專利名稱：提高納米晶釹鐵硼永磁材料性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米晶釹鐵硼永磁材料處理方法，屬于永磁材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱壓/熱變形工藝是制備高性能，全密度納米晶稀土永磁材料的重要方法之一。 由于具有納米晶結(jié)構(gòu)，因此具有較好的耐腐蝕性能，抗氧化性好；此外工藝流程短，成本低， 在高溫下具有良好的塑性變形能力。由于晶粒為納米晶，具有較高的矯頑力，取向度好等優(yōu)
點(diǎn)ο目前對(duì)于熱變形取向原理的研究已經(jīng)逐漸成熟，普遍被接受的主要有兩種，晶?；妻D(zhuǎn)動(dòng)和熔融再取向。在單相各向異性納米晶永磁材料中沒有觀察到位錯(cuò)，滑移線等金屬材料熱變形的組織結(jié)構(gòu)特征，而認(rèn)為是在熱壓變形時(shí)，在壓力作用下造成的晶粒沿取向方向定向長大導(dǎo)致。在熱變形過程中，晶界處的富釹相已經(jīng)熔化，也就是說NdJe14B晶粒浸泡在了富釹相的溶液中，并受到一個(gè)壓應(yīng)力的作用。由于晶粒具有應(yīng)變能的各向異性，晶粒c軸與壓力方向平行的晶粒應(yīng)變能低，而晶粒c軸與壓力方向成一定角度的晶粒應(yīng)變能高，而應(yīng)變能高的晶粒在溫度和壓應(yīng)力的作用下是不穩(wěn)定的，會(huì)溶解于富釹的晶界溶液中。富釹的液相相對(duì) 2 14 1的固相飽和度增加，形成一個(gè)濃度梯度，經(jīng)過液相擴(kuò)散作用，使得應(yīng)變能低的晶粒長大，長大的擇優(yōu)方向即是晶粒的c軸方向并與壓力方向平行，最終導(dǎo)致c軸與壓力方向平行的晶粒沿基平面長大成片。由于熱壓熱變形制備的磁體具有納米晶結(jié)構(gòu)，單個(gè)晶粒的大小約為200-300nm，矯頑力的機(jī)制已經(jīng)不同于燒結(jié)磁體，而認(rèn)為是釘扎機(jī)制。由于晶粒本身細(xì)小，因此相比較于燒結(jié)磁體來說，較少的稀土含量就能夠達(dá)到相當(dāng)?shù)某C頑力。為了提高熱變形磁體的矯頑力，向磁體中加入少量的重稀土元素往往是獲得高矯頑力的直接方法之一。隨著人們對(duì)矯頑力機(jī)制的認(rèn)識(shí)加深，以及晶界相對(duì)矯頑力的貢獻(xiàn)，越來越多的研究集中于境界擴(kuò)散。從而在盡量不降低剩磁的情況下，提高材料的矯頑力，這在燒結(jié)永磁體中的研究已經(jīng)非常豐富。在納米晶稀土永磁中進(jìn)行晶界擴(kuò)散也是提高熱壓熱變形納米晶永磁體矯頑力的重要方法。S^ehri-Amin. H等在HDDR粉末中擴(kuò)散Nd-Cu后獲得了無重稀土元素的高矯頑力各向異性HDDR粉，他們的研究表明在納米晶中實(shí)行晶界擴(kuò)散是具有可行性的。熱壓/熱變形是制備高性能塊體納米晶釹鐵硼的有效手段，在熱變形磁體中尚未見到利用境界擴(kuò)散改善磁性能特別是矯頑力的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種提高納米晶釹鐵硼永磁材料性能的方法，特別是能提高納米晶釹鐵硼永磁材料的矯頑力。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種提高納米晶釹鐵硼永磁材料性能的方法，其特征在于包括如下步驟①將稀土氟化物、氫化物粉末之任一種或任意比例的混合物與納米晶釹鐵硼磁粉按質(zhì)量比0. 1% -10%充分混合均勻；②將粉末混合物熱壓制備為各向同性磁體；③將各向同性的磁體進(jìn)行熱變形加工，制備為各向異性的納米晶磁體，或?qū)釅焊飨蛲源朋w先在真空或保護(hù)氣氛下進(jìn)行高溫?zé)釘U(kuò)散處理再進(jìn)行熱變形制備各向異性磁體或?qū)⒅苽涑龅母飨虍愋源朋w在真空或保護(hù)氣氛下進(jìn)行高溫?zé)釘U(kuò)散處理。步驟①可以通過混料機(jī)中混合均勻。步驟①可以通過將納米晶釹鐵硼磁粉置于稀土氫化物、稀土氟化物或兩者混合物的無水乙醇懸濁液中，并超聲分散為懸濁液混合后干燥得到粉末混合物，其中納米晶磁粉所占體積比10% -60%，其中稀土氫化物同納米晶磁粉的混合及干燥過程需在氬氣等保護(hù)氣氛下進(jìn)行。步驟②如下將混合粉末放入熱壓模具中，將模具放入真空熱壓爐內(nèi)，并抽真空到高于 9X10_2Pa，在熱壓過程中，熱壓溫度在500 850°C，升溫時(shí)間為5 10分鐘，壓力100 500MPa，壓制及保溫時(shí)間為1 3分鐘。步驟③中的高溫?zé)釘U(kuò)散處理?xiàng)l件如下溫度500 850°C，保溫時(shí)間30 120分鐘，真空條件下處理時(shí)真空度高于9 X IO-2Pa,保護(hù)氣氛環(huán)境下處理時(shí)保護(hù)氣為氬氣，氣壓低于 0. 2Mpa。步驟③中的熱變形條件如下熱變形溫度700 850°C，壓力100 500MPa，真空度高于9 X l(T2Pa，或抽真空后充入保護(hù)氣氬氣壓力約1-1. 2 X IO2Pa0作為優(yōu)選，所述的稀土氟化物為鏑的氟化物、鋱的氟化物、釹的氟化物或鐠的氟化物中的一種。作為優(yōu)選，所述的稀土氫化物為鏑的氫化物、鋱的氫化物、釹的氫化物或鐠的氫化物中的一種。作為優(yōu)選，所述的納米晶磁粉為快淬磁粉或HDDR磁粉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用晶界擴(kuò)散原理，在納米晶磁粉中通過熱壓/熱變形工藝，通過固相反應(yīng)和晶界擴(kuò)散作用，在納米晶的晶界中擴(kuò)散進(jìn)入了重稀土元素，又由于晶體為納米晶，接近釹鐵硼單疇顆粒的大小，從而在不顯著降低剩磁的情況下， 極大的提高了磁體的矯頑力。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1，在手套箱中稱取0. 148gDyHx，在持續(xù)充氣的操作箱中倒入無水乙醇做保護(hù)介質(zhì)，在通風(fēng)櫥中同稍微過量的HF酸溶液反應(yīng)生成DyF3,獲得DyF3懸濁液，獲得的DyF3 的質(zhì)量為0. 2g ；靜置后將上清液倒入廢液桶，并用無水乙醇稀釋后靜置，再將上清液倒入廢液桶， 重復(fù)操作稀釋直至用PH紙測(cè)得溶液PH值約為7左右后，在通風(fēng)櫥中自然風(fēng)干。
將獲得粉末利用無水乙醇均勻分散后放入超聲儀器中超聲分散30分鐘。然后加入19. 8g快淬磁粉，再超聲分散30分鐘，配成99% NdFeCoGaB/1% DyF3的質(zhì)量比的混合溶液；將上述混合粉末溶液放入烘箱中，在80°C溫度下烘干后，將粉末混合均勻；將上述混合粉末放入內(nèi)徑13mm的熱壓模具后，將整個(gè)模具放入真空感應(yīng)熱壓機(jī)中，并抽真空至4X KT2Pa以下并維持在低真空。開啟感應(yīng)加熱系統(tǒng)加熱，同時(shí)開啟液壓系統(tǒng)加壓到3MPa，將作用在模具上的壓強(qiáng)維持在200MPa.從室溫勻速升溫到670°C，用時(shí)5分鐘，在670°C時(shí)保持溫度和壓力1分鐘。熱壓完成后迅速關(guān)閉感應(yīng)加熱系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，并反復(fù)沖入Ar氣和抽真空，從最高溫降到室溫用時(shí)20-30分鐘。將熱壓磁體放入內(nèi)徑為24mm的模具中，預(yù)先抽真空到4X10_2Pa以下，然后沖入 Ar氣到1 X IO2Pa作為保護(hù)氣體，勻速從室溫逐漸升溫到850°C，升溫時(shí)間為6分鐘，達(dá)到最高溫后保溫60秒。開啟液壓系統(tǒng)，緩慢加壓，維持磁體勻速形變，熱變形完成后，逐漸加壓到5MPa，維持施加在模具上的壓強(qiáng)為105MPa，保溫保壓30秒后迅速關(guān)閉壓力和加熱系統(tǒng)， 熱變形完成后從最高溫降低到室溫時(shí)間為30分鐘；將磁體脫模后利用線切割從磁體上切割下直徑Φ6的圓柱。性能測(cè)試采用永磁材料測(cè)量B-H儀，測(cè)試溫度為室溫。實(shí)施例2，在手套箱中稱取0. 296gDyHx，在持續(xù)充氣的操作箱中倒入無水乙醇做保護(hù)介質(zhì)，在通風(fēng)櫥中同稍微過量的HF酸溶液反應(yīng)生成DyF3,獲得DyF3懸濁液，獲得的DyF3 的質(zhì)量為0. 4g ；靜置后將上清液倒入廢液桶，并用無水乙醇稀釋后靜置，再將上清液倒入廢液桶， 重復(fù)操作直至用PH紙測(cè)得溶液pH值約為7左右后，在通風(fēng)櫥中自然風(fēng)干。將獲得粉末利用無水乙醇均勻分散后放入超聲儀器中超聲分散30分鐘。然后加入19. 8g快淬磁粉，再超聲分散30分鐘，配成98% NdFeCoGaB/2% DyF3的質(zhì)量比的混合溶液；其他步驟參照實(shí)施例1。實(shí)施例3，在手套箱中稱取0. 444gDyHx，在持續(xù)充氣的操作箱中倒入無水乙醇做保護(hù)介質(zhì)，在通風(fēng)櫥中同稍微過量的HF酸溶液反應(yīng)生成DyF3,獲得DyF3懸濁液，獲得的DyF3 的質(zhì)量為0. 6g ；靜置后將上清液倒入廢液桶，并用無水乙醇稀釋后靜置，再將上清液倒入廢液桶， 重復(fù)操作直至用PH紙測(cè)得溶液pH值約為7左右后，在通風(fēng)櫥中自然風(fēng)干。將獲得粉末利用無水乙醇均勻分散后放入超聲儀器中超聲分散30分鐘。然后加入19. 8g快淬磁粉，再超聲分散30分鐘，配成97% NdFeCoGaB/3% DyF3的質(zhì)量比的混合溶液；其他步驟參照實(shí)施例1。實(shí)施例4，在手套箱中稱取0. 2gTbHx，并同MQU-F快淬磁粉進(jìn)行初步混合，配成 99% NdFeCoGaB/1% TbHx 的混合物；將上述混合粉末放入內(nèi)徑13mm的熱壓模具后，將整個(gè)模具放入真空感應(yīng)熱壓機(jī)中，并抽真空至4X10’a以下并維持在低真空；
其他步驟參照實(shí)施例1。對(duì)比實(shí)施例，不添加DyF3或TbHx的情況，其他條件參考實(shí)施例1。表1為各實(shí)施例中納米晶釹鐵硼永磁材料的性能
制備工藝矯頑力(kOe)剩磁(kGs)最大磁能積(MGOe)Hk/Hcj實(shí)施例117. 6312. 9410. 86實(shí)施例218. 512. 71400. 86實(shí)施例321. 0512. 03340. 85實(shí)施例418. 6813. 141. 80. 88對(duì)比實(shí)施例15. 1813. 543. 190. 87 實(shí)施例1、2、3和4中通過添加DyF3或TbHx后矯頑力都有了明顯的提高，然而隨著 DyF3或TbHx的添加，熱壓磁體的密度隨著降低，因此在熱變形過程中獲得的剩磁和最大磁能積有所降低。但是矯頑力的明顯提高說明晶界擴(kuò)散在納米晶中對(duì)提高磁體矯頑力是可行的。
權(quán)利要求
1.一種提高納米晶釹鐵硼永磁材料性能的方法，其特征在于包括如下步驟①將稀土氟化物、氫化物粉末之任一種或任意比例的混合物與納米晶釹鐵硼磁粉按質(zhì)量比0. -10%充分混合均勻；②將粉末混合物熱壓制備為各向同性磁體；③將各向同性的磁體進(jìn)行熱變形加工，制備為各向異性的納米晶磁體，或?qū)釅焊飨蛲源朋w先在真空或保護(hù)氣氛下進(jìn)行高溫?zé)釘U(kuò)散處理再進(jìn)行熱變形制備各向異性磁體或?qū)⒅苽涑龅母飨虍愋源朋w在真空或保護(hù)氣氛下進(jìn)行高溫?zé)釘U(kuò)散處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟①通過混料機(jī)中混合均勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟①通過將納米晶釹鐵硼磁粉置于稀土氫化物、稀土氟化物或兩者混合物的無水乙醇懸濁液中，并超聲分散為懸濁液混合后干燥得到粉末混合物，其中納米晶磁粉所占體積比10% _60%，其中稀土氫化物同納米晶磁粉的混合及干燥過程需在氬氣等保護(hù)氣氛下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟②如下將混合粉末放入熱壓模具中，將模具放入真空熱壓爐內(nèi)，并抽真空到高于9 X IO-2Pa,在熱壓過程中，熱壓溫度在500 850°C，升溫時(shí)間為5 10分鐘，壓力100 500MPa，壓制及保溫時(shí)間為1 3分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟③中的高溫?zé)釘U(kuò)散處理?xiàng)l件如下溫度500 850°C，保溫時(shí)間30 120分鐘，真空條件下處理時(shí)真空度高于9 X IO^2Pa,保護(hù)氣氛環(huán)境下處理時(shí)保護(hù)氣為氬氣，氣壓低于0. 2Mpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟③中的熱變形條件如下熱變形溫度700 850°C，壓力100 500MPa，真空度高于9X 10_2Pa，或抽真空后充入保護(hù)氣氬氣壓力約1-1. 2 X IO2Pa0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的稀土氟化物為鏑的氟化物、鋱的氟化物、釹的氟化物或鐠的氟化物中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的稀土氫化物為鏑的氫化物、鋱的氫化物、釹的氫化物或鐠的氫化物中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的納米晶磁粉為快淬磁粉或HDDR磁粉。
全文摘要
一種提高納米晶釹鐵硼永磁材料性能的方法，包括如下步驟①將稀土氫化物或稀土氟化物同納米晶磁粉充分均勻混合；②將混合后的粉末進(jìn)行熱壓工藝制備為各向同性磁體；③將各向同性的磁體在熱變形模具中，通過熱變形制備為各向異性的納米晶磁體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用晶界擴(kuò)散原理，在納米晶磁粉中通過熱壓/熱變形工藝在納米晶的晶界中擴(kuò)散進(jìn)入了重稀土元素，通過固相反應(yīng)和晶界擴(kuò)散作用，在不顯著降低剩磁的情況下，極大的提高了磁體的矯頑力。
文檔編號(hào)B22F3/16GK102436890SQ201110390899
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者唐旭, 尹文宗, 李 東, 林旻, 閆阿儒, 陳仁杰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所