專利名稱：：重稀土氫化物納米顆粒摻雜燒結(jié)釹鐵硼永磁的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：一種重稀土氫化物納米顆粒摻雜制備具有高矯頑力的釹鐵硼永磁材料的方法，屬于磁性材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：燒結(jié)NdFeB是迄今為止磁性最強的永磁材料，廣泛的應(yīng)用于電子、機電、儀表和醫(yī)療等諸多領(lǐng)域，是當今世界上發(fā)展最快，市場前景最好的永磁材料。但是燒結(jié)NdFeB存在一個明顯的缺點是溫度穩(wěn)定性差，很難應(yīng)用在IO(TC以上的工作環(huán)境，因此在高溫電機等領(lǐng)域的應(yīng)用受到很大局限。特別是近年來節(jié)能型油電混合動力汽車的快速發(fā)展從數(shù)量及溫度穩(wěn)定性上(要求承受250°C高溫)對燒結(jié)NdFeB提出了極具挑戰(zhàn)和誘惑力的需求，從而使燒結(jié)NdFeB的溫度穩(wěn)定性再次受到廣泛關(guān)注。長期以來，研究者針對燒結(jié)NdFeB溫度穩(wěn)定性差的問題開展了大量的工作，力圖尋找提高合金溫度穩(wěn)定性的有效途徑。一種有效的方法是在磁體中添加Co，提高磁體的居里溫度，從而改善其溫度穩(wěn)定性。但添加Co的不利影響是降低了磁體的內(nèi)稟矯頑力和最大磁能積，而且由于Co資源的稀缺和價格昂貴，上述方法沒能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。提高磁體的矯頑力是改善其溫度穩(wěn)定性的另一類有效并且己經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的方法。向合金中添加一定數(shù)量重稀土元素鋱或者鏑，用以取代主相Nd2Fe14B中的Nd而形成具有更高各向異性場的Tb2Fe14B或Dy2Fe14B。隨著鋱、鏑添加量的增加，磁體的矯頑力顯著提高，其溫度穩(wěn)定性也可以得到很好的改善。但Tb2Fei4B或Dy2Fe,4B的飽和磁化強度較低，因此過多的添加同樣會造成磁體剩磁和磁能積的下降。此外這種方法也存在導(dǎo)致磁體的制造成本升高的問題。目前采用的添加方式是在母合金中添加，因此鋱和鏑基本是均勻存在于3磁體中。而根據(jù)燒結(jié)NdFeB永磁材料的矯頑力理論，如果能夠在主相Nd2FeI4B晶粒的邊界層上引入一層鋱和鏑，形成Tb2Fe14B或Dy2Fe14B化合物，就可以獲得良好的效果。首先，這樣可以降低Tb2Fe14B或Dy2Fe14B在燒結(jié)NdFeB永磁材料中的比例，從而減小對磁體剩磁和磁能積的負面影響，同時還能實現(xiàn)提高矯頑力和改善溫度特性的目的。其次，鋱和鏑的添加量會由此顯著降低，從而有利于降低材料的制造成本。對此，已有日本學(xué)者進行了初步探索。他們采用離子濺射和溶液浸泡的方法在燒結(jié)NdFeB磁體的表層涂覆鋱或鏑的單質(zhì)或化合物，然后通過擴散退火使鋱和鏑分別在主相Nd2Fe14B晶粒的邊界形成一層Tb2Fe14B或Dy2Fe14B化合物。研究發(fā)現(xiàn)改性后磁體的矯頑力提高了440-820kA/m，剩磁幾乎沒有變化，最大磁能積有所提高(詳見大阪大學(xué)申請的專利日本專利2003—174003和信越化工的研究論文IEEE.Trans.Magn,v41，10,pp.3844，2005)。但是這種擴散方法仍然存在重稀土分布均勻性較差和擴散距離有限(小于5毫米)等技術(shù)問題，從而在應(yīng)用上，特別是在制備大尺寸磁體方面仍然面臨挑戰(zhàn)。針對如何制備大尺寸磁體方面的問題，岳明等提出采用重稀土元素鋱和鏑的納米粉末顆粒添加技術(shù)制備兼具高矯頑力和優(yōu)異磁性能的燒結(jié)NdFeB永磁材料。測試結(jié)果表明，與相同名義成分的傳統(tǒng)技術(shù)制備的燒結(jié)NdFeB永磁材料相比，采用該技術(shù)制備的磁體不僅具有更高的矯頑力，而且與具有相當矯頑力的燒結(jié)NdFeB永磁材料相比，采用該技術(shù)制備的磁體所需添加的鋱和鏑的比例(即質(zhì)量百分含量)顯著降低(國家發(fā)明專利200610089124.7)。但是由于重稀土元素鋱和鏑的納米粉末顆粒極易發(fā)生氧化，對磁體最終磁性能有可能產(chǎn)生惡化，這就對磁體制備工藝及設(shè)備提出了更高的要求，需要對傳統(tǒng)設(shè)備進行改造更為嚴格的控制生產(chǎn)過程中的氧含量以防止磁體氧化，因此大大增加了生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種通過添加稀土元素氫化鋱和氫化鏑的納米粉末顆粒提高燒結(jié)NdFeB永磁材料矯頑力的方法。本發(fā)明提供的一種重稀土氫化物納米顆粒摻雜燒結(jié)釹鐵硼永磁的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采用速凝薄片工藝制備NdFeB速凝薄片，之后用氫爆法將合金薄片破碎并通過氣流磨粉碎制備3-5微米NdFeB原料粉末；(2)采用物理氣相沉積技術(shù)制備并收集氫化鋱或氫化鏑的粉末，其粒徑約10-50納米;(3)將步驟(2)所得的氫化鋱或氫化鏑金屬納米粉末加入到步驟(1)的NdFeB原料粉末中，金屬納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末和金屬納米粉末總重量的1-3%，將兩種粉末混合均勻；(4)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在2.5T的磁場中取向并壓制成型；(5)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，首先在900-100(TC進行0.5-3小時的脫氫處理，然后升高溫度在1050-115(TC燒結(jié)2-4小時，最后進行二級熱處理其中第一級熱處理溫度850-950°C，保溫1-3小時；第二級熱處理溫度500-650°C，保溫l-3小時；最終獲得燒結(jié)磁體。本發(fā)明的有益效果在于1、本發(fā)明采用重稀土氫化物(氫化鋱和氫化鏑)的納米粉末顆粒代替鋱和鏑的納米顆粒制備兼具高矯頑力和優(yōu)異磁性能的燒結(jié)NdFeB永磁材料。與稀土元素的納米粉末顆粒相比，稀土元素氫化物的納米粉末顆粒不易氧化，而且對磁體制備過程中的氧含量要求明顯降低，利用傳統(tǒng)設(shè)備就能夠制備出高性能的燒結(jié)磁體。2、與相同名義成分的傳統(tǒng)技術(shù)制備的燒結(jié)NdFeB永磁材料相比，采用本發(fā)明技術(shù)制備的磁體具有更高的矯頑力。3、與具有相當矯頑力的燒結(jié)NdFeB永磁材料相比，采用本發(fā)明技術(shù)制備的磁體所需添加的鋱和鏑的比例(即質(zhì)量百分含量)顯著降低。4、與純重稀土納米顆粒摻雜燒結(jié)磁體相比，采用本發(fā)明技術(shù)制備的磁體性能基本相當。具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式及對比例對本發(fā)明作進一步闡述。(1)利用速凝技術(shù)將成分為Nd^Fe^Co^Bu(質(zhì)量百分含量)的合金制備為薄片，之后采用氫破碎一氣流粉碎工藝將薄片制成平均粒徑3微米的原料粉末；(2)采用物理氣相沉積技術(shù)制備并收集平均粒徑為10納米的氫化鋱納米粉末；(3)將重量百分比1%的上述氫化鋱納米粉末加入到步驟(1)的原料粉末中，利用混料機將兩種粉末進行均勻的混合；(4)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在2.5T的磁場中取向并壓制成型；(5)將壓坯置入高真空燒結(jié)爐內(nèi)，于95(TC脫氫2小時，升溫至110(TC燒結(jié)3小時，之后進行二級熱處理其中第一級熱處理溫度90(TC，保溫2小時；第二級熱處理溫度60(TC，保溫1小時。即獲得燒結(jié)磁體。所制備磁體的各項磁性能指標及密度列于表1中。對比例1(1)利用速凝技術(shù)將成分為Nd^TbLoFe^Co^Bu(質(zhì)量百分含量)的合金制備為薄片，之后采用氫破碎一氣流粉碎工藝將薄片制成平均粒徑3微米的粉末；(2)將粉末在2.5T的磁場中取向并壓制成型；(3)將壓坯置入高真空燒結(jié)爐內(nèi)，于110(TC燒結(jié)3小時，之后進行二級熱處理:其中第一級熱處理溫度90(TC，保溫2小時；第二級熱處理溫度600°C，保溫1小時。即獲得燒結(jié)磁體。所制備磁體的各項磁性能指標及密度列于表1中。需要指出的是，對比例1合金的成分Nd29.7Tb!.。Fe67C0,.2B，.,(質(zhì)量百分含6量)是根據(jù)實施例1中兩種粉末混合后的總成分進行設(shè)計和配比的，由此獲得具有相同成分的兩種燒結(jié)NdFeB磁體的對比結(jié)果。表l.采用不同方式添加1。/。鋱元素的燒結(jié)磁體磁性能及密度對比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>以上結(jié)果說明對于成分相同的燒結(jié)NdFeB磁體而言，采用本發(fā)明添加氫化鋱制備的磁體比采用傳統(tǒng)方式添加鋱的磁體的矯頑力顯著提高，此外兩種磁體的剩磁與磁能積相當。實施例2(1)利用速凝技術(shù)將成分為Nd29.5Fe68.2Co,.2B,.i(質(zhì)量百分含量)的合金制備為薄片，之后采用氫破碎一氣流粉碎工藝將薄片制成平均粒徑5微米的原料粉末；(2)采用物理氣相沉積技術(shù)制備并收集平均粒徑為50納米的氫化鏑納米粉末；(3)將重量百分比3%的上述氫化鏑納米粉末加入到步驟(1)的原料粉末中，利用混料機將兩種粉末進行均勻的混合；(4)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在2.5T的磁場中取向并壓制成型；(5)將壓坯置入高真空燒結(jié)爐內(nèi)，于IOO(TC脫氫0.5小時，升溫至1150°C燒結(jié)2小時，之后進行二級熱處理其中第一級熱處理溫度95(TC，保溫l小時；第二級熱處理溫度65(TC，保溫2小時。即獲得燒結(jié)磁體。所制備磁體的各項磁性能指標及密度列于表2中。對比例2(1)利用速凝技術(shù)將成分為Nd29Dy6Fe62.7COL2Bu(質(zhì)量百分含量)的合金制備為薄片，之后采用氫破碎一氣流粉碎工藝將薄片制成平均粒徑5微米的粉末；(2)將粉末在2.5T的磁場中取向并壓制成型；(3)將壓坯置入高真空燒結(jié)爐內(nèi)，于115(TC燒結(jié)2小時，之后進行二級熱處理其中第一級熱處理溫度95(TC，保溫1小時;第二級熱處理溫度650°C，保溫2小時。即獲得燒結(jié)磁體。所制備磁體的各項磁性能指標及密度列于表2中。表2.3%氫化鏑納米顆粒添加及6%鏑傳統(tǒng)添加的燒結(jié)磁體磁性能及密度<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>以上結(jié)果說明采用本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法制備矯頑力相近的燒結(jié)NdFeB磁體，所需的鏑的添加含量存在很大差異。與傳統(tǒng)方法相比，采用本發(fā)明的納米顆粒添加方法可以在獲得相近矯頑力的同時顯著降低金屬鏑的添加量。此外，由于采用本發(fā)明方法可以減少鏑的添加量，磁體的剩磁和磁能積也因此顯著高于傳統(tǒng)方法制備的磁體。實施例3(1)利用速凝技術(shù)將成分為Nd^Fe^CouBu(質(zhì)量百分含量)的合金制備為薄片，之后采用氫破碎一氣流粉碎工藝將薄片制成平均粒徑4微米的原料粉末；(2)采用物理氣相沉積技術(shù)制備并收集平均粒徑為30納米的氫化鏑納米粉末；(3)將重量百分比2%的上述氫化鏑納米粉末加入到步驟(1)的原料粉末中，利用混料機將兩種粉末進行均勻的混合；(4)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在2.5T的磁場中取向并壓制成型；(5)將壓坯置入高真空燒結(jié)爐內(nèi)，于95(TC脫氫3小時，升溫至1050。C燒結(jié)4小時，之后進行二級熱處理其中第一級熱處理溫度85(TC，保溫3小時；第二級熱處理溫度55(TC，保溫3小時。即獲得燒結(jié)磁體。所制備磁體的各項磁性能指標及密度列于表3中。表3.2%氫化鏑納米顆粒添加的燒結(jié)磁體磁性能及密度<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例4(O利用速凝技術(shù)將成分為Nd29,5Fe68.2COL2Bu(質(zhì)量百分含量)的合金制備為薄片，之后采用氫破碎一氣流粉碎工藝將薄片制成平均粒徑4微米的原料粉末；(2)采用物理氣相沉積技術(shù)制備并收集平均粒徑為10納米的氫化鏑納米粉末；(3)將重量百分比1%的上述氫化鏑納米粉末加入到步驟(1)的原料粉末中，利用混料機將兩種粉末進行均勻的混合；(4)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在2.5T的磁場中取向并壓制成型；(5)將壓坯置入高真空燒結(jié)爐內(nèi)，于900。C脫氫1小時，升溫至110(TC燒結(jié)2小時，之后進行二級熱處理其中第一級熱處理溫度90(TC，保溫2小時；第二級熱處理溫度50(TC，保溫3小時。即獲得燒結(jié)磁體。所制備磁體的各項磁性能指標及密度列于表4中。表4.1%氫化鏑納米顆粒添加的燒結(jié)磁體磁性能及密度<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>綜上所述，本發(fā)明與相同成分(含鋱或鏑)的傳統(tǒng)技術(shù)制備燒結(jié)NdFeB磁體相比，具有相當?shù)氖４藕惋@著提高的矯頑力，以及稍高的磁能積；與具有相近矯頑力的傳統(tǒng)技術(shù)制備燒結(jié)NdFeB磁體相比，則金屬鋱或鏑的質(zhì)量百分含量明顯偏低。上述結(jié)果說明，采用本發(fā)明的制備技術(shù)，可以有效提高燒結(jié)NdFeB磁體中鋱和鏑元素添加效率。另外，由于本發(fā)明技術(shù)是在材料壓制燒結(jié)之前加入納米TbH和DyH顆粒，因此可以制備外形尺寸不受限制的磁體，并且可以有效防止在磁體制備過程中常見的氧化問題，利用現(xiàn)有設(shè)備就可以有效避免氧化并且制備高性能磁體。權(quán)利要求1、一種重稀土氫化物納米顆粒摻雜燒結(jié)釹鐵硼永磁的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采用速凝薄片工藝制備NdFeB速凝薄片，之后用氫爆法將合金薄片破碎并通過氣流磨粉碎制備3-5微米NdFeB原料粉末；(2)采用物理氣相沉積技術(shù)制備并收集氫化鋱或氫化鏑的粉末，其粒徑約10-50納米；(3)將步驟(2)所得的氫化鋱或氫化鏑金屬納米粉末加入到步驟(1)的NdFeB原料粉末中，金屬納米粉末的添加比例為NdFeB原料粉末和金屬納米粉末總重量的1-3％，將兩種粉末混合均勻；(4)將經(jīng)過均勻混合后的粉末在2.5T的磁場中取向并壓制成型；(5)將壓坯置入真空燒結(jié)爐內(nèi)，首先在900-1000℃進行0.5-3小時的脫氫處理，然后升高溫度在1050-1150℃燒結(jié)2-4小時，最后進行二級熱處理其中第一級熱處理溫度850-950℃，保溫1-3小時；第二級熱處理溫度500-650℃，保溫1-3小時；最終獲得燒結(jié)磁體。全文摘要一種重稀土氫化物納米顆粒摻雜燒結(jié)釹鐵硼永磁的制備方法，屬于磁性材料
技術(shù)領(lǐng)域：
?，F(xiàn)有制備方法在母合金中添加重稀土元素鋱或鏑來提高磁體矯頑力和溫度穩(wěn)定性。但是這種方法會造成磁體剩磁和磁能積下降及制造成本升高。本發(fā)明采用重稀土氫化鋱和氫化鏑納米粉末摻雜技術(shù)制備兼具高矯頑力和優(yōu)異磁性能的燒結(jié)NdFeB永磁。本發(fā)明步驟為速凝薄片工藝和氫爆法制備NdFeB粉末；物理氣相沉積技術(shù)制備氫化鋱或氫化鏑納米粉末；將兩種粉末混合，磁場取向并壓制成型；壓坯在不同溫度下進行脫氫處理，燒結(jié)及熱處理，獲得燒結(jié)磁體。本發(fā)明制備的磁體比相同成分的傳統(tǒng)燒結(jié)磁體矯頑力更高；與具有相當矯頑力的燒結(jié)磁體相比，本發(fā)明制備的磁體所需鋱和鏑的比例顯著降低。文檔編號H01F1/032GK101521069SQ200810227680公開日2009年9月2日申請日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者劉衛(wèi)強,明岳,張東濤,張久興,菅志剛申請人:北京工業(yè)大學(xué)