本发明属于稀土永磁材料领域，具体涉及一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法。
背景技术：
：烧结钕铁硼磁体是迄今为止磁性最强的磁性材料，广泛应用在航空航天、汽车工业、电子电器、医疗器械、节能电机、新能源、风力发电等领域，是当今世界上发展最快、市场前景最好的永磁材料。烧结钕铁硼磁体具有高磁能积、高矫顽力、高能量密度、高性价比和良好的机械特性等突出优势，已经在高新
技术领域：
中担当了重要的角色。经过30多年的研究发展，设计出了合理的合金成分和成熟的制备工艺，使烧结钕铁硼磁体的剩磁和最大磁能积达到理论值的90％以上，然而其矫顽力不足理论值的30％，如何提高烧结钕铁硼磁体的矫顽力成了磁性材料行业的重要问题。目前制备高矫顽力烧结钕铁硼磁体的常用方法是加入重稀土元素dy和/或tb，主要包括三种方式：(1)在合金熔炼时直接加入dy和/或tb金属；(2)通过双合金的方式在粉末中加入含有dy和/或tb的粉末；(3)通过晶间富稀土相向烧结钕铁硼磁体中扩散dy和/或tb。在以上三种方式中，通过晶界扩散方式制得含dy和/或tb的烧结钕铁硼磁体，其具有更高的综合磁性能，并且只需消耗少量的dy和/或tb，是当前研究最多的一种方式。而目前常见的烧结钕铁硼磁体晶界扩散方法包括：表面涂覆+热处理、蒸镀+热处理、磁控溅射+热处理等。磁控溅射+热处理工艺由于具有镀膜一致性好、工艺稳定、产品性能稳定可控的特点，是最具产业化前景的烧结钕铁硼磁体晶界扩散方式，而使用连续式磁控溅射镀膜设备，可以进一步提高镀膜效率。然而，当前直接磁控溅射沉积重稀土金属膜层用于晶界扩散的方法也具有一定的不足，主要表现在：(1)磁控溅射过程中，磁体会发生一定程度的温升，为了防止磁体表面镀敷的重稀土金属膜层不被氧化，磁控溅射后必须将磁体冷却到80℃以下才能出料，为了将镀膜后磁体冷却到80℃以下，通常需要20分钟以上的时间，这在很大程度上制约了连续式镀膜设备生产效率的进一步提高；(2)表面覆盖有重稀土膜层的磁体，在放入热处理炉中进行后续热处理的时候，必须相互隔开，否则相互接触的两个磁体会发生粘连，这给镀膜后磁体的入炉摆放带来了很大的麻烦；(3)热处理升温前必须将炉内真空抽的足够高(通常优于1×10-2pa)，否则在加热升温过程中炉内残留的空气会氧化磁体表面覆盖的重稀土金属层，影响扩散效果。这些不足直接影响了连续式磁控溅射用于烧结钕铁硼磁体晶界扩散的生产效率的进一步提高。技术实现要素：有鉴于此，本发明有必要提供一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，在磁体表面磁控溅射形成的重稀土金属膜的表层覆盖一层金属铝膜，利用金属铝膜保护重稀土金属膜，提高了磁控溅射镀膜后的可出料温度，减少冷却时间，简化入炉操作，节约能源，提高生产效率，解决了当前连续式磁控溅射用于烧结钕铁硼磁体晶界扩散的不足。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，包括以下步骤：镀膜：采用多靶连续式磁控溅射在烧结钕铁硼磁体的表面由内至外依次镀覆形成重稀土金属膜层和金属铝膜层后，出料，制得半成品；热处理：将所述半成品置于预抽真空的环境中进行热处理后，冷却，制得高矫顽力烧结钕铁硼磁体，其中，在所述热处理过程中持续抽真空。进一步的，所述烧结钕铁硼磁体为通过粉末冶金工艺制备的以re2fe14b相为主要磁性相的磁体，其中，re为稀土元素中的至少一种。进一步的，所述镀膜步骤采用多靶连续式磁控溅射镀膜设备完成，其中，所述多靶连续式磁控溅射镀膜设备包括准备室、清洗室、镀膜室和冷却室。优选的，所述镀膜室中依次设有n个磁控溅射源，其中，n≥2，第1到第n-1个磁控溅射源配置为重稀土金属靶材，第n个磁控溅射源配置为金属铝靶材。进一步的，所述重稀土金属膜层的总厚度为1～15μm，其中的重稀土金属选自镝、铽中的至少一种，所述金属铝膜层的厚度为0.5～2μm。进一步的，所述出料的温度为100～200℃。进一步的，所述预抽真空的真空度为1～100pa。进一步的，所述热处理的保温温度为800℃～900℃，保温时间为5～40h。进一步的，所述热处理步骤后还包括二次热处理步骤。优选的，所述二次热处理的温度为460～600℃，时间为3～6h。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明的烧结钕铁硼磁体在重稀土金属膜的表层覆盖一层金属铝膜，利用金属铝膜来保护重稀土金属膜，提高磁控溅射镀膜后的可出料温度，减少冷却时间，节约能源，提高生产效率。2、出料后，借助磁体和表面膜层的余温，将表层金属铝膜氧化形成氧化铝膜，可以有效减少镀膜结束到热处理之间这段时间磁体表面铽膜层的氧化，同时防止后续热处理过程中磁体之间的相互粘连，简化入炉操作。3、真空热处理升温前炉内真空度要求低，可以缩短预抽真空时间，节约能源，提高生产效率。具体实施方式为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本发明公开了一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法，包括以下步骤：镀膜：采用多靶连续式磁控溅射在烧结钕铁硼磁体的表面由内至外依次镀覆形成重稀土金属膜层和金属铝膜层后，出料，制得半成品；热处理：将所述半成品置于预抽真空的环境中进行热处理后，冷却，制得高矫顽力烧结钕铁硼磁体，其中，在所述热处理过程中持续抽真空。本发明通过多靶连续磁控溅射镀膜，首先在烧结钕铁硼磁体的表面镀覆重稀土金属膜层，然后在重稀土金属膜层的表面镀覆金属铝膜层，金属铝膜层可以保护重稀土金属膜，从而提高磁控溅射镀膜后的可出料温度，减少冷却时间。此外，出料后，借助磁体和表面膜层的余温，表层的金属铝膜会氧化形成氧化铝膜，从而可以防止后续热处理过程中磁体之间的粘连；更进一步的，由于表面金属铝膜层，使得真空热处理升温前真空度要求低，对节约能源、提高生产效率效果显著。进一步的，所述烧结钕铁硼磁体为通过粉末冶金工艺制备的以re2fe14b相为主要磁性相的磁体，其中，re为稀土元素中的至少一种，可以理解的是，这里的稀土金属为本领域常规的稀土金属，因此，这里不再一一详述。进一步的，所述镀膜步骤采用多靶连续式磁控溅射镀膜设备完成，其中，所述多靶连续式磁控溅射镀膜设备包括准备室、清洗室、镀膜室和冷却室。具体操作时，是将待处理的钕铁硼磁体依次送入准备室抽真空、清洗室进行离子清洗、镀膜室进行镀膜和冷却室进行冷却，可以理解的是，这里不对具体加工参数进行限定，本领域技术人员可以根据最终需要制得的膜层厚度进行调整。进一步的，所述镀膜室中依次设有n个磁控溅射源，其中，n≥2，第1到第n-1个磁控溅射源配置为重稀土金属靶材，第n个磁控溅射源配置金属铝靶材，需要说明的是，这里重稀土金属靶材的配置数量是根据最终溅射形成的重稀土金属膜层的层数决定的，因此，不做具体的限定。重稀土金属膜层的总厚度和金属铝膜层的厚度主要是根据基体磁体的厚度决定的，通常为磁体厚度的0.1～0.3％，因此，在本发明的一些具体的实施方式中，所述重稀土金属膜层的总厚度为1～15μm，其中的重稀土金属选自镝、铽中的至少一种，所述金属铝膜层的厚度为0.5～2μm。进一步的，由于在重稀土金属膜层的表层镀覆了金属铝膜层，使得热处理前真空度要求低，在本发明的一些实施方式中，所述预抽真空的真空度为1～100pa，从而缩短了预抽真空的时间，节约了能源，提高了生产效率。进一步的，在本发明中借助磁体和表面膜层的余温，可将表面的金属铝膜氧化形成氧化铝膜，从而防止后续热处理过程中磁体之间的相互粘连，在本发明的一些实施方式中，所述出料的温度为100～200℃。进一步的，本发明中在镀覆成膜后对半成品进行了热处理，从而使得重稀土金属膜层中的重稀土扩散至磁体的内部，从而提高磁体的矫顽力，在本发明的一些具体的实施方式中，所述热处理的保温温度为800℃～900℃，保温时间为5～40h。进一步的，所述出料后还包括二次热处理步骤。进一步的，所述二次热处理的温度为460～600℃，时间为3～6h。下面结合具体的实施例对本发明进行更加清楚完整的说明。实施例1利用3靶连续式磁控溅射设备，在规格为40mm×30mm×3mm的磁体i(牌号为n52，主要成分为nd30fe69b1，wt.％)的两个40mm×30mm表面由内至外分别沉积5μm铽金属膜层和1μm铝金属膜层，在磁体温度为120℃时将其取出磁控溅射设备，将两片磁体镀覆有膜层的表面贴合后放入高真空烧结炉中进行高温热处理，热处理升温前炉内温度为35℃，真空度为50pa，升温速度为10℃/分钟，于800℃保温20小时后，通入高纯氩气开始冷却，冷却到75℃时取出磁体，磁体经500℃热处理3小时后得到实施例1磁体。对比例1利用3靶连续式磁控溅射设备，在与实施例1相同的磁体i表面沉积5μm铽金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于1×10-2pa，其余热处理工艺与实施例1相同，最终获得的磁体标记为对比例1。对比例2利用3靶连续式磁控溅射设备，在与实施例1相同的磁体i表面沉积5μm铽金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，按实施例1相同的方式将磁体装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于1×10-2pa，其余热处理工艺与实施例1相同，最终获得的磁体标记为对比例2。对比例3利用3靶连续式磁控溅射设备，在与实施例1相同的磁体i表面沉积5μm铽金属膜层，在磁体温度120℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于1×10-2pa，其余热处理工艺与实施例1相同，最终获得的磁体标记为对比例3。对比例4利用3靶连续式磁控溅射设备，在与实施例1相同的磁体i表面沉积5μm铽金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，热处理工艺与实施例1相同，最终获得的磁体标记为对比例4。利用磁性能测试仪，按照gb/t3217-2013永磁(硬磁)材料-磁性试验方法的要求，在室温(23±1℃)下对比测试了实施例1和对比例1～4的磁性能，列于附表1。表1实施例1和对比例1-4中制得的磁体相关测试从附表1的数据对比可以发现，对比例1可以避免磁体之间的粘连、提高磁体矫顽力，对比例2的磁体直接贴合会出现相互粘连的情况，对比例3的出料温度会影响矫顽力提高幅度，对比例4的升温前真空度会影响矫顽力提升幅度。采用本发明技术的实施例1的矫顽力提高幅度与对比例1接近，但是提高了镀膜后的出料温度、降低了热处理摆放要求、缩短了预抽真空时间，提高了生产效率。实施例2利用4靶连续式磁控溅射设备，在规格为35mm×30mm×4mm的磁体ii(牌号为50m，主要成分为nd30dy1fe68b1，wt.％)的两个35mm×30mm表面由内至外分别沉积10μm镝金属膜层和1.5μm铝金属膜层，在磁体温度为160℃时将其取出磁控溅射设备，两片磁体表面的膜层直接贴合后放入高真空烧结炉中进行高温热处理，热处理升温前炉内温度为35℃，真空度为80pa，升温速度为10℃/分钟，在850℃保温30小时后，通入高纯氩气开始冷却，冷却到75℃时取出磁体，磁体经460℃热处理5小时后得到实施例2磁体。对比例5利用4靶连续式磁控溅射设备，在与实施例2相同的磁体ii表面沉积10μm镝金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于5×10-3pa，其余热处理工艺与实施例2相同，最终获得的磁体标记为对比例5。对比例6利用4靶连续式磁控溅射设备，在与实施例2相同的磁体ii表面沉积10μm镝金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，按实施例2相同的方式将磁体装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于5×10-3pa，其余热处理工艺与实施例2相同，最终获得的磁体标记为对比例6。对比例7利用4靶连续式磁控溅射设备，在与实施例2相同的磁体ii表面沉积10μm镝金属膜层，在磁体温度160℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于5×10-3pa，其余热处理工艺与实施例2相同，最终获得的磁体标记为对比例7。对比例8利用4靶连续式磁控溅射设备，在与实施例2相同的磁体ii表面沉积10μm镝金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，热处理工艺与实施例2相同，最终获得的磁体标记为对比例8。利用磁性能测试仪，按照gb/t3217-2013永磁(硬磁)材料-磁性试验方法的要求，在室温(23±1℃)下对比测试了实施例2和对比例5～8的磁性能，列于附表2。表2实施例2和对比例5-8中制得的磁体相关测试样品号实施例2对比例5对比例6对比例7对比例8初始磁体ⅱⅱⅱⅱⅱ重稀土金属镝dy镝dy镝dy镝dy镝dy重稀土膜层厚度μm1010101010铝金属膜层厚度μm1.50000磁控溅射出料温度℃160606016060热处理摆放方式贴合分离贴合分离分离升温前真空度pa805×10-35×10-35×10-380扩散热处理工艺℃×小时850×30850×30850×30850×30850×30补充热处理工艺℃×小时460×5460×5460×5460×5460×5平均矫顽力提高幅度koe5.255.385.204.484.37是否粘连否否是否否从附表2的数据对比可以发现，对比例5可以避免磁体之间的粘连、提高磁体矫顽力，对比例6的磁体直接贴合会出现相互粘连的情况，对比例7的出料温度会影响矫顽力提高幅度，对比例8的升温前真空度会影响矫顽力提升幅度。采用本发明技术的实施例2的矫顽力提高幅度与对比例5接近，但是提高了镀膜后的出料温度、降低了热处理摆放要求、缩短了预抽真空时间，提高了生产效率。实施例3利用5靶连续式磁控溅射设备，在规格为30mm×25mm×6mm的磁体iii(牌号为50h，主要成分为nd30tb1fe68b1，wt.％)的两个30mm×25mm表面由内至外分别沉积15μm铽金属膜层和2μm铝金属膜层，在磁体温度为200℃时将其取出磁控溅射设备，两片磁体表面的膜层直接贴合后放入高真空烧结炉中进行高温热处理，热处理升温前炉内温度为35℃，真空度为100pa，升温速度为10℃/分钟，在880℃保温40小时后，通入高纯氩气开始冷却，冷却到75℃时取出磁体，磁体经550℃热处理6小时后得到实施例3磁体。对比例9利用5靶连续式磁控溅射设备，在与实施例3相同的磁体iii表面沉积15μm铽金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于8×10-3pa，其余热处理工艺与实施例3相同，最终获得的磁体标记为对比例9。对比例10利用5靶连续式磁控溅射设备，在与实施例3相同的磁体iii表面沉积15μm铽金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，按实施例3相同的方式将磁体装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于8×10-3pa，其余热处理工艺与实施例3相同，最终获得的磁体标记为对比例10。对比例11利用5靶连续式磁控溅射设备，在与实施例3相同的磁体iii表面沉积15μm铽金属膜层，在磁体温度200℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于8×10-3pa，其余热处理工艺与实施例3相同，最终获得的磁体标记为对比例11。对比例12利用5靶连续式磁控溅射设备，在与实施例3相同的磁体iii表面沉积15μm铽金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，热处理工艺与实施例3相同，最终获得的磁体标记为对比例12。利用磁性能测试仪，按照gb/t3217-2013永磁(硬磁)材料-磁性试验方法的要求，在室温(23±1℃)下对比测试了实施例3和对比例9～12的磁性能，列于附表3。表3实施例3和对比例9-12中制得的磁体相关测试从附表3的数据对比可以发现，对比例9可以避免磁体之间的粘连、提高磁体矫顽力，对比例10的磁体直接贴合会出现相互粘连的情况，对比例11的出料温度会影响矫顽力提高幅度，对比例12的升温前真空度会影响矫顽力提升幅度。采用本发明技术的实施例3的矫顽力提高幅度与对比例9接近，但是提高了镀膜后的出料温度、降低了热处理摆放要求、缩短了预抽真空时间，提高了生产效率。实施例4利用2靶连续式磁控溅射设备，在规格为12mm×10mm×1mm的磁体iv(牌号为48sh，主要成分为(prnd)29tb2fe68b1，wt.％)的两个12mm×10mm表面由内至外分别沉积1μm铽金属膜层和0.5μm铝金属膜层，在磁体温度为100℃时将其取出磁控溅射设备，两片磁体表面的膜层直接贴合后放入高真空烧结炉中进行高温热处理，热处理升温前炉内温度为35℃，真空度为1pa，升温速度为10℃/分钟，在900℃保温5小时后，通入高纯氩气开始冷却，冷却到75℃时取出磁体，磁体经600℃热处理3小时后得到实施例4磁体。对比例13利用2靶连续式磁控溅射设备，在与实施例4相同的磁体iv表面沉积1μm铽金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于8×10-3pa，其余热处理工艺与实施例4相同，最终获得的磁体标记为对比例13。对比例14利用2靶连续式磁控溅射设备，在与实施例4相同的磁体iv表面沉积1μm铽金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，按实施例4相同的方式将磁体装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于8×10-3pa，其余热处理工艺与实施例4相同，最终获得的磁体标记为对比例14。对比例15利用2靶连续式磁控溅射设备，在与实施例4相同的磁体iv表面沉积1μm铽金属膜层，在磁体温度100℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，升温前炉内真空度优于8×10-3pa，其余热处理工艺与实施例4相同，最终获得的磁体标记为对比例15。对比例16利用2靶连续式磁控溅射设备，在与实施例4相同的磁体iv表面沉积1μm铽金属膜层，在磁体温度为60℃时将其取出磁控溅射设备，将多块磁体分离后装入高真空烧结炉中进行高温热处理，热处理工艺与实施例4相同，最终获得的磁体标记为对比例16。利用磁性能测试仪，按照gb/t3217-2013永磁(硬磁)材料-磁性试验方法的要求，在室温(23±1℃)下对比测试了实施例4和对比例13～16的磁性能，列于附表4。从附表4的数据对比可以发现，对比例13可以避免磁体之间的粘连、提高磁体矫顽力，对比例14的磁体直接贴合会出现相互粘连的情况，对比例15的出料温度会影响矫顽力提高幅度，对比例16的升温前真空度会影响矫顽力提升幅度。采用本发明技术的实施例4的矫顽力提高幅度与对比例13接近，但是提高了镀膜后的出料温度、降低了热处理摆放要求、缩短了预抽真空时间，提高了生产效率。表4实施例4和对比例13-16中制得的磁体相关测试综上前述实施例和对比例以及表1-4中的测试结果，可以看出，本发明在保证矫顽力提升幅度的同时，提高了镀膜后的出料温度、降低了热处理摆放要求、缩短了预抽真空时间，提高了生产效率。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12