一种Nd系烧结磁体的回火前处理方法与流程

一种nd系烧结磁体的回火前处理方法
技术领域
1.本发明涉及磁体技术领域，具体涉及烧结磁体的加工方法。


背景技术：

2.磁体加工时容易出现加工表面劣化、磁体性能剧减的现象，由“加工劣化”引起的磁体性能降低与磁体的大小及比表面积有直接关系，薄片、小型磁体加工时该劣化现象尤其明显，磁性能的下降有时可达到30％以上。而薄片、小型磁体多用于照相机镜头自动对焦用的vcm(音圈电机)磁体和3c产品，有很多该类产品因加工劣化而导致性能下降的问题仍得不到解决。
3.在nd系磁体的制造中，回火处理一般在加工前的毛坯阶段进行。为了恢复“加工劣化”引起的磁体性能降低，也可以进行“加工后回火处理”，以进行劣化层的“恢复”。加工后回火处理通常在真空或惰性气体中进行。磁体在机械加工、磨削加工、切割加工等加工过程中出现的劣化层主要分布在磁体表面附近，导致磁体性能严重劣化。另外，加工过程中，磁体表面和晶界还会渗入加工液、油分和水分。因此进行回火处理时，除了原始加工面的氧化层、碳化层之外，还有由于回火引起的氧化、碳化，从而进一步引起磁体性能劣化、变形、裂纹。
4.因此，在现有技术中，对加工后的磁体追加“恢复”进行回火处理，虽然加工劣化的性能可以得到部分恢复，但也会因回火进一步引起氧化、碳化导致性能下降，使磁体表面劣化恢复不足，同时导致变形、裂纹等不良现象的发生，因此很少进行加工后回火处理。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种nd系烧结磁体的回火前处理方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.一种nd系烧结磁体的回火前处理方法，准备nd系烧结磁体及平均粒度(平均大小、平均直径、平均粒径)为10μm～5mm的介质，所述介质为以金属x相/x合金系相为主相的颗粒体/粉末；利用所述介质对所述nd系烧结磁体进行喷砂处理，通过喷砂处理去除所述nd系烧结磁体表面的至少部分氧化物，并在所述nd系烧结磁体表面吸附形成介质薄膜层；随后进行回火处理；其中：
8.x＝稀土类r(r：rare-earth，稀土类r为y,la,ce,pr,nd,sm,gd,tb,dy或ho
…
)、ga、al、cu或ni；
9.x合金系包括r－fe合金、r－ni合金、r－ga合金、r－al合金、r－cu合金、ga－al合金、ga－cu合金、al－cu合金、r－ga－cu合金、r－ga－al合金、r－al－cu合金或ga－al－cu－ni合金等中的至少一种，且x合金系中x元素的含量(即r(如有)+ga(如有)+al(如有)+cu(如有)+ni(如有)的含量之和)为60at％以上。
10.所述介质的“以金属x相/x合金系相为主相的颗粒体/粉末”，指的是金属x相/x合
金系相含量为60at％以上的金属/合金系颗粒体/粉末；其中的“金属x相/x合金系相”可以是金属x相、x合金系相、或金属x相和x合金系相的混合，其中的“金属/合金系”可以是金属、合金系、或金属和合金系的混合，其中的“颗粒体/粉末”可以是颗粒体、粉末、或颗粒体与粉末的混合。其中的“颗粒体”指的是平均粒度＞100μm的粒子，即100μm～5mm的介质；所述“粉末”指的是平均粒度＜100μm的粒子，即10μm～100μm的介质。
11.本发明中，将所述nd系烧结磁体放入喷砂处理装置，所述介质在气流的作用下喷到所述nd系烧结磁体表面，一方面，介质将nd系烧结磁体表面的至少一部分氧化物清理干净，另一方面，在nd系烧结磁体表面吸附一层介质的薄膜。喷砂处理结束后，再在真空或惰性气体中进行回火处理。
12.进一步优选地，在向nd系烧结磁体表面进行介质气流喷射的喷砂处理时，将气流中的氧含量控制在3000ppm以下，利用惰性气体进行气流喷射处理。惰性气体例如为ar、n2、he
…
。在低氧气氛下进行本发明的喷砂处理，可以减少伴随着喷砂处理工序的氧化，增加x金属/x合金的吸附量，可以在短时间内实现裂纹较少的低喷压下的喷砂处理。作为优选的喷砂处理气流的低氧含量，1ppm～3000ppm是优选的。以经济的方式制造1ppm以下的氧含量是困难的，如果超过3000ppm，防氧化的效果就会变得极端差。更优选的是气流中的氧含量为100ppm至2000ppm的范围。
13.进一步优选地，所述nd系列烧结磁体的氧含量在2000ppm以下。磁体材料的氧含量越低，加工劣化恢复的效果越强。如果是氧含量在2000ppm以下的磁体材料，几乎可以恢复加工劣化前磁体的性能。
14.进一步优选地，对所准备的磁体进行加温，再进行本发明的喷砂处理。作为优选的范围，在向所述nd系烧结磁体表面进行介质喷砂处理前，将所述nd系烧结磁体加热到60℃～400℃。磁体的温度高于室温，有助于提高吸附在磁体表面的本发明x金属或x合金的粉末的原子活性，增加x金属/x合金的吸附量，且有助于均匀附着在磁体表面。作为优选磁体的加热温度，60℃～400℃为优选范围。不到60℃就没有加温的效果，超过400℃的话，磁体的性能就会发生变质。最好在80℃～220℃的范围内。可以在预先预热磁体之后将其放到喷砂处理设备中，或者可以在喷砂处理设备中加热。
15.进一步优选地，本发明的喷砂处理工序后，磁体表面吸附的介质薄膜层的平均膜厚度为10nm～1000nm，即平均膜厚度为10nm～1000nm的金属x相/x合金相会残留附着到磁体的最表层。平均吸附量评价方法是将喷砂处理后的磁体表面进行酸洗，用icp-aes分析溶解酸中的各元素含量，按磁体表面积进行计算，对平均吸附膜厚度进行评价。另外，在难以酸溶解的情况下，使用gd-oes装置或gda-pspectruma测量估计平均吸附膜厚度。平均吸附厚度小于10nm时，厚度与氧化膜、碳化膜相同，不能发挥加工劣化性能恢复的效果。当超过1000nm时，磁体的br性能降低。更优选的是50nm～500nm的范围。
16.进一步优选地，所述介质的氧含量在1000ppm以下，即以金属x相/x合金系相为主相的颗粒体/粉末的氧含量在1000ppm以下。超过1000ppm的话，存在吸附的金属、合金层由于附着力不足而掉落的问题。此外，由于磁体内部的扩散受到氧化物的阻碍，存在hcj的提高值和hk的提高值较小的问题。更优选是500ppm，更进一步优选是200ppm的氧含量的范围。
17.进一步优选地，所述nd系烧结磁体的比表面积(s(surface)/v(volume)，s/v值)为1以上。磁体的比表面积s/v值计算方法如下：
18.当磁体形状近似为圆柱形时，半径记为r，高记为h，则s/v值计算公式如下：
19.s＝2πr2+2πrh
20.v＝πr2h
[0021][0022]
当磁体形状近似为长方体时，长记为a，宽记为b，高记为c，则s/v值计算公式如下：
[0023]
s＝2
×
(ab+bc+ac)
[0024]
v＝abc
[0025][0026]
由于本发明的核心是加工劣化的恢复，所以比表面积越大，加工劣化的不良影响越大，结果是越增强本发明的效果。如果以mm2/mm3为单位评价s/v值，优选以产品磁铁的形状s/v≥1开始产生效果。更优选的是s/v≥3，效果更显著。
[0027]
进一步优选地，所述介质的维氏硬度hv小于300，即以金属x相/x合金系统相为主相的颗粒体/粉末的维氏硬度(hv)小于300。喷砂处理通常作为钕铁硼烧结磁体的预处理，主要作用是起到表面氧化物清理的作用。由于钕铁硼烧结磁体的硬度为hv＝600～800，所以一般用硬度较大的研磨料进行处理。如果使用hv＝2400～2500的sic多边形研磨料对钕铁硼磁体表面进行喷砂处理，会因为研磨料硬度太大而使磁体发生严重的加工劣化，存在性能下降的问题。因此，优选的介质维氏硬度hv300以下，更优选是hv180以下的硬度好。
[0028]
本发明所涉及的设备、试剂、工艺、参数等，除有特别说明外，均为常规设备、试剂、工艺、参数等，不再作实施例。
[0029]
本发明所列举的所有范围包括该范围内的所有点值。
[0030]
本发明中，所述“室温”即常规环境温度，可以为10～30℃。
[0031]
本发明的核心点及有益效果是：
[0032]
将以金属x相/x合金系相为主相的颗粒体/粉末介质放入喷砂处理装置，将该nd系烧结磁体放入喷砂处理装置，该介质在气流的作用下喷到nd系烧结磁体表面，一方面，介质将nd系烧结磁体表面的至少一部分氧化物清理干净，另一方面，在nd系烧结磁体表面吸附一层介质的薄膜，虽然表面附着的介质层很薄，但是发现回火处理后磁体的性能有很大的提升。
[0033]
本发明的金属x、合金x系介质是一种被称为添加元素的金属、合金群，其存在于nd系烧结磁体的晶界、主相晶粒表面时发挥性能恢复的作用，可以提高hcj、hk。本发明中，经介质气流喷砂处理后，在去除加工劣化表面的氧化物相的同时，金属x、合金x系残留附着到磁体表面，因此回火处理后可以恢复表面加工劣化层性能。另外，一部分金属x、合金x系通过进入晶粒内部或扩散进入晶界，恢复磁体内部残留的加工劣化层。虽然进入量很少，但也有与晶界扩散同样的性能提高效果。并且，除去表面的氧化层、碳化物相后，氧、碳含量少的金属x/合金x附着在磁体表面，也能防止回火处理时氧化、碳化引起的性能劣化。
[0034]
近年来，随着nd系烧结磁体的高性能化，磁体中的稀土含量变小，磁体内部氧含量变小，因此恢复回火处理而产生的附加氧化、碳化而引起的磁体性能劣化、变形、裂痕变得非常重要，本发明可以提高回火处理后最终产品的磁体性能，特别是br、hcj、hk。此外，还可
以防止回火处理后磁铁的破裂和变形不良。
附图说明
[0035]
图1为现有技术方法的流程图。
[0036]
图2为本发明方法的流程图。
[0037]
图3为喷砂介质的尺寸与硬度对比示意图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0039]
实施例1
[0040]
原料配比：nd 13.2at％、dy 0.2at％、tb 0.05at％、b 5.5at％、co 1.6at％、si 0.05at％、mn 0.03at％、al 0.2at％、ga 0.1at％、cr 0.05at％、nb 0.1at％、zr 0.1at％、w 0.05at％、剩余部分为fe。
[0041]
加工小型薄片烧结磁体的规格为φ10
×
1.5mm(1.5mm为取向方向)，烧结磁体内的氧含量为850ppm，准备6000片。另按照同样方法制备φ10
×
10mm的标准样品作为对比。原始磁体按以下工序制作：
[0042]
用sc型熔炼炉熔炼甩片，得到50kg的sc原料合金。用氢粉碎sc原料，用jm型气流粉碎机，以粒度d
50
平均为5.0μm的方式进行微粉碎。粉末在25koe磁场中以0.2ton/cm2成形，得到成型体，成型体在1080℃烧结。烧结体在真空500℃下回火处理2小时。按上述方法分别制备φ10
×
10mm的标准样品，以及φ10
×
1.5mm(1.5mm为取向方向)的小型薄片磁体样品。
[0043]
由于比表面积越大，加工劣化的不良影响越大，因此以比表面积较小的按照国家标准制备的φ10
×
10mm的标准样品，用bh特性评价装置评价标准样品的磁体特性，作为可忽略加工劣化层影响的性能比较例，记录为比较例7。
[0044]
将加工规格φ10
×
1.5mm的200片磁体分别放入喷砂处理装置，按照本发明的方法进行了处理。喷砂处理的介质(本发明的以金属x相/x合金系相为主相的颗粒体/粉末)，可以通过气体加热法、铸块划线-切断法、铸块破碎+筛分法、超急冷(mq)法+粉碎等制作方法适当地制作。喷砂处理装置的喷嘴配合颗粒体/粉末粒径，适当选择φ1mm～φ12mm。喷砂处理的吹气压力是从0.2mpa～0.8mpa的压力中适当选择的，以防止磁体表面破裂，并且能够进行均匀的处理，进行1分钟～5分钟的吹气喷砂处理。
[0045]
喷砂处理后的磁体继续进行回火处理。在真空或惰性气体中，440℃～640℃(20℃间隔)保温两个小时内，在获得最高磁体性能的回火处理条件下，对其余的磁体进行回火处理。从回火处理后的各个剩余磁铁中选择20片，4块重叠，进行5次bh磁性测量，评价其平均值，为实施例1。
[0046]
作为比较例，毛坯通过最佳热处理后、加工规格φ10
×
1.5mm、未用喷砂处理的磁体作为比较例1，使用市售的两种抛光介质(抛光砂)进行喷砂处理，并且同样地经过磁体回火处理的结果记录为比较例2和比较例3。另外，在本发明的指定成分范围以外的合金成分中，喷砂处理以同样的方式制作磁体时的结果作为比较例4、5、6进行记录。
[0047]
另外，将加工后的磁铁10片的氧含量与本发明处理后的磁铁10片加工面的氧含量进行比较，所有的磁铁中的氧含量都减少了5％～18％。这可能是因为当本发明的介质颗粒
体/粉末被吹到磁体表面抛光时，磁体表面的氧化层至少被去除一部分。
[0048]
表1实施例1与各比较例的处理方法
[0049][0050]
表2实施例1与各比较例的磁体性能评价结果
[0051][0052]
根据本实施例可以看出，经过喷砂处理后，加工劣化已经恢复，并且矫顽力稍微提高了一些。比较例7的标准形状磁体的性能是本磁体的原始性能，但是在加工磁体时，在磁体表面产生加工晶格缺陷，形成加工劣化层，加工劣化在小型薄片磁体中表现尤为明显，加工劣化层降低了比较例1的磁体性能。与比较例1的磁体相比，本发明的制造方法使磁体的性能(br，hk)恢复，并且hcj进一步提高。
[0053]
同样，由于加工劣化进一步增大，使用市售的抛光介质(抛光砂)的比较例2、比较例3的性能比比较例1更差。
[0054]
另外，虽然比较例4、5、6中磁体使用的是接近本发明介质的成分的颗粒体/粉末，
但是由于成分范围超出本发明的最佳范围，因此加工劣化导致的性能降低不能得到充分的恢复。
[0055]
实施例2
[0056]
原料配比：nd 10.43at％、pr 3.45at％、b 5.75at％、co 0.8at％、si 0.03at％、mn 0.02at％、al 0.1at％、ga 0.3at％、cu 0.2at％、cr 0.03at％、nb 0.1at％、zr 0.05at％、w 0.03at％，剩余部分为fe。
[0057]
原始磁体在以下工序中制作，制作了不同氧含量的磁体毛坯，加工规格φ10
×
1.2mm(1.2mm为取向方向)。具体地：
[0058]
用sc型熔炼炉熔炼甩片，得到50kg的sc原料合金。用氢气将sc原料进行了粉碎，用jm型气流粉碎机进行了粉碎，使粒度d
50
平均值达到4.5μm。粉末分成7等分，1份在26koe磁场中以0.25ton/cm2成形，得到成型体，成型体在1040℃烧结。其他6份改变粉末的氧化时间，使其氧化，制作具有不同氧含量的粉末，在26koe磁场中以0.25ton/cm2成型，得到成型体，在1040℃～1080℃烧结成型体。
[0059]
烧结后各烧结体内部的氧含量，如下表4所示为520、840、1340、1730、2000、2540、3120ppm。
[0060]
分别取不同氧含量的φ10
×
1.2mm(1.2mm方向磁场取向方向)磁体各200片，放入喷砂处理装置，进行本发明的喷砂处理。喷砂处理的介质(本发明的以金属x相/x合金系相为主相的颗粒体/粉末)是利用铸块破碎/粉碎+筛分法制成的0.5mm以下的dy:80at％,ga:10at％,cu:10at％的粉末。喷砂处理装置的喷嘴直径φ3mm。喷砂处理的吹气压力是从0.2mpa～0.8mpa的压力中适当选择的，以防止磁体表面破裂，并且能够进行均匀的处理，进行1分钟～5分钟的吹气喷砂处理。
[0061]
喷砂处理后的磁体继续进行回火处理。回火处理是在真空或惰性气体中，在440℃～640℃(20℃间隔)保温4小时内，在获得最高磁体性能的最佳回火处理条件下实施的。从回火处理后的各个剩余磁铁中选择20片，4张重叠，进行5次bh磁性测量，评价其平均值，为实施例2。
[0062]
比较例的烧结体进行了回火处理。回火处理是在真空或惰性气体中，在440℃～640℃(20℃间隔)进行4小时保温，在获得最高磁体性能的最佳回火处理条件下实施的。从回火处理后的剩余磁铁中选择20片，重叠4张，进行5次bh磁性测量，评价其平均值。回火处理+加工处理后的φ10
×
1.2mm磁体作为比较例8，重叠4张，通过bh特性评价装置评价磁体特性。另外，作为比较例9，同样方法下制作的国家标准φ10
×
10mm的标准样品，通过bh特性评价装置评价磁铁特性。
[0063]
表3实施例2与各比较例的处理方法
[0064][0065]
表4实施例2与各比较例的磁体性能评价结果
[0066][0067]
根据本实施例2可以发现，磁体材料的氧含量越低，加工劣化恢复的效果越强。如果是氧含量在2000ppm以下的磁体材料，几乎可以恢复加工劣化前磁体的性能。
[0068]
实施例3
[0069]
原料配比：nd 10.0at％、pr 3.2at％、dy 0.5at％、tb 0.05at％、b 5.4at％、co 2at％、si 0.02at％、mn 0.02at％、al 0.1at％、ga 0.3at％、cu 0.03at％、cr 0.03at％、nb 0.05at％、zr 0.1at％、ta 0.05at％，剩余部分为fe。
[0070]
原始磁体在以下工序中制作，加工规格φ10
×
1.0mm(1.0mm为取向方向)，准备3000片。烧结磁体内的氧含量为450ppm。
[0071]
用sc型熔炼炉熔炼甩片，得到50kg的sc原料合金。用氢气将sc原料粉碎，用jm型气流粉碎机，平均粒度d
50
粉碎成5.2μm。粉末在23koe磁场中以0.3ton/cm2成型，得到成型体，在1060℃烧结成型体。烧结体在真空、480℃下回火处理2小时。
[0072]
分别将各200片磁体放入喷砂处理装置中，进行本发明的喷砂处理。喷砂处理的介
质(本发明的以金属x相/x合金系相为主相的颗粒体/粉末)可以以气体原子法、铸块线切割法、铸块粉碎+筛分法、超淬火(mq)法+粉碎等方法制作，必要时也进行回火处理获得适当的硬度。shot-brust装置的喷口配合颗粒体/粉末粒径，适当选择φ2mm～φ8mm。喷砂处理吹气压力是从0.2mpa～0.6mpa的压力中适当选择的，以防止磁体表面破裂，并且可以进行均匀的处理，进行1分钟～5分钟的吹气喷砂处理。
[0073]
喷砂处理后的磁体继续进行回火处理。在回火处理中，在真空或惰性气体中，在440℃～640℃(20℃间隔)保温两个小时内，在获得最高磁体性能的回火处理条件下，对其余的磁体进行回火处理。从回火处理后的各个剩余磁铁中选择20片，4张重叠，进行5次bh磁性测量，评价其平均值，记为实施例3。
[0074]
将加工成φ10
×
1.0mm，未经喷砂处理的磁体4块重叠测定，通过bh测量器评价磁体性能，作为比较例10。
[0075]
国家标准φ10
×
10mm的标准样品，用bh特性评价装置评价磁体特性，作为可忽略加工劣化层影响的性能比较例，记为比较例11。
[0076]
表5实施例3与各比较例的处理方法
[0077][0078]
表6实施例3与各比较例的磁体性能评价结果
[0079][0080]
根据本实施例3可以看出，喷砂处理介质(本发明的以金属x相/x合金系相为主相的颗粒体/粉末)的硬度越低越好。因为硬度越低，附加的晶格缺陷发生越少，能够增加x金属/x合金元素的吸附量，进一步增强本发明的效果。优选是硬度为hv300以下，更优选是hv180以下的硬度更好。
[0081]
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。