為 NdxRxlFe1。。-(x+xl+y+yl+z)TyMylBz，其中 24 彡 χ 彡 33，0 彡 xl 彡 15，1. 43 彡 y 彡 16.43， 0. 1彡yl彡0. 6，0. 91彡ζ彡1. 07，R為選自Dy、Tb、Pr、Ce和Gd中的一種或多種，T為選自Co、Cu和Al中的一種或多種，M為選自Nb、Zr、Ti、Cr和Mo中的一種或多種，且M分布於釹鐵硼磁體的晶界相內。
2.高耐蝕性燒結釹鐵硼磁體的製備方法，所述方法包括提供主相合金粉末，所述主相合金以質量百分比計，其成分為NdxI xli^1(lMx+xl+y+z)TyBz，其中 24 彡 χ 彡 33,0 ^ xl ^ 15,1.43 ^ y ^ 16. 43,0.91 彡 ζ 彡 1. 07, R 為選自 Dy、Tb、Pr、 Ce和Gd中的一種或多種，T為選自Co、Cu和Al中的一種或多種；提供輔相合金粉末，所述輔相合金以質量百分比計，其成分為NdxRxlFe1,(x+xl+y+yl+z) TyMylBz，其中 24 彡 X 彡 63，0 彡 Xl 彡 19，1. 43 彡 y 彡 16. 43，6 彡 yl 彡 18，0. 91 彡 Z 彡 1. 07， Fe含量為100_(x+xl+y+yl+z)，R為選自Dy、Tb、Pr、Ce和Gd中的一種或多種，T為選自Co、 Cu和Al中的一種或多種，M為選自Nb、Zr、Ti、Cr和Mo中的一種或多種；混合主相合金粉末與輔相合金粉末，其中輔相合金粉末佔總重量的1-10% ；將混合後的粉末在磁場中壓製成型坯件，之後在200Mpa以上的壓強下等靜壓；將型坯件放入高真空燒結爐內燒結，製得燒結磁體。
3.權利要求2的製備方法，其中主相合金粉末的平均粒徑為2-5μ m。
4.權利要求2的製備方法，其中輔相合金粉末的平均粒徑為2-5μ m。
5.權利要求2的製備方法，其中型坯件在高真空燒結爐內在1040-1120°C燒結2_5小時製得燒結磁體。
6.權利要求5的製備方法，其中型坯件還包括再在850-950°C—級回火2_3小時和/ 或450-550°C二級回火2-5小時。
全文摘要
本發明提供了一種高耐蝕性燒結釹鐵硼磁體及其製備方法。以質量百分比計，所述磁體的組成為NdxRx1Fe100-(x+x1+y+y1+z)TyMy1Bz，其中24≤x≤33，0≤x1≤15，1.43≤y≤16.43，0.1≤y1≤0.6，0.91≤z≤1.07，R為選自Dy、Tb、Pr、Ce和Gd中的一種或多種，T為選自Co、Cu和Al中的一種或多種，M為選自Nb、Zr、Ti、Cr和Mo中的一種或多種，且M分布於釹鐵硼磁體的晶界相內。
文檔編號H01F7/02GK102456458SQ20101051529
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者A·威爾德, 周巧英, 周龍捷, 李 東, 閆阿儒, 陳仁傑 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所, 羅伯特·博世有限公司