一种降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于稀土磁性材料技术领域，提供了一种降低烧结温度制备高磁性烧结钕 铁硼的方法。
【背景技术】
[0002] 钕铁硼磁体被称为第三代稀土永磁材料，广泛应用在航空航天、汽车工业、电子电 器、医疗器械、军事设备、仪器仪表、风力发电等领域。钕铁硼材料具有高磁能积、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。
[0003] 烧结钕铁硼是以Nd2Fe14B化合物为基体的合金材料，有少量的富RE相沿晶粒边界 分布，并包围每一个2:14:1相晶粒，使相邻2:14:1相晶粒磁绝缘起来，起到去交换親合作 用，实现硬磁化。经过20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 磁体的剩磁达到理论值的96. 3%，最大磁能积（BH) _达到理论值的91. 5%，然而矫顽力 H。仅达到理论值的12%，使得磁体的温度稳定性不高，限制了其在高温环境领域的应用。因 此，提高磁体的矫顽力迫在眉睫。
[0004] 研究表明，烧结钕铁硼矫顽力H。主要与物相成分、边界结构和晶粒尺寸有关。通 过添加 Dy和Tb元素，取代Nd2Fe14B相中的Nd，可有效地提高磁体的矫顽力，但降低了磁体 的剩磁和磁能积，成本增加，资源有限。针对减少或不使用镝铽等重稀土的要求，同时提高 烧结钕铁硼的矫顽力是不断研究的重点。因此，通过抑制晶粒长大来提高烧结钕铁硼矫顽 力的方法得到了广泛的关注。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种降低烧结温度制备高磁性能烧结钕铁硼的方法，在 矫顽力、使用温度范围、剩磁、最大磁能积和生产成本等方面都达到了令人满意的效果， Nd2Fe14B相晶粒分布较均匀，晶粒尺寸较小。
[0006] 为了获得上述的烧结钕铁硼材料，本发明采用了如下技术方案：
[0007] 所述的高磁性烧结钕铁硼材料按重量百分比构成如下：
[0008] 磷粉或磷的金属化合物粉0. 1 % -2 %，余量为烧结钕铁硼磁粉。
[0009] 所述的高磁性烧结钕铁硼材料在上述构成下经过混合一压制一烧结制成，具体步 骤如下：
[0010] (1)将符合配方要求的磷粉或磷的金属化合物粉和钕铁硼磁粉装入球磨罐中，放 到球磨机上球磨，保护气氛为高纯氩气，球料比为5:1，球磨时间为30-60min ;
[0011] (2)将步骤（1)中混合好的磁粉在I. 2-2. OT的磁场下进行取向压型；
[0012] (3)将步骤（2)中压型完成的磁块进行150-220Mpa冷等静压，保压20s，使其压型 成为生坯；
[0013] (4)将毛坯放入真空烧结炉中进行真空烧结、回火，制得最终磁体。
[0014] 步骤（1)中所述烧结钕铁硼粉的粒度为3-5 μ m，磷粉或磷的金属化合物粉的粒度 为 3-5 μ m〇
[0015] 步骤（1)中所述磷的金属化合物为Co2P、GaP、CuP等中的一种或几种。
[0016] 步骤（4)中所述的烧结和回火条件为：1000-1080°C真空下烧结l_3h，再经过 850-900°C -级回火 l_3h 和 480-550°C二级回火 l_3h。
[0017] 本发明将钕铁硼磁粉与适量的磷粉或磷的金属化合物粉混合、压制和烧结，制备 得到高磁性烧结钕铁硼材料。材料中的P起到降低烧结温度的作用，从而抑制晶粒长大，降 低平均晶粒尺寸，可有效地提高磁体的矫顽力；同时，Co 2P、GaP、CuP等化合物中Co、Ga、Cu 等合金元素存在可部分取代Fe，有利于降低Nd2Fe14B相的饱和磁化强度，改善显微组织结 构与工艺性能，进一步提高磁体的矫顽力。
[0018] 本发明的优点：
[0019] 1、原料易得、价格低廉、制备工艺简单，适合大规模的工业化生产。
[0020] 2、降低了材料的烧结温度，抑制了晶粒长大，提高了磁体的矫顽力。
[0021] 3、(：〇$、6&?、(：1^等化合物中（：〇、6&、(：11等合金元素存在可部分取代？6，有利于降 低Nd 2Fe14B相的饱和磁化强度，进一步提高磁体的矫顽力。
[0022] 4、通过对材料成分的调整和优化，形成了均匀分布、尺寸较小的Nd2Fe 14B相晶粒和 的高磁性烧结钕铁硼材料。
[0023] 5、可广泛应用于钢铁、冶金、能源等机械装备中，特别适合要求高温环境的场合。
【具体实施方式】
[0024] 实施例1 :
[0025] -种高磁性烧结钕铁硼材料按重量百分比构成如下：
[0026] P-0. 2 %，CuP-O. 8 %，余量为烧结钕铁硼粉；
[0027] 步骤1 :在氩气氛围的手套箱中，称取平均粒度为3 μπι的NdFeB粉，3 μπι的P粉， 5 μ m的CuP粉，放入球磨罐中混合；
[0028] 步骤2 :将球磨罐从手套箱中取出，放在滚动球磨机上混合，时间30min ;
[0029] 步骤3 :在氩气氛围的手套箱中，取出球磨后的磁粉；
[0030] 步骤4 :将混合磁粉在I. 5T的磁场下进行取向成型，并在200MPa的冷等静压下制 成生坯；
[0031] 步骤5 :采用高真空烧结炉将生坯分别在1050°C和1080°C下烧结I. 5h，在900°C 进行一级回火2h，在500°C下进行二级回火2h得到钕铁硼磁体；
[0032] 步骤6 :将制备好的钕铁硼磁体放入VSM测量磁性能，其结果详见表1。
[0033] 对比例1 :
[0034] 采用主相合金：NdFeB，其余条件同实施例1。最后制备得到的钕铁硼磁体的磁性 能详见表1。
[0035] 表1.不同烧结温度对烧结钕铁硼试样的磁性能影响
[0036]
[0037] 实施例2 :
[0038] -种高磁性烧结钕铁硼材料按重量百分比构成如下：
[0039] GaP-L 5%，余量为钕铁硼粉；
[0040] 步骤1 :在氩气氛围的手套箱中，称取平均粒度为5 μπι的NdFeB粉，5 μπι的GaP粉， 放入球磨罐中混合；
[0041] 步骤2 :将球磨罐从手套箱中取出，放在滚动球磨机上混合，时间30min ;
[0042] 步骤3 :在氩气氛围的手套箱中，取出球磨后的磁粉；
[0043] 步骤4 :将混合磁粉在2. OT的磁场下进行取向成型，并在150MPa的冷等静压下制 成生坯；
[0044] 步骤5 :采用高真空烧结炉将生坯分别在1020°C下烧结2h，在850°C进行一级回火 3h，在550°C下进行二级回火3h得到钕铁硼磁体；
[0045] 步骤6 :将制备好的钕铁硼磁体放入VSM测量磁性能，其结果详见表2。
[0046] 对比例2 :
[0047] 采用主相合金：NdFeB，在1070°C下烧结2h，其余条件同实施例2。最后制备得到 的钕铁硼磁体的磁性能详见表2。
[0048] 表2.不同烧结温度对烧结钕铁硼试样的磁性能影响
[0050] 实施例3 :
[0051] -种高磁性烧结钕铁硼材料按重量百分比构成如下：
[0052] Co2P-O. 2 %、GaP-O. 2 %、CuP-O. 2 %，余量为钕铁硼粉；
[0053] 步骤1 :在氩气氛围的手套箱中，称取平均粒度为3 μπι的NdFeB粉，3 μπι的Co2P 粉，3 μ m的GaP粉，3 μ m的CuP粉，放入球磨罐中混合；
[0054] 步骤2 :将球磨罐从手套箱中取出，放在滚动球磨机上混合，时间30min ;
[0055] 步骤3 :在氩气氛围的手套箱中，取出球磨后的磁粉；
[0056] 步骤4 :将混合磁粉在I. 8T的磁场下进行取向成型，并在220MPa的冷等静压下制 成生坯；
[0057] 步骤5 :采用高真空烧结炉将生坯在1050°C下烧结3h，在920°C进行一级回火2h， 在500°C下进行二级回火2h得到钕铁硼磁体；
[0058] 步骤6 :将制备好的钕铁硼磁体放入VSM测量磁性能，其结果详见表3。
[0059] 对比例3 :
[0060] 采用主相合金：NdFeB，其余条件同实施例3。最后制备得到的钕铁硼磁体的磁性 能详见表3。
[0061] 表3.不同烧结温度对烧结钕铁硼试样的磁性能影响
【主权项】
1. 一种降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法，其特征在于，按照质量百分比由 如下成分配比而成：磷粉或磷的金属化合物粉0. 1% -2%，余量为烧结钕铁硼磁粉；具体制 备步骤如下： (1) 将符合配方要求的磷粉或磷的金属化合物粉和钕铁硼磁粉装入球磨罐中，放到球 磨机上球磨，保护气氛为高纯氩气，球料比为5:1，球磨时间为30-60min; (2) 将步骤（1)中混合好的磁粉在1. 2-2. 0T的磁场下进行取向压型； (3) 将步骤（2)中压型完成的磁块进行150-220Mpa冷等静压，保压20s，使其压型成为 生坯； (4) 将毛坯放入真空烧结炉中进行真空烧结、回火，制得最终磁体。2. 根据权利要求1所述的降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法，其特征在 于：步骤（1)中所述烧结钕铁硼粉的粒度为3-5μπι，磷粉或磷的金属化合物粉的粒度为 3~5μm〇3. 根据权利要求1所述的降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法，其特征在于： 步骤（1)中所述磷的金属化合物为Co2P、GaP、CuP中的一种或几种。4. 根据权利要求2所述的降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法，其特征在于： 步骤（4)中所述烧结和回火条件为：1000-1080°C真空下烧结l_3h，再经过850-900°C-级 回火l-3h和 480-550°C二级回火l_3h。
【专利摘要】一种降低烧结温度制备高磁性烧结钕铁硼的方法，属于稀土磁性材料技术领域。本发明将钕铁硼磁粉与适量的磷粉或磷的金属化合物粉在氩气保护介质中混合均匀，再进行取向压型和冷等静压，最后在真空烧结炉中1000-1080℃烧结1-3h，再经过850-900℃一级回火1-3h和480-550℃二级回火1-3h，制备得到高磁性烧结钕铁硼材料。材料中的P起到降低烧结温度，抑制晶粒长大的作用，从而提高磁体的矫顽力；同时，Co2P、GaP、CuP等化合物中Co、Ga、Cu等合金元素存在可部分取代Fe，有利于降低基体相的饱和磁化强度，改善组织结构，提高矫顽力。采用本发明方法制备的烧结钕铁硼材料，可广泛应用于钢铁、冶金、能源等机械装备中，特别适合要求高温环境的场合。
【IPC分类】B22F3/10, B22F3/04, H01F1/057, H01F41/02
【公开号】CN105355413
【申请号】CN201510888264
【发明人】郭志猛, 杨芳, 陈存广, 石韬, 罗骥, 杨薇薇
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月7日