一种提高烧结钕铁硼材料性能的处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于烧结钕铁硼（Nd-Fe-B)磁体制备领域，具体涉及一种提高烧结钕铁硼 磁体矫顽力的处理方法。
【背景技术】
[0002] 作为第三代稀土永磁材料的钕铁硼永磁材料，自1983年由日本住友金属和美国 GM公司首先商品化以来，由于具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积的特点，广泛应用于电力电 子、通讯、信息、交通运输办公自动化、医疗器械和军事等领域。
[0003] 烧结钕铁硼磁体主要由主相Nd2Fe14B、富Nd相和富硼相组成，富Nd相围绕在主相 Nd2Fe14B相周围，少量的富硼相分布于一些晶界交隅处。其中Nd2Fe 14B相是磁性相主要决定 剩磁和磁能积，富Nd相和磁体的微观结构主要决定磁体的矫顽力。烧结钕铁硼的反磁化机 理是反向畴成核机制，因此磁体的磁性相边界结构和成分等特性对磁体的矫顽力有重要作 用。
[0004] Dy2Fe14BJb2Fe14B和Ho 2Fe14B的各向异性场均要高于Nd2Fe14B的各向异性场，因此 添加重稀土元素 Dy、Tb或Ho都能使磁体的矫顽力大幅度提高。但同时重稀土元素与铁元 素属于反铁磁耦合，因此添加重稀土元素 Dy、Tb或Ho虽然提高了矫顽力却降低了磁体的剩 磁。若是添加的Dy、Tb或Ho只存在于主相晶粒的边界，这样就能实现在提高磁体的矫顽力 的同时不降低磁体的剩磁。
[0005] 双合金方法也是一种通过改善磁体的微观组织和磁性相边界结构来提高磁体的 矫顽力的方法，该方法对主相合金和富稀土相合金分别进行成分设计，主相合金成分计量 更接近Nd 2Fe14B相，辅相合金通常含有一些Dy、Tb、Ho等元素，主相和辅相合金分开熔炼，然 后在制粉时混合，再进行成型烧结，该方法能较好的使中重稀土元素分布在主相晶粒边界， 但是不可避免的会有部分中重稀土元素在高温烧结过程中扩散进入主相，使主相晶粒外延 层变厚，从而降低剩磁。因此在保证提高磁体的矫顽力的同时不降低或很少降低剩磁，如何 使Dy、Tb和Ho等元素合理有效的分布在磁体主相边界处以及如何降低Dy、Tb和Ho等元素 的加入量是稀土永磁行业的热点问题，也是急需解决的问题。
[0006] 目前日本有研究采用真空溅射的方法在磁体表面形成一层Dy或Tb金属膜，然后 在700-1000°C的温度下进行扩散处理，用该种方法几乎不会降低磁体的剩磁，却能够大幅 度增加内禀矫顽力。在这种相对低温下进行热处理，晶界的富Nd相因加热而液化，所以晶 界中的Dy和Tb扩散速度比从晶界扩散到主相粒子内部要快得多。利用这种扩散速度的差 异，合理的调整热处理温度和时间基本上可以使Dy和Tb大部分都只存在于晶界处，从而保 证在提高矫顽力的同时剩磁几乎不降低。这种方法被称为晶界扩散法，目前公开的有很多 关于这种方法的研究，原理基本都一样，主要的不同是集中在怎样使Dy或Tb等元素附着在 磁体表面。例如有将Dy或Tb的氟化物和氧化物粉末涂覆在磁体表面，然后进行加热处理。 也有的将烧结钕铁硼磁体埋入Dy或Tb的氧化物与氢化钙的混合粉末中然后进行热处理。 这些方法对于改善晶界微观结构，提高磁体的矫顽力都有一定的好处，但是过程都过于繁 琐，不适宜于工业化大生产。
[0007] 研究表明在烧结钕铁硼磁体中添加少量的Al可显著的提高钕铁硼材料的矫顽 力，但是会降低一部分剩磁。Al是没有原子磁矩的，Al的添加使磁体矫顽力的提高，是因为 Al使合金晶粒细化，同时使富Nd相和富B相的块度变小，Al进入富Nd相改善了富Nd相与 Nd2Fe14B相的浸润角，使富Nd相更加均匀的沿晶界分布。
[0008] 在烧结钕铁硼磁体中添加少量的Ga可以有效的提高烧结钕铁硼磁体的内禀矫顽 力，而对剩磁几乎不造成影响。Ga与B均具有正的混合焓，与B互相排斥，因此很难进入到 Nd2Fe14B相，而Ga与Nd有很大的负混合焓，从二元相图上看，Ga与Nd相反应形成低熔点化 合物。因此Ga在烧结钕铁硼磁体中的分布主要集中在晶界和晶界交隅处，促进液相烧结的 致密化和提高富Nd相对Nd 2Fe14B主相晶粒的润湿作用，与富Nd相反应改善磁体的微观结 构，更好的起到对主相晶粒间的磁去耦作用，从而提高磁体的矫顽力。目前烧结钕铁硼磁体 的生产中，Al和Ga元素的添加都是采用的传统的合金化手段即在熔炼时将Al或Ga的金 属加入直接形成多元合金，这样Al和Ga元素不可避免的有一部分进入主相，这样在提高矫 顽力的同时不可避免的也会降低磁体的剩磁。同样如何使Al、Ga元素合理有效的分布在磁 体主相边界处也是很值得深入研究的问题。
【发明内容】
[0009] 在目前公开的基于晶界扩散原理来提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法中，都是通 过某种手段使含有Dy或Tb元素的物质涂覆在磁体表面，然后通过热处理使Dy或Tb元素 沿着晶界扩散到磁体内部，从而改善磁体的微观结构来提高磁体的性能。本发明也是基于 晶界扩散原理，但是不只限于Dy和Tb元素，还包括Ηο、Α1和Ga元素，这样就可以根据实际 生产牌号的高低，选择Dy、Tb、Ho、Al和Ga元素中的一种或者多种的组合来作为磁体表面 的涂覆层，从而实现晶界扩散来提高磁体的矫顽力。
[0010] 本发明的目的是将微量的中重稀土氧化物或氟化物或Al粉或金属Ga溶于适当的 溶剂内，然后将磁体浸入上述液体中，这样在磁体表面形成中重稀土氧化物或氟化物或Al 或Ga中的一种或多种组合的复合层，然后进行热处理，涂覆层中的金属元素通过热扩散沿 着晶界进入磁体内。一是在主相Nd2Fe 14B晶粒周围形成富中重稀土的连续薄层；二是有效 的改善晶界相与主相的润湿性，促进晶界相的均匀分布。从而有效的提高矫顽力。
[0011] 本发明的技术方案为： (1)钦铁砸中间品磁体的制备： 按照烧结钕铁硼磁体的化学式Rexl(Prx2Ndx3)xFe (100 -x-y-z-xl-yl-y2-y3-y4-y5-y6) ByCozCuylNby2Zry3Al y4Gay5My6计算出各种原材料需要的量，一起投入到熔炼炉中进行熔炼， 通过速凝铸片工艺制成合金薄片，（其中质量百分比x:29. 5-32. 5 ;y:0. 95-1. I ;Z:0-4 ; yl:〇-〇. 3 ；y2:〇-l ；y3:〇-〇. 3 ；y4:〇-2 ；y5:〇-l ；y6:〇-l ；xl:〇-15 ；x2:〇-25 ；x3:75-100 ；Re 为Dy、Tb、Ho、GcU La、Ce和Y中的一种或多种组合；M为Si、Cr、Mo、Ti和W中的一种或多 种组合)。将合金薄片通过氢碎、气流磨制粉、磁场取向成型、等静压、真空烧结和回火热处 理制备成钕铁硼的毛坯，将钕铁硼的毛坯通过线切割、切片等机械加工方法制成有一定尺 寸的中间品磁体。
[0012] 所述的氢碎是将合金薄片通过吸氢-脱氢来实现，脱氢温度为500-580°C，保温时 间为3-10小时。所述的气流磨制粉对粒度的要求为：D50(中位径)为4-5. 8 μ m，D (3, 2)(表面 积平均粒径)为2. 7-4 μ m，最大粒径小于16 μ m。所述的磁场取向成型，是在磁场作用下同时 进行压制，磁场强度大于I. 6T，磁场强度越大越好。真空烧结，其烧结温度为1040-1080°C， 烧结保温时间为3-6小时，烧结温度的选择与磁体成分有比较大的关系，烧结钕铁硼磁体 的密度一般大于7. 4g/m3。所述的回火热处理为两级，一级热处理温度为800-950°C，时间 为4-10小时；二级热处理温度为450-650°C，时间为2-6小时。
[0013] (2)含有Dy、Tb、Ho、Al和Ga元素中的一种元素或多种元素