本發(fā)明涉及一種r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法。

背景技術(shù)：

r-fe-b系燒結(jié)磁體是迄今為止能量密度最高的、已大規(guī)模商品化的磁體，被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)硬盤、混合動(dòng)力汽車、醫(yī)療、風(fēng)力發(fā)電等許多領(lǐng)域。矯頑力是磁體的主要參數(shù)，矯頑力越高則表明磁體的抗退磁能力越強(qiáng)。一般要求矯頑力越高越好，這使得磁體具有較好的溫度穩(wěn)定性，可以在較高的溫度下工作，同時(shí)也可以使磁體更薄一些，利于磁體的薄型化和輕量化。

傳統(tǒng)的提高磁體矯頑力的方法是在熔煉過程中添加dy或tb的合金材料，也有方法在制粉前混入含dy或tb的輔合金氫化粉。在以上兩種方法中，dy或者tb大部分進(jìn)入主相，而只有少部分分布于晶界，對(duì)磁體矯頑力的提高有限，造成dy或者tb的利用率低，同時(shí)會(huì)降低剩磁。而且，由于重稀土dy和tb的儲(chǔ)量匱乏，價(jià)格昂貴，故減少dy和tb的用量，降低生產(chǎn)成本迫在眉睫。

利用晶界擴(kuò)散原理，使用噴涂、真空鍍等將dy或tb置于燒結(jié)完成后的磁體表面或附近(即表面處理)，在最高900℃左右高溫下進(jìn)行擴(kuò)散處理，使得dy或tb原子沿主相晶粒的液態(tài)邊界向磁體內(nèi)部擴(kuò)散，可有效將矯頑力提高3～11koe，同時(shí)剩磁基本不變。但是，這種方法在處理前需要經(jīng)過燒結(jié)、切片、磨加工、清洗去除異物等步驟，在處理后還需要在最高900℃左右下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的真空擴(kuò)散處理，在最終的回火處理完成后還需要通過機(jī)械加工或清洗來去除粘附的粉末等異物，因而步驟多，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高。而且，這種方法僅適用于厚度不超過3mm的薄片磁體，應(yīng)用范圍窄。

為此，有方法將低體積密度的生坯浸泡在以醇為溶劑的具有透明 性的重稀土氟化物系溶液中，使組成生坯的所有粉末表面被溶液涂覆，然后進(jìn)行燒結(jié)，使重稀土元素在結(jié)晶的局部偏析，從而提高矯頑力。這種方法在燒結(jié)后會(huì)引入一定量的由氧、碳、氟等非磁性原子組成的非磁性相，從而會(huì)降低磁體的剩磁和磁能積。也有方法將重稀土覆蓋在生坯的上下表面，同時(shí)在重稀土和生坯之間用隔離網(wǎng)隔開，然后進(jìn)行真空燒結(jié)，使重稀土元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入磁體。這種方法重稀土使用量大，剩磁有一定程度的降低，而且由于需要在生坯上防止隔離網(wǎng)和重稀土而容易增加磁體的破損率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，能夠在剩磁基本不降低的前提下大幅提高矯頑力，并且解決以往的方法所具有的步驟多、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高的問題，同時(shí)解決生坯處理方法中引入非磁性相和重稀土使用量大的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，在r-fe-b系生坯燒結(jié)前在生坯的表面附著含重稀土元素粉末，然后燒結(jié)附著有含重稀土元素粉末的生坯。

本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，生坯的被附著含重稀土元素粉末的表面與生坯的充磁方向垂直。

本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，生坯在充磁方向上的尺寸小于13.9mm。

本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，附著在生坯的表面上的含重稀土元素粉末的厚度為10～200μm。

本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，附著在生坯的表面的含重稀土元素粉末中的重稀土元素與生坯的質(zhì)量比為0.1～0.3％。

本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，生坯按照如下步驟制成：步驟一：采用速凝工藝制備r1-fe-b-m合金速凝片，其中，r1選自nd、pr、dy、tb、gd、ho中的一種或者多種，含量為27～33wt ％，m選自cr、co、ni、ga、cu、al、zr、nb中的一種或者多種，含量為0～3wt％，b的含量為0.9～1.05wt％，余量為fe；步驟二：將步驟一得到的合金速凝片制成2～5μm的粉體顆粒；步驟三：將步驟二得到的粉體顆粒壓制成型為生坯。

本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，含重稀土元素粉末選自純鋱粉末、純鏑粉末、氫化鏑粉末、鏑或鋱的氟化物或氧化物粉末、以及含鏑或鋱的合金粉末中的一種或多種。

本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，在保護(hù)氣氛下進(jìn)行在生坯的表面附著含重稀土元素粉末。

本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，在950～1050℃燒結(jié)5～15h附著有含重稀土元素粉末的生坯。

本發(fā)明的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，附著有含重稀土元素粉末的生坯在燒結(jié)后在450～600℃進(jìn)行時(shí)效處理1～5h。

附圖說明

圖1是在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法中，對(duì)生坯進(jìn)行靜電噴涂處理的示意圖，其中，1是噴槍，2是處理平臺(tái)(可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)或傳送帶)，3是壓制后的生坯，4是保護(hù)氣輸入口，5是噴涂室。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的r-fe-b系燒結(jié)磁體的制備方法，包括以下步驟：

(1)采用速凝工藝制備r1-fe-b-m合金速凝片，其中，r1選自nd、pr、dy、tb、gd、ho中的一種或者多種，含量為27～33wt％；m選自cr、co、ni、ga、cu、al、zr、nb中的一種或者多種，含量為0～3wt％；b的含量為0.9～1.05wt％；余量為fe。

(2)將步驟(1)得到的合金速凝片氫化。

(3)將步驟(2)得到的氫化粉使用氣流磨制成2～5μm的粉體顆粒。

(4)將步驟(3)得到的粉體顆粒壓制成型為生坯。壓制生坯的設(shè)備和方法可以采用已知的設(shè)備和方法。生坯至少在一個(gè)方向上的尺寸小于13.9mm(燒結(jié)后的毛坯在這個(gè)方向上的尺寸小于9mm)，需要注意的是，生坯的尺寸與燒結(jié)后的毛坯的尺寸因生坯成分的不同而可能有所變化。

(5)如圖1所示，將步驟(4)得到的生坯3放置在噴涂室5中的處理平臺(tái)2上。處理平臺(tái)2是可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)或傳送帶。放置生坯3時(shí)，使生坯3的與小于13.9mm的尺寸所在的方向垂直的表面面對(duì)噴槍1。

通過保護(hù)氣輸入口4向噴涂室5中輸入保護(hù)氣，例如氮?dú)狻Ｔ诘獨(dú)獗Ｗo(hù)下，對(duì)生坯3的與小于13.9mm的尺寸所在的方向垂直的兩個(gè)表面使用噴槍1采用靜電噴涂方法使氫化鋱粉末附著在生坯3的上述兩個(gè)表面上。噴涂應(yīng)均勻，噴涂厚度為10～200μm。

所噴涂的粉末還可以是純鋱或純鏑粉末，氫化鏑粉末，鏑或鋱的氟化物或氧化物粉末，或者含鏑或鋱的合金粉末。噴涂后，使附著在生坯3表面的粉末中的重稀土元素與生坯3的質(zhì)量比在0.1～0.3％左右。

所噴涂的粉末在噴涂前過200目篩，靜電噴涂電壓為30～90kv，噴槍1與生坯3之間的距離為100～300mm。由于不同成分的粉末其電阻率不同，因而需要相應(yīng)調(diào)整靜電噴涂電壓、噴涂時(shí)間等。

由于生坯的表面比燒結(jié)后的毛坯的表面粗糙，故對(duì)生坯采用靜電噴涂，從而使粉末與生坯的結(jié)合力好。

當(dāng)處理平臺(tái)2是可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)時(shí)，生坯3的一面噴涂完畢后使處理平臺(tái)2旋轉(zhuǎn)180度，然后對(duì)另一面進(jìn)行噴涂。當(dāng)處理平臺(tái)2是傳送帶時(shí)，可以在圖1中生坯3的另一面也設(shè)置噴槍1從而對(duì)生坯3的兩面同時(shí)進(jìn)行噴涂。

(6)將步驟(5)噴涂后的生坯放入真空燒結(jié)爐中，在950～1050 ℃燒結(jié)5～15h。真空燒結(jié)爐中的真空度控制在10^-2～10^-5pa，或者真空燒結(jié)爐中采用5～20kpa的氬氣保護(hù)氣氛，使生坯致密化，同時(shí)使金屬dy或者tb通過晶界擴(kuò)散進(jìn)入磁體內(nèi)部。

對(duì)于不同成分的生坯和不同的粉末，燒結(jié)溫度和時(shí)間也不同。如果燒結(jié)溫度低或者時(shí)間短，可能導(dǎo)致燒結(jié)后的毛坯密度低并且性能差；如果燒結(jié)溫度高或者時(shí)間長(zhǎng)，可能導(dǎo)致鋱或鏑進(jìn)入晶粒內(nèi)部，導(dǎo)致剩磁和矯頑力降低。

(7)將步驟(6)燒結(jié)后的毛坯在450～600℃進(jìn)行時(shí)效處理1～5h，得到r-fe-b系燒結(jié)磁體。

實(shí)施例1：

采用速凝工藝制備r1-fe-b-m合金速凝片，其中，r1除prnd外還包括0.4wt％的dy和0.4wt％的tb，m包括ga、cu和al，b的含量為0.97wt％，r1的含量為27wt％，m的含量為0.1wt％；合金速凝片經(jīng)過氫化、氣流磨制成平均粒度為3.6μm的粉體；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下取向壓制成型，制成充磁方向的尺寸為10.5～10.9mm的生坯記為n；將生坯n放入燒結(jié)爐中，在950～1050℃燒結(jié)9h后在480℃進(jìn)行時(shí)效處理5h，得到燒結(jié)毛坯記為y0。

在生坯n的垂直于充磁方向的兩個(gè)面噴涂氫化鋱粉末，噴涂應(yīng)均勻，噴涂厚度10～200μm；將噴涂后的生坯放入燒結(jié)爐中，與y0同樣的燒結(jié)工藝燒結(jié)9h后在480℃進(jìn)行時(shí)效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y1。表1示出y0和y1磁性能比較。

表1

通過y0和y1的磁性能比較，可以看出，y1比未做噴涂處理的y0的tb含量高0.123wt％，y1的hcj比y0高4050oe，同時(shí)br 基本沒變，y1和未做噴涂處理的y0的氧含量和碳含量基本沒變。由此可見生坯表面噴涂氫化鋱粉末經(jīng)過燒結(jié)后表面的tb主要通過晶界擴(kuò)散滲透到了磁體內(nèi)。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1得到的生坯n的垂直于充磁方向的兩個(gè)面噴涂氫化鋱粉末，噴涂應(yīng)均勻，噴涂厚度10～200μm；將噴涂后的生坯放入燒結(jié)爐中，與y0同樣的燒結(jié)工藝燒結(jié)15h后在480℃進(jìn)行時(shí)效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y2。表2示出y0和y2磁性能比較。

表2

通過y0和y2的磁性能比較，可以看出，y2比未做噴涂處理的y0的tb含量高0.243wt％，y2的hcj比y0高2620oe，同時(shí)br基本沒變，y2和未做噴涂處理的y0的氧含量和碳含量基本沒變。通過y2和y1的磁性能比較，可以看出，燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的y2的hcj比y1的低14300e，tb比y1的高0.12％，這表明燒結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)后少部分鋱可能燒透到了晶粒內(nèi)。

實(shí)施例3：

在實(shí)施例1得到的生坯n的垂直于充磁方向的兩個(gè)面噴涂氫化鋱粉末，噴涂應(yīng)均勻，噴涂厚度10～200μm；將噴涂后的生坯放入燒結(jié)爐中，比y0的燒結(jié)溫度高10度燒結(jié)8h后在480℃進(jìn)行時(shí)效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y3。表3示出y0和y3磁性能比較。

表3

通過y0和y3的磁性能比較，可以看出，y3比未做噴涂處理的y0的tb含量高0.297wt％，y3的hcj比y0高4270oe，同時(shí)br基本沒變，y3與未做噴涂處理的y0的氧含量和碳含量基本一樣。通過y3、y2和y1的比較，可以看出，燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對(duì)磁體的磁性能有很大影響。

實(shí)施例4：

采用速凝工藝制備r1-fe-b-m合金速凝片，其中，r1除prnd外還包括0.4wt％的dy和0.4wt％的tb，m包括ga、cu和al，b的含量為0.97wt％，r1的含量為33wt％，m的含量為3wt％；合金速凝片經(jīng)過氫化、氣流磨制成平均粒度為4.0μm的粉體記為a；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下用單片壓機(jī)壓制成型，制成充磁方向的尺寸為10.5～10.9mm的生坯記為b；將生坯b放入燒結(jié)爐中，在950～1050℃燒結(jié)9.5h后在480℃進(jìn)行時(shí)效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y4。

將粉體a在氮?dú)獗Ｗo(hù)下取向壓制成型，制成充磁方向的尺寸為13.5～13.9mm的生坯記為c；將生坯c放入燒結(jié)爐中，與y4同樣的燒結(jié)工藝燒結(jié)9.5h后在480℃進(jìn)行時(shí)效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y5。

在垂直于充磁方向的生坯b的兩個(gè)面噴涂氫化鋱粉末，噴涂應(yīng)均勻，厚度10～200μm；將噴涂后的生坯放入燒結(jié)爐中，與y4同樣的燒結(jié)工藝燒結(jié)9.5h后在480℃進(jìn)行時(shí)效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y6。

在垂直于充磁方向的生坯c的兩個(gè)面噴涂氫化鋱粉末，噴涂應(yīng)均勻，厚度10～200μm；將噴涂后的生坯放入燒結(jié)爐中，與y4同樣的燒結(jié)工藝燒結(jié)9.5h后在480℃進(jìn)行時(shí)效處理5h，得到燒結(jié)后的毛坯記為y7。表4示出y4、y5、y6和y7磁性能比較。

表4

y6和y4燒結(jié)后的毛坯在充磁方向上的尺寸為7mm；y7和y5燒結(jié)后的毛坯在充磁方向上的尺寸為9mm。通過y6和y4的磁性能比較，可以看出，y6的br與y4相當(dāng)，但hcj比y4的高3140oe。通過y7、y6和y4的磁性能比較，可以看出，生坯噴涂處理后的y7的hcj明顯高于未噴涂處理的y4的hcj，但比y6的hcj低610oe，這與生坯表面tb的有效擴(kuò)散深度不夠有關(guān)，由此可見，在垂直于生坯處理面的方向上的尺寸不能大于13.9mm(燒結(jié)后的毛坯小于9mm)。

本發(fā)明主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)步驟少，無需除油、酸洗、去離子水洗滌、干燥、在最高900℃左右下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間真空擴(kuò)散處理等步驟；

(2)節(jié)約電能，將燒結(jié)釹鐵硼的致密化和表面dy或tb的真空熱擴(kuò)散合二為一；

(3)應(yīng)用范圍寬，適用于燒結(jié)后厚度大于3mm的磁體，只要生坯至少一個(gè)方向的尺寸小于13.9mm(燒結(jié)后的毛坯小于9mm)即可；

(4)不額外引入非磁性相；

(5)重稀土用量少，重稀土元素與生坯的質(zhì)量比在0.1～0.3％；

(6)大幅提高r-fe-b系燒結(jié)磁體的磁性能，在br基本不變的情況下，使用少量(0.1～0.3wt％)的dy或tb即可使hcj提高2600～4300oe，與不做擴(kuò)散處理的磁體相比在達(dá)到同樣的hcj情況下可節(jié)約dy或tb達(dá)60～85％；

(7)生產(chǎn)效率高，適用于自動(dòng)流水線噴涂；

(8)粉末利用率高，在噴涂室內(nèi)殘留的粉末可重復(fù)利用。