一种烧结钕铁硼永磁体的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种烧结钕铁硼永磁体的制备方法，属于磁性材料领域。
【背景技术】
[0002] 随着新型钕铁硼磁性材料的开发与应用，钕铁硼产业规模不断壮大，钕铁硼磁体 所用原材料金属钕和镨钕合金资源越来越紧缺。钕金属和镨钕合金是从原生矿烧结资源 中提炼出来的，由于混合稀土中镧、铈等元素不利于提高钕铁硼磁体的磁性能，因此必须分 离、精炼提纯，且分离提纯的成本较高。
[0003] 目前，镨钕合金价格大约是烧结价格的4~6倍，近年来，随着烧结NdFeB永磁的 快速发展，金属NcUPr-Nd合金和Dy、Tb等稀土原材料经常出现供不应求的局面，其价格也 随之暴涨。畸高的原材料价格已波及至下游产业链，造成部分应用市场萎缩，从长远来看， 不利于整个行业的发展。因此现阶段，如何对稀土资源综合利用，降低烧结钕铁硼磁体工业 生产成本有重要意义，使其达到商业使用的要求，是目前制造烧结钕铁硼永磁体的研宄热 点。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术中存在问题，本发明提供了一种烧结钕铁硼永磁体的制备方 法，具体技术方案如下： 一种烧结钕铁硼永磁体的制备方法，包括以下步骤：熔炼；破碎；制粉；压制成型；烧结 及时效处理；所述熔炼步骤中，分别熔炼主相合金（REl，RE2，PrNd) - (Fe，M) -B，富PrNd的 液相合金（RE1，RE2,PrNd) - (Fe，M)-B和富LaCe相的液相合金（RE1，RE2,PrNd) - (Fe， M) -B，所述合金相中的REl为La和Ce，所述RE2为Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中的一种或多 种，所述M为Co、Al、Cu、Ga、Nb、Zr、Mg、Ti中的一种或多种。
[0005] 作为上述技术方案的改进，所述熔炼步骤中，主相中各组分的质量百分比可以表 述为（RElal，RE2bl，PrNdnbl) xl- (Fei_el，Mel)yl-Bzl，所述富PrNd相中各组分的质量百分比 可以表述为（REla2,RE2b2,PrNd1Ib2) x2- (Fei_e2,Me2)y2-Bz2，所述富LaCe相中各组分的质量 百分比可以表述为（REla3,RE2b3,PrNdnb3) x3- (Fe^Me3)y3-Bz3， 其中IOwt. % <al< 40wt. %，2wt. % <a2 <IOwt. %，20wt. % <a3 < 50wt. %， 2wt. % ^bl=b2=b3 ^IOwt. %,lwt. % ^cl=c2=c3 ^ 8wt. %, 20wt. % ^xl^ 40wt. %, 40wt. % ^x2=x3 ^ 70wt. %, 60wt. % ^yl^ 80wt. %, 30wt. % ^y2=y3 ^ 60wt. %, 0. 8wt. % ^zl=z2=z3 ^I. 2wt.%, 其中主相、富PrNd相、富镧铈相之间的质量百分比依次为75%~95%、2. 5%~20%、1%~ 12. 5%〇
[0006] 作为上述技术方案的改进，所述制粉和压制成型步骤之间还包括掺杂Cu-Co纳米 粉步骤，该步骤向磁粉中掺入质量百分比为0. 2%~2%的Cu-Co纳米粉。
[0007] 作为上述技术方案的改进，所述掺杂Cu-Co纳米粉步骤中的Cu在纳米粉中的原子 百分比30%~60%。
[0008] 作为上述技术方案的改进，所述熔炼步骤中，熔炼温度为1300°C~1500°C，熔炼 保温时间为30min~60min，恪炼炉内为0. 03Mpa~0. 06Mpa的氩气环境。
[0009] 作为上述技术方案的改进，所述破碎步骤采用氢破碎方法；所述制粉步骤采用气 流磨制微粉，在制粉过程中添加有防氧化剂和润滑剂，防氧化剂为烷烃类长链条有机物，所 述润滑剂为硬脂酸锌，防氧化剂和润滑剂的添加量均在200ppm~1000 ppm之间，获得磁粉 的粒度为2ym~4ym。
[0010] 作为上述技术方案的改进，所述压制成型步骤采用垂直压制压制成型和等静压 压制致密的组合方式，取向磁场为2T~4T，成型压力IOMpa~50Mpa，等静压制的压力 200Mpa~240Mpa，保压时间 20s~120s。
[0011] 作为上述技术方案的改进，所述烧结及时效处理步骤为：首先在400°C~500°C度 保温30min~60min，然后在600°C~700°C范围内保温30min~60min，再升温到1020°C~ 1100°C范围内进行烧结，烧结温度下保温4~6h，控制炉内真空度低于KT2Pa,烧结完成后 在800°C~1000°C内进行2h~5h的一级时效处理，之后在400°C~550°C内进行2h~6h 的二级时效处理。
[0012] 作为上述技术方案的改进，所述烧结及时效处理步骤完成后，开启烧结炉内的风 机，使烧结炉内冷却速度控制在10°c/min~20°C/min。
[0013] 上述技术方案使用一定比例的高丰度的La、Ce、Gd等稀土元素部分取代Pr、Nd、 Dy、Tb等元素，制备的烧结钕铁硼永磁体，促进稀土资源的综合利用，降低烧结钕铁硼永磁 体的工业成本；同时，分别熔炼富PrNd相和富LaCe相的液相合金，通过这两种富稀土相改 善对主相的浸润性和边界相的磁晶各向异性场，通过掺杂Cu-Co纳米合金粉末对晶界进行 强化，制备可以商业使用的烧结钕铁硼永磁体，较传统的单合金法和双合金法工艺提高磁 体内禀矫顽力和磁能积，有益效果显著。
【具体实施方式】
[0014] 钕铁硼永磁体分为烧结钕铁硼和粘结钕铁硼两种，其中烧结钕铁硼永磁体磁性能 优异，其一般的生产流程为：熔炼一破碎一制粉一压制成型一烧结及时效处理。
[0015] 本发明在熔炼步骤中，分别熔炼富PrNd相的液相合金（RE1，RE2,PrNd)- (Fe， M) -B和富LaCe相的液相合金（RE1，RE2,PrNd) - (Fe，M) -B，通过这两种富稀土相改善对 主相（REl，RE2，PrNd) - (Fe，M) -B的浸润性和边界的磁晶各向异性场，上述各相中，REl为 La、Ce等高丰度的稀土金属元素，RE2为Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等重稀土元素，这种合 金熔炼方法不同于传统的单合金法和双合金法，采用传统方法进行钕铁硼磁体制备，在烧 结阶段富稀土相的润湿性差，分散性差，特别是在主相晶粒的交隅处富集，影响磁体的矫顽 力。分别熔炼两种富稀土相，有效改善对主相的浸润性，经时效处理后，富稀土相分散的更 加均匀，提高磁体的边界去磁化耦合能力，从而提高磁体的矫顽力。
[0016] 在熔炼步骤中，可以控制熔炼温度1300°C~1500°C，熔炼保温时间为30min~ 60min，同时为了减少熔炼过程中稀土金属的挥发熔炼炉内为0. 03Mpa~0. 06Mpa的氩气环 境，浇注过程中，所获的铸片厚度控制在0. 2mm~0. 4mm之间，在上述熔炼条件下，本发明熔 炼步骤可以采用现有技术中的任何设备和相应工艺。
[0017] 在破碎步骤中，本发明可以采用现有技术中任意的破碎方法，例如可以采用机械 破碎方法或氢破碎方法，本发明优选采用氢破碎方法。其主要工艺为：将三种合金分别加入 氢化炉中，进行吸氢破碎，在炉内压力达到〇? 〇98Mpa后30min内压力降低不超过0? 02Mpa 时，将氢化炉内抽真空至KT1Pa,加热到550°C~600°C范围内开始脱氢反应，至真空度不大 于IOPa后吸氢结束，冷却出料。
[0018] 在制粉步骤中，本发明可以采用现有技术中任意的制粉方法，例如可以采用球磨 法制微粉或气流磨制微粉，本发明优选采用气流磨制微粉。其主要工艺为：在制粉过程中添 加有防氧化剂和润滑剂，防氧化剂为烷烃类长链条有机物，所述润滑剂为硬脂酸锌，防氧化 剂和润滑剂的添加量均在200ppm~1000 ppm之间，研磨压力为0. 4MPa~0. 7MPa，制粉过程 中的加氧量〇~300ppm，控制分选轮的转速，获得粒度为2ym~4ym的磁粉。
[0019] 在现有的制粉和压制成型步骤之间，本发明还增加了掺杂Cu-Co纳米粉步骤，向 磁粉中掺入质量百分比为0. 2%~2%的Cu-Co纳米粉，其中Cu在纳米粉中的原子百分比 30%_60%。本发明通过在混微粉阶段惨杂Cu-Co纳米粉，在烧结时效过程Cu-Co相在晶界相 和主相的边界层分别进行富集和扩散，在一定程度上提高了烧结钕铁硼磁体的高温特性。
[0020] 在压制成型步骤中，本发明可以采用现有技术中任意的成型方法，例如平行压制 成型、垂直压制成型等，本发明优先采用垂直压制成型，并且在取向压制成型后采用等静压 压制致密，压制成型工艺为：取向磁场为2T~4T，成型压力IOMpa~50Mpa，等静压压制工 艺为：等静压机的压力200Mpa~240Mpa，保压时间20s-120s。所述在压制成型阶段，控制 压机内氧含量低于50ppm，待磁粉充分转动取向，然后再施加压力使压坯致密，等静压压制 后压还的密度在4.lg/cm3~4. 5g/cm3。
[0021] 在烧结及时效处理步骤中，主要工艺为：首先在400°C~500°C度保温30min~ 60min，然后在600°C~700°C范围内保温30min~60min，再升温到1020°C~1100°C范围内 进行烧结，烧结温度下保温4~6h，设置不同的烧结阶段温度，是为了充分排出磁体内的有 机成分，控制炉内真空度低于KT2Pa,烧结完成后在800°C~1000°C内进行2h~5h的一级 时效处理，之后在400°C~550°C内进行2h~6h的二级时效处理。进一步地，在时效处理 完成后，开启烧结炉内的风机，使烧结炉内冷却速度控制在l〇°C/min~20°C/min，合适的 冷却速度可以有效保留高温阶段磁体内部的组织形貌，使磁体性能达到最佳效果。
[0022] 实施例一 按照"熔炼一破碎一制粉一压制成型一烧结及时效处理"的步骤