一種利用廢舊永磁電機(jī)磁鋼制備高性能高矯頑力再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法
【專利摘要】一種利用廢舊永磁電機(jī)磁鋼制備高性能高矯頑力再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法，屬于磁性材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明采用稀土氫化鐠納米粉末摻雜技術(shù)再生廢舊稀土永磁電機(jī)磁鋼制備高性能燒結(jié)NdFeB永磁。本發(fā)明步驟為：氫爆和氣流磨工藝制備NdFeB粉末；物理氣相沉積技術(shù)制備氫化鐠納米粉末；將兩種粉末混合，磁場(chǎng)取向并壓制成型；壓坯在不同溫度下進(jìn)行脫氫處理，燒結(jié)及熱處理，獲得燒結(jié)磁體。采用本發(fā)明制備的再生磁體各項(xiàng)磁性能可以回復(fù)到原始磁鋼水平，其中矯頑力高于原始磁鋼。本發(fā)明方法工藝流程短，成本能耗低，節(jié)約資源。
【專利說明】—種利用廢舊永磁電機(jī)磁鋼制備高性能高矯頑力再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以拆解廢舊永磁電機(jī)磁體為主要原料，利用氫化鐠納米顆粒摻雜燒結(jié)的方法制備高性能高矯頑力再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的新技術(shù)，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)廢舊稀土永磁電機(jī)釹鐵硼磁鋼的高值化再利用，屬于磁性材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近二十年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，稀土資源日趨減少、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重等問題日益突出。我國稀土二次資源回收發(fā)展空間和潛力巨大，但針對(duì)稀土資源化回收再利用研究工作較少。其中針對(duì)產(chǎn)量大、附加值高的釹鐵硼廢料進(jìn)行低值回收再利用成為當(dāng)前的重中之重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2010年全國廢舊釹鐵硼回收量達(dá)到4.5萬噸左右，但缺乏先進(jìn)技術(shù)致再生釹鐵硼價(jià)值大大降低，浪費(fèi)寶貴的稀土資源；釹鐵硼油泥分離造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染、且稀土回收率低。
[0003]廢舊稀土永磁的回收再利用，不僅保護(hù)了我國寶貴的稀土戰(zhàn)略資源，而且保護(hù)了環(huán)境。一方面避免了廢舊稀土產(chǎn)品本身帶來的污染；另一方面，減少稀土礦產(chǎn)資源消耗，大大減輕了稀土礦產(chǎn)的采、選、冶帶來的嚴(yán)重環(huán)境負(fù)擔(dān)。由此可見，廢舊稀土永磁高值化回收再利用不僅利潤空間很大，項(xiàng)目投資回報(bào)率高，具有很好的經(jīng)濟(jì)可行性，而且將大大降低稀土礦開采量，遏制過度開采和生態(tài)環(huán)境惡化，有效地保護(hù)了我國稀土資源和生態(tài)環(huán)境。
[0004]稀土永磁電機(jī)是燒結(jié)釹鐵硼永磁體的最大應(yīng)用市場(chǎng)之一，大量的燒結(jié)釹鐵硼磁鋼已經(jīng)服役十至二十年，由于工作溫度和外界環(huán)境的影響，磁鋼的性能出現(xiàn)不同程度的降低，因此對(duì)稀土永磁電機(jī)的釹鐵硼磁鋼的回收和高值化再利用工作已迫在眉睫。但是目前關(guān)于稀土永磁電機(jī)磁體的回收再利用工作開展的較少。
[0005]目前針對(duì)燒結(jié)釹鐵硼邊角料回收利用開發(fā)了多種方法:1.從廢舊磁體中提取稀土元素以及其他貴重金屬，此種工藝存在回收率低和回收產(chǎn)品純度低等問題。其主要原因在于回收廢舊產(chǎn)品的溶解程度低、反應(yīng)稀土的沉淀不完全以及稀土和非稀土元素以及多種稀土元素的分離程度差等問題；2.重新熔煉、制粉、壓型、燒結(jié)成釹鐵硼磁體，此種工藝流程較長，耗時(shí)耗力；3.將廢舊磁體氫爆破碎后，與適量的成分相同的釹鐵硼粉混合后，氣流磨細(xì)化、壓型、燒結(jié)成釹鐵硼永磁體，此種工藝雖然可以達(dá)到回收的目的，但是混粉后制成的釹鐵硼性能會(huì)降低，產(chǎn)品價(jià)格降低。
[0006]一方面，上述方法在對(duì)燒結(jié)釹鐵硼邊角料的回收再利用仍沒有達(dá)到較好的效果；另外一方面，由于工作時(shí)間和環(huán)境的影響，稀土永磁電機(jī)磁鋼的回收再利用相對(duì)來說更加復(fù)雜。因此有必要針對(duì)稀土永磁電機(jī)磁體開發(fā)出有效的再生技術(shù)。
[0007]直接采用氫爆破碎、球磨、取向壓制成型、燒結(jié)技術(shù)制備的再生磁體，是一種短流程的再生工藝，但是這種工藝制備的磁體磁能積比原始的磁體磁能積下降了 15%，剩磁和矯頑力分別下降了 10%和20%。在燒結(jié)釹鐵硼廢舊磁體的回收再利用過程中，稀土元素會(huì)發(fā)生流失，造成再生磁體磁性能特別是矯頑力的大幅度降低。針對(duì)上述問題，如何提高再生磁體的性能成為了解決問題的關(guān)鍵。在廢丨日燒結(jié)釹鐵硼磁體采用氫爆的方法破碎成磁粉后，通過摻雜稀土粉末可有效補(bǔ)充再生過程中稀土元素的流失。但是稀土粉末的數(shù)量和粒度對(duì)再生磁體的磁性能有著至關(guān)重要的影響。稀土粉末的數(shù)量越多，意味著生成更多的富釹相，進(jìn)而可以得到更大的矯頑力；但同時(shí)磁體中非硬磁性相的增加，磁體的剩磁和最大磁能積降低，并不能得到有效的回復(fù)。制備高剩磁和高矯頑力的磁體的條件是富釹相體積分?jǐn)?shù)盡可能的少，但是主相晶粒被薄的富釹相層完全分隔。因此降低稀土粉末顆粒的尺寸，使其在混粉過程中包覆在主相晶粒表面，在隨后的燒結(jié)過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)主相晶粒的有效磁隔絕。在達(dá)到對(duì)主相晶粒有效磁隔絕的前提條件下，如果稀土粉末顆粒的尺寸過大，則會(huì)造成磁體中富釹相體積分?jǐn)?shù)過大，磁體剩磁和最大磁能積降低；如果稀土粉末顆粒的尺寸過小，則會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，同樣會(huì)對(duì)磁體性能造成不利影響。因此研究稀土粉末顆粒尺寸和含量對(duì)再生磁體性能的影響是獲得高性能再生磁體的基礎(chǔ)。此外，由于摻雜稀土粉末顆粒尺寸的減小，再生磁體的燒結(jié)及熱處理最佳溫度也會(huì)隨之降低，隨之而帶來的是磁體晶粒尺寸降低，進(jìn)而磁體的矯頑力會(huì)相應(yīng)提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀而提出的一種氫化鐠納米粉末顆粒摻雜回收制備高性能高矯頑力再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法，達(dá)到工序短、能耗低、高效回收的目的。
[0009]本發(fā)明所針對(duì)的原料是廢舊稀土永磁電機(jī)磁鋼，其特征在于，包括以下步驟:
[0010](I)將去除鍍層的廢舊稀土永磁電機(jī)磁鋼進(jìn)行清理并制備釹鐵硼氫爆粉末；
[0011]優(yōu)選將去除鍍層的廢舊稀土永磁電機(jī)磁鋼置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干；置于在真空管式爐中進(jìn)行150°C、0.1MPa氫壓下吸氫3小時(shí)，600°C、I X 1-3Pa脫氫10小時(shí)，得到釹鐵硼氫爆粉末；
[0012](2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼氫爆粉末破碎至單晶顆粒，得到NdFeB原料粉末；
[0013](3)采用物理氣相沉積技術(shù)制備氫化鐠粉末，其粒徑為100-500納米；
[0014](4)將步驟(3)所得的氫化鐠納米粉末加入到步驟(2)的NdFeB原料粉末中，氫化鐠納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末重量的2-4%，將兩種粉末混合均勻。
[0015](5)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在3T磁場(chǎng)中取向并壓制成型；
[0016](6)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1000-1050°C燒結(jié)5_7小時(shí)，然后進(jìn)行二級(jí)熱處理:其中第一級(jí)熱處理溫度800-900°C，保溫4-5小時(shí)；第二級(jí)熱處理溫度450-500°C，保溫4-5小時(shí)；最終獲得燒結(jié)磁體。
[0017]本方法的特點(diǎn)是:
[0018]1.本發(fā)明摻雜的氫化鐠顆粒的平均粒徑為100-500納米。與小于100納米的氫化鐠顆粒摻雜相比，在混粉過程中氫化鐠粉末顆粒的分布會(huì)更均勻，混粉效果會(huì)更好，最終在燒結(jié)過程中會(huì)使富釹相分布更加均勻，且有效的修復(fù)邊界缺陷，從而恢復(fù)磁體的矯頑力；與大于500納米的氫化鐠顆粒摻雜相比，由于本發(fā)明的氫化鐠粒徑小，在達(dá)到同樣矯頑力的基礎(chǔ)上所需氫化鐠含量少，因此磁體的剩磁、磁能積可以同時(shí)得到很好的回復(fù)。
[0019]2.與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝相比，再生燒結(jié)磁體的燒結(jié)溫度和熱處理溫度低，因此可以獲得更高的矯頑力。
[0020]3.采用本發(fā)明制備的再生磁體的各項(xiàng)磁性能可以達(dá)到原始磁體水平，其中矯頑力高于原始磁體，由此可以實(shí)現(xiàn)高值化再利用。
[0021 ] 4.采用本發(fā)明方法工藝流程短，成本能耗低，節(jié)約資源。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。對(duì)了方便對(duì)比，原始電機(jī)磁鋼的磁性能也一并給出
[0023]實(shí)施例1
[0024](I)廢舊稀土永磁電機(jī)磁鋼成分為Nd22 5Dyci 8Pr71Fe67 8Coci 7Cuci lBlt5把去除鍍層的釹鐵硼廢舊磁鋼置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干。把廢磁鋼放在真空管式爐中，進(jìn)行150°C、0.1MPa氫壓吸氫3小時(shí)，600°C、I X KT3Pa脫氫10小時(shí)，得到釹鐵硼
氫爆粉。
[0025](2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼磁粉破碎至3微米。
[0026](3)采用物理氣相沉積技術(shù)制備平均粒徑為100納米的氫化鐠納米粉末。
[0027](4)將步驟(3)所得的氫化鐠金屬納米粉末加入到步驟(2)的NdFeB原料粉末中，氫化鐠納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末重量的2%，將兩種粉末混合均勻；
[0028](5)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在3T磁場(chǎng)中取向并壓制成型；
[0029](6)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1000°C燒結(jié)7小時(shí)，然后進(jìn)行二級(jí)熱處理:其中第一級(jí)熱處理溫度900°C，保溫5小時(shí)；第二級(jí)熱處理溫度450°C，保溫4小時(shí)；最終獲得燒結(jié)磁體。
[0030]對(duì)比例1-1
[0031](I)廢舊稀土永磁電機(jī)磁鋼成分為Nd22 5Dyci 8Pr71Fe67 8Coci 7Cuci lBlt5把去除鍍層的釹鐵硼廢舊磁鋼置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干。把廢磁鋼放在真空管式爐中，進(jìn)行150°C、0.1MPa氫壓吸氫3小時(shí)，600°C、I X KT3Pa脫氫10小時(shí)，得到釹鐵硼
氫爆粉。
[0032](2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼磁粉破碎至3微米。
[0033](3)采用物理氣相沉積技術(shù)制備平均粒徑為10納米的氫化鐠納米粉末。
[0034](4)將步驟(3)所得的氫化鐠金屬納米粉末加入到步驟(2)的NdFeB原料粉末中，氫化鐠納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末重量的2%，將兩種粉末混合均勻；
[0035](5)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在3T磁場(chǎng)中取向并壓制成型；
[0036](6)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1000°C燒結(jié)7小時(shí)，然后進(jìn)行二級(jí)熱處理:其中第一級(jí)熱處理溫度900°C，保溫5小時(shí)；第二級(jí)熱處理溫度450°C，保溫4小時(shí)；最終獲得燒結(jié)磁體。
[0037]對(duì)比例1-2
[0038](I)廢舊稀土永磁電機(jī)磁鋼成分為Nd22 5Dyci 8Pr71Fe67 8Coci 7Cuci lBlt5把去除鍍層的釹鐵硼廢舊磁鋼置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干。把廢磁鋼放在真空管式爐中，進(jìn)行150°C、0.1MPa氫壓吸氫3小時(shí)，600°C、I X KT3Pa脫氫10小時(shí)，得到釹鐵硼
氫爆粉。
[0039](2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼磁粉破碎至3微米。
[0040](3)采用氫爆和球磨工藝制備平均粒徑為3微米的氫化鐠粉末。[0041](4)將步驟(3)所得的氫化鐠金屬微米粉末加入到步驟(2)的NdFeB原料粉末中，氫化鐠納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末重量的4%，將兩種粉末混合均勻；
[0042](5)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在3T磁場(chǎng)中取向并壓制成型；
[0043](6)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1080°C燒結(jié)7小時(shí)，然后進(jìn)行二級(jí)熱處理:其中第一級(jí)熱處理溫度920°C，保溫5小時(shí)；第二級(jí)熱處理溫度550°C，保溫4小時(shí)；最終獲得燒結(jié)磁體。
[0044]對(duì)比例1-3
[0045](I)廢舊稀土永磁電機(jī)磁鋼成分為Nd22 5Dyci 8Pr71Fe67 8Coci 7Cuci lBlt5把去除鍍層的釹鐵硼廢舊磁鋼置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干。把廢磁鋼放在真空管式爐中，進(jìn)行150°C、0.1MPa氫壓吸氫3小時(shí)，600°C、I X KT3Pa脫氫10小時(shí)，得到釹鐵硼
氫爆粉。
[0046](2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼磁粉破碎至3微米。
[0047](3)將釹鐵硼粉末在3T磁場(chǎng)中取向并壓制成型；
[0048](4)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1080°C燒結(jié)7小時(shí)，然后進(jìn)行二級(jí)熱處理:其中第一級(jí)熱處理溫度920°C，保溫5小時(shí)；第二級(jí)熱處理溫度550°C，保溫4小時(shí)；最終獲得燒結(jié)磁體。
[0049]表1.采用不同粒度氫化鐠顆粒摻雜制備再生燒結(jié)磁體磁性能及密度對(duì)比
[0050]
【權(quán)利要求】
1.一種利用廢舊永磁電機(jī)磁鋼制備高性能高矯頑力再生燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將去除鍍層的廢舊稀土永磁電機(jī)磁鋼進(jìn)行清理并制備釹鐵硼氫爆粉末； (2)采用氣流磨工藝將釹鐵硼氫爆粉末破碎至單晶顆粒，得到NdFeB原料粉末； (3)采用物理氣相沉積技術(shù)制備氫化鐠粉末，其粒徑為100-500納米； (4)將步驟(3)所得的氫化鐠納米粉末加入到步驟(2)的NdFeB原料粉末中，氫化鐠納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末重量的2-4%，將兩種粉末混合均勻。 (4)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在3T磁場(chǎng)中取向并壓制成型； (5)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1000-1050°C燒結(jié)5-7小時(shí)，然后進(jìn)行二級(jí)熱處理:其中第一級(jí)熱處理溫度800-900°C，保溫4-5小時(shí)；第二級(jí)熱處理溫度450-500°C，保溫4_5小時(shí)；最終獲得燒結(jié)磁體。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(I)將去除鍍層的廢舊稀土永磁電機(jī)磁鋼置于5%硝酸酒精中10秒后在酒精溶液中清洗，吹干；置于在真空管式爐中進(jìn)行150°C、0.1MPa氫壓下吸氫3小時(shí)，600°C、I X 10_3Pa脫氫10小時(shí)，得到釹鐵硼氫爆粉末。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法制備得到的再生燒結(jié)釹鐵硼磁體。
【文檔編號(hào)】B22F9/04GK104036946SQ201410258642
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】劉衛(wèi)強(qiáng), 岳明, 季維驍, 李超, 張東濤 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)