一种稀土烧结磁铁的表面处理方法与流程

本发明涉及磁铁的制造技术领域，特别是涉及一种稀土烧结磁铁的表面处理方法。

背景技术：

矫顽力(hcj)是烧结钕铁硼磁体最重要的技术参数，提高磁铁在使用过程中的抗退磁能力。在传统的方式中，主要通过以下的方式来提高磁铁的矫顽力：1)在烧结磁铁的制作中添加重稀土元素(rh)，但这一方式成本过高；2)添加微量元素优化晶界结构、细化颗粒，但会导致磁铁非磁性相的含量，br降低；3)对磁铁进行rh晶界扩散处理。这其中，以方式3)最为高效和经济。

cn104576016a中就公开了一种烧结钕铁硼磁体的rh晶界扩散方法，其包括：对烧结钕铁硼磁体的表面浸渍、涂覆或喷涂含有dy和tb中至少一个的溶液，在非氧化环境下对烧结钕铁硼磁体进行扩散处理。本发明的表面处理方法，采用溶于酒精、汽油或石油醚等易挥发溶剂的含dy或tb的硝酸盐，制备dy或tb原子或离子均匀分布的溶液，避免了粉末难以悬浮及涂覆的缺点，以浸渍、涂覆或者喷涂等方式均匀涂布，将dy或tb扩散到烧结钕铁硼的晶界处。但是，上述的方式使用易流动的溶液，难以在磁铁表面形成均一的膜，经晶界扩散之后，ndfeb烧结磁铁表面形成的表面层的厚度并不均一，在后处理的过程中，或者需要全部剥离表面层，或者需要再加工，而这样的后处理工程需要耗用大量的时间和成本。

现有技术中也存在将dy、tb的氟化物和氧化物粉末(dy2o3、dyf3)等附着在磁铁表面，加热进行晶界扩散的方法，然而，在结晶扩散处理后，表面层的结合力极弱，可以用纸或者刷子轻刮后从表层除去的问题。

为避免上述耗时耗力的后处理工序，cn104505247a公开了一种改善钕铁硼磁体性能的固体扩散工艺，其包括如下的步骤：以钕铁硼磁体为基体，利用物理气相沉积技术在基体表面进行溅射沉积一层金属氧化物薄膜；将沉积后的钕铁硼磁体在惰性气体中进行热处理，得到改善后的钕铁硼磁体。该发明的固体扩散工艺与传统的烧结钕铁硼都是基于晶界扩散原 理，以晶界为通道，合理地改善和优化晶界相的成分和结构，从而可在不牺牲剩磁为代价的前提下，有效地提高了钕铁硼磁体的矫顽力和耐腐蚀性能。该发明的固体扩散工艺尝试使用氧化镁或氧化锌等作为晶界调控材料来提高磁体的矫顽力和耐腐蚀能力。但是该种工艺需要价值数百万元的溅射装置，无法处理大批量的磁铁，生产性差，工程费用高。且溅射只能在对向设置的靶体表面和受体表面之间进行，并不适用磁体这种需要立体保护的客体。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种新型的稀土烧结磁铁的表面处理方法，该方法可方便地在稀土烧结磁铁的表面形成固化薄膜，保证工艺稳定性，其操作简单，可同时处理大批量的磁铁，适用工业化生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种稀土烧结磁铁的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)稀土烧结磁铁工件进行前处理，所述稀土烧结磁铁工件的氧含量为2000ppm以下；

2)将经过前处理的所述工件用混合有纳米金属氧化物的有机封闭材料封闭处理，成膜；

3)对成膜的所述工件在真空环境或惰性气氛环境中进行热处理；

4)降温，取出工件获得。

这样，有机封闭材料固化成膜之后，将纳米金属氧化物固定在膜中，对成膜的工件进行真空热处理，基于晶界扩散原理，以晶界为通道，将金属氧化物作为晶界扩散的供体扩散到晶界中，优化晶界相，提高磁体矫顽力。同时，由于，由于部分纳米金属氧化物被充填到磁铁表面空隙中，填补表面缝隙，可防止晶间腐蚀发生。

该方法操作简单，可同时处理大批量的磁铁，适用工业化生产。

封闭处理过程中，由于工艺限制，可能会产生少量气泡或者少量未完全封闭的部位，这种“少量气泡或者少量未完全封闭的部位”也应当落入封闭处理的范畴。

需要补充说明的是，本发明提及的前处理工序可以是选自喷砂、吹洗、酸洗或碱洗等的至少一种，前处理工序的目的在于清除磁铁切割加工后吸附的溶剂和颗粒，提高封闭效率。

在推荐的实施方式中，所述纳米金属氧化物选自纳米sio2、纳米al2o3、纳米dy2o3、纳米mgo、纳米zno或纳米tb2o3中的至少一种。sio2、al2o3、纳米dy2o3、纳米mgo、 纳米zno或纳米tb2o3经晶界扩散之后，可有效提高磁铁的矫顽力和耐腐蚀性能。

在推荐的实施方式中，上述制备方法所获得的经过表面处理的稀土烧结磁铁为耐腐蚀磁铁和/或耐热磁铁。

在推荐的实施方式中，在所述有机封闭材料中，所述纳米金属氧化物的浓度为0.01g/ml～0.2g/ml。

在推荐的实施方式中，所述有机封闭材料的平均厚度为0.001mm以上。设置有机封闭材料厚度的上限是基于经济角度考虑，以最大程度发挥效益。

在推荐的实施方式中，所述有机封闭材料中含有抗氧化剂，所述抗氧化剂选自硬脂酸、硬脂酸锌或硬脂酸镁中的至少一种。

在推荐的实施方式中，所述稀土烧结磁铁工件的氧含量优选为1500ppm以下。

在推荐的实施方式中，所述有机封闭材料包括重量百分比在90％以上的液体蜡和/或膏状蜡和/或乳蜡。在之后的热处理工序中，磁铁表面的有机封闭材料可以全部转化为co2和水蒸气，向大气排出。

在推荐的实施方式中，步骤3)中，将所述工件放置入热处理室中，抽真空至500pa以下，加热至700-950℃，保温0.5-24小时后，抽真空至100pa以下，在400-600℃保温0.5-24小时。通过分段式抽真空的方式，防止未完全附着的纳米金属氧化物被风机抽出。

在推荐的实施方式中，所述稀土烧结磁铁为r-t-b系烧结磁铁，所述的r选自包含钇元素在内的稀土元素中的至少一种，所述t为包括fe的至少一种过渡金属元素。

在推荐的实施方式中，还包括在步骤4)之后，对所述磁铁依次进行磷化、钝化和封闭的工序。

在推荐的实施方式中，还包括在步骤4)之后，对所述磁铁依次进行陶化和封闭的工序。

附图说明

图1是实施例、对比例和对照例的纳米sio2浓度-hcj关系图；

图2是实施例和对比例的磁铁氧含量-hcj关系图；

图3是实施例和对比例的纳米dy2o3浓度-br(hast试验之前)、纳米dy2o3浓度-br(hast试验之后)关系图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

准备稀土磁铁烧结体，该烧结体具有如下的原子组成：lu为0.1，er为0.1，nd为13.5，tm为0.2，y为0.1，co为1，b为6.5，cu为0.4，mn为0.1，ga为0.2，bi为0.1，ti为0.3，fe为余量。依照现有稀土磁铁的熔炼、甩片、氢破碎、气流磨、压制、烧结和热处理的工序制得，烧结体的氧含量为1800ppm。

经过热处理的烧结体加工成10mm×10mm×5mm的磁铁，5mm方向为磁场取向方向，加工后的磁铁喷砂，吹洗，表面洁净化后，安装在工件架上，每个工件架上安装一组磁铁(10片)。

准备液体蜡，液体蜡中悬浮有0g/ml～0.3g/ml的纳米sio2。

设置对照例，对照例使用乙醇作为溶剂，其中悬浮有0.05g/ml～0.15g/ml的纳米sio2。

将对比例和实施例的磁铁工件浸入到均匀悬浮有纳米sio2的复合液体蜡(90重量％液体蜡+10重量％助溶剂)中，慢慢取出，附着固化成膜。经检测，平均膜厚为0.001mm。

将对照例的磁铁工件上喷涂悬浮有纳米sio2的乙醇溶液，至平均膜厚0.001mm。

将成膜的工件放置入热处理室中，抽真空至500pa以下，加热至700℃，保温24小时后，抽真空至100pa以下，在500℃保温24小时。

降温，取出工件获得。

表1中对比例1和实施例1、2、3、4、5所制得的工件用纸轻刮后没有可剥离物，工件无需后续处理工序即可进入下一工序。

表1中对比例2和对照例1-3所制得的工件用纸轻刮后有少量粉末剥离，需进行吹洗后进入下一工序。

之后，对工件依次进行磷化、钝化和封闭的工序。

磁性能评价过程：使用中国计量院的nim-10000h型bh大块稀土永磁无损测量系统对每组烧结磁铁进行磁性能检测，评价平均值。

各实施例、对比例和对照例的磁性能评价情况如表1中所示。

表1实施例、对比例和对照例的磁性能评价情况

实施例、对比例和对照例的纳米sio2浓度-hcj关系图如图1中所示。

如此，可以看到，经复合液体蜡涂覆到磁铁表面的纳米sio2在经过晶界扩散之后，可在基本不降低磁铁方形度的前提下，显著提高磁铁的矫顽力。

实施例二

准备稀土磁铁烧结体，该烧结体具有如下的原子组成：nd为13.8，tm为0.2，co为1，b为6.2，cu为0.4，mn为0.1，bi为0.1，ti为0.3，fe为余量。依照现有稀土磁铁的熔炼、甩片、氢破碎、气流磨、压制、烧结和热处理的工序制得，烧结体的氧含量为500ppm～2200ppm。

经过热处理的烧结体加工成10mm×10mm×5mm的磁铁，5mm方向为磁场取向方向，加工后的磁铁喷砂，吹洗，表面洁净化后，安装在工件架上，每个工件架上安装一组磁铁(10片)。

准备乳蜡，乳蜡中悬浮有0.1g/ml的纳米al2o3。

将磁铁工件浸入到悬浮有纳米al2o3的乳蜡中，慢慢取出，附着物固化成膜。经检测， 平均膜厚为0.008mm。

将成膜的工件放置入热处理室中，抽真空至500pa以下，加热至950℃，保温0.5小时后，抽真空至100pa以下，在600℃保温0.5小时。

降温，取出工件获得。

表2中实施例1、2、3、4、5所制得的工件用纸轻刮后没有可剥离物，工件无需后续处理工序即可进入下一工序。

表2中对比例1所制得的工件用纸轻刮后有少量粉末剥离，需进行吹洗后进入下一工序。

之后，对工件依次进行磷化、钝化和封闭的工序。

磁性能评价过程：使用中国计量院的nim-10000h型bh大块稀土永磁无损测量系统对每组烧结磁铁进行磁性能检测，评价平均值。

各实施例和对比例的磁性能评价的情况如表2中所示。

表2实施例和对比例的磁性能评价的情况

实施例和对比例的磁铁氧含量-hcj关系图如图2中所示。

如此，可以看到，经乳蜡涂覆到磁铁表面的纳米al2o3在经过晶界扩散之后，可在不影响磁铁方形度的前提下，显著提高磁铁的矫顽力。

从表2可以看到，在磁铁氧含量为2000ppm以下之时，特别是在磁铁氧含量为1500ppm以下之时，纳米al2o3扩散后对磁铁矫顽力的改善作用更佳。

实施例三

准备稀土磁铁烧结体，该烧结体具有如下的原子组成：nd为13.9，co为1.2，b为5.8，cu为0.3，ga为0.2，al为0.2，fe为余量。依照现有稀土磁铁的熔炼、甩片、氢破碎、气流磨、压制、烧结和热处理的工序制得，烧结体的氧含量为1500ppm。

经过热处理的烧结体加工成10mm×10mm×5mm的磁铁，5mm方向为磁场取向方向，加工后的磁铁喷砂，吹洗，表面洁净化后，安装在工件架上，每个工件架上安装一组磁铁(10片)。

准备膏状蜡，膏状蜡中悬浮有0-0.3g/ml的纳米dy2o3和0.1g/ml硬脂酸。

将磁铁工件浸入到混合有纳米dy2o3的膏状蜡中，慢慢取出，附着物固化成膜。经检测，平均膜厚为0.002mm。

将对照例的磁铁工件上喷涂悬浮有纳米dy2o3的丙酮溶液，至平均膜厚0.002mm。

将成膜的工件放置入热处理室中，抽真空至500pa以下，加热至850℃，保温12小时后，抽真空至100pa以下，在400℃保温12小时。

降温，取出工件获得。

表3中对比例1和实施例1-3所制得的工件用刷子轻刷后没有可剥离物，工件无需后续处理工序即可进入下一工序。

表3中比例2和对照例所制得的工件用刷子轻刷后有少量粉末剥离，需进行吹洗后进入下一工序。

之后，对工件依次进行陶化和封闭的工序。

hast实验：样品用平磨和切片机制作φ10mm的圆片，要求表面光滑、无氧化层、油污、未做任何防腐处理，在2.7个标准大气压、100％湿度、130℃环境中，48h后取出将氧化层去掉。

磁性能评价过程：使用中国计量院的nim-10000h型bh大块稀土永磁无损测量系统对每组烧结磁铁进行磁性能检测，评价平均值。

各对比例、实施例和对照例的磁性能评价的情况如表3中所示。

表3实施例、对比例和对照例的磁性能评价的情况

hast试验前后，实施例1-3的失重<0.1mg/cm²。

实施例和对比例的纳米dy2o3浓度-br(hast试验之前)、纳米dy2o3浓度-br(hast试验之后)关系图如图3中所示。

如此，可以看到，经膏状蜡涂覆到磁铁表面的纳米dy2o3在经过晶界扩散之后，可在不影响磁铁方形度的前提下，显著提高磁铁的矫顽力。

从表3可见，实施例1-3、对比例2较对比例1、对照例而言，对经过hast试验的磁铁有明显的改善作用，磁铁的耐腐蚀性能有所提高。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的几种具体的实施例，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。