专利名称：热变形磁体定向破碎制备各向异性钕铁硼磁粉的方法
技术领域：
本发明属于稀土永磁材料制备领域，特别涉及一种各向异性钕铁硼磁粉的制备方法。
背景技术：
粘结钕铁硼磁体是将钕铁硼磁粉与高分子树脂混合，利用模压、注塑、挤压或轧制等方法制备成所需形状和尺寸，并经固化后得到的磁体。由于其具有尺寸精度好、形状自由度高、磁性能稳定等特点，广泛应用于信息、汽车、办公自动化等领域。相比各向同性粘结钕铁硼磁体，各向异性粘结钕铁硼磁体具有更高的磁性能，能够满足粘结磁体高性能化的发展需求。但要获得高性能的各向异性粘结钕铁硼磁体，首先需要获得高性能的各向异性钕铁硼磁粉。各向异性钕铁硼磁粉的制备，通常采用热镦锻法，工艺步骤主要包括热变形制备各向异性磁体和将各向异性磁体破碎制粉。关于各向异性磁体的破碎，主要的破碎方法一是由美国GM公司的L.J.Eshelman等人于1988年首次提出的“无定向”机械破碎法，二是HD (hydrogen decrepitation)氢爆法。所述“无定向”机械破碎法是将磁体用机械力无定向粗破碎成粗大颗粒后，再对其进行机械细破碎，得到各向异性磁粉(L.J.Eshelman, “Properties of Nd-Fe-B anisotropic powder prepared fromrapidly solidified materials”，J.Appl.Phys.，1988，64(10):5293-5295)。该方法的不足之处是容易造成磁体的穿晶断裂，损伤磁性主相Nd2Fe14B相，致使其被氧化及分解产生软磁性相 α-Fe 相的几率大大增大(J.R.Jia, “Preparation of anisotropic NdFeBpowders by crushing sintering magnets at high temperature，，，J.0f Universityof Science and Technology Bei jing, 2003，25 (I): 46-49),所得磁粉磁性能较低。所述HD氢爆法的基本原理是:基于Nd2Fe14B容易吸氢氢化，形成氢化物的局部区域将产生体积膨胀和内应力，当内应力超过Nd2Fe14B化合物的断裂强度时，便导致磁体产生大量裂纹而破碎，该方法最早由美国Hitachi公司M.Doser等人研究提出(M.Doser.“Pulverizinganisotropic rapidly solidified Nd-Fe-B materials for bonded magnets，，，J.Appl.Phys.，1991，70(10): 6603-6605)。采用“HD”法破碎时，虽能够实现磁体的沿晶断裂，减少对磁性Nd2Fe14B相造成的损伤，但其工艺要求高，破碎的磁粉还需采取后续措施将其中的氢脱除，而低温脱氢会使磁粉中的氢难以去除干净，高温脱氢又将导致磁粉微观结构及磁性能的失控，因而极大限制了该方法的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种热变形磁体定向破碎制备各向异性钕铁硼磁粉的方法，以提高各向异性钕铁硼磁粉的磁性能，并简化制备工艺。本发明所述热变形磁体定向破碎制备各向异性钕铁硼磁粉的方法，工艺步骤如下:
(I)全致密各向同性钕铁硼磁体的制备将快淬钕铁硼磁粉装入模具中，在真空条件或惰性气体保护下，于680°C 720V进行感应热压，所施加的压力为75MPa 200MPa，保温保压时间为2min 5min，保温保压时间到达后，随炉冷却至室温，得到全致密的各向同性钕铁硼磁体；(2)热变形各向异性钕铁硼磁体的制备将步骤(I)制备的各向同性钕铁硼磁体在真空条件或惰性气体保护下，于750°C 850°C进行热变形，所施加的压力为30MPa 50MPa，变形速率为0.25mm/s 0.45mm/s,当所述钕铁硼磁体的变形量达到65% 75%时，停止对其热变形，然后随炉冷却至室温，得到“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体；(3)热变形磁体的定向破碎将步骤(2)制备的“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体在氩气保护下于室温沿其径向(即垂直于C轴方向,所述C轴方向为磁性基体相Nd2Fe14B的易磁化方向)施加对称、循环作用力进行定向破碎，破碎力为600MPa 700MPa，得到层片状磁性薄片(磁性薄片厚度控制在 100 μ m 500 μ m)；(4)磁性薄片的规则化破碎在氩气保护下将步骤(3)制备的磁性薄片采用滚动碾磨法进行规则化破碎，得到各向异性钕铁硼磁粉(磁粉粒度大小根据需要控制)。所述规则化破碎，是指采用滚动碾磨法对磁性薄片进行破碎所得到的磁粉微粒轮廓圆滑，无尖锐棱边和凸角。上述方法中，采用滚动碾磨法对磁性薄片进行规则化破碎时，碾磨破碎机的电机转速优选3000r/min 4500r/min,进料速度优选5g/min 200g/min。上述方法中，所述快淬钕铁硼磁粉可以是化学式为RExFe1(l(l_x_y_zMyBz的磁粉中的一种,式中，X 为 12 15，y 为 O 10，z 为 5.6 6.0，M 为 Co、Ga、Zn、Zr、Cu 中的一种，RE为Nd,或Nd与Ce、Pr、Dy中至少一种稀土元素的组合，当RE为Nd与Ce、Pr、Dy中至少一种稀土元素的组合时，Nd的量为RE总量的90%以上。本发明具有以下有益效果:1、本发明所述方法对“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体沿其径向施加对称、循环作用力进行定向破碎，根据热变形钕铁硼磁体微观结构的各向异性，沿其径向进行定向破碎时，磁体承载面上的富Nd相含量较高，磁体断裂时裂纹将优先沿结合强度较弱的位置，即沿富Nd相区域(主要分布在晶界或快淬磁粉结合处)进行延伸，实现磁体的沿晶或沿快淬磁粉边界断裂；通过沿晶断裂或沿磁粉边界断裂获得的层片状磁性薄片，一方面强磁性基体相Nd2Fel4B本身或其表面区域的损伤减小，晶粒直接继承其在热变形中获得的良好取向，具有较高的剩磁；另一方面破碎中产生的新表面减少，吸氧量小，大幅减弱了表层Nd2Fe14B基体相氧化并分解产生软磁性相α -Fe相的可能性，保证了磁粉具有较高的矫顽力以及最大磁能积。2、本发明所述方法对磁性薄片采用滚动碾磨法进行规则化破碎，所得磁粉微粒轮廓圆滑，无尖锐棱边和凸角，大幅降低磁粉颗粒在磁场取向转动中的机械阻力，有利于提高各向异性粘结钕铁硼磁体的取向度，保证各向异性粘结钕铁硼磁体具有高剩余磁通密度(Br)03、实验表明，本发明所述“定向破碎+碾磨规则化破碎”相比传统的非定向机械破碎和球磨破碎等方法，所获得的各向异性钕铁硼磁粉的磁性能明显提高，用所述各向异性钕铁硼磁粉制备的各向异性粘结钕铁硼磁体的磁能积((BH)m)明显提高(见实施例、对比例)。4、与HD氢爆法相比，本发明所述方法不仅操作更为简单，而且更易于控制磁粉质量，有利于推广使用。5、本发明所述方法制备的各向异性钕铁硼磁粉可广泛应用于家用电器、汽车制造、微特电机、仪器仪表等领域。
图1是热变形各向异性钕铁硼磁体的微观形貌图，图中，Ca)图为垂直于压力方向的钕铁硼磁体的微观形貌图，(b)图为平行于压力方向的钕铁硼磁体的微观形貌图。图2是本发明所述方法中，对热变形得到的“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体沿其径向(垂直于C轴方向)施加对称、循环作用力进行定向破碎的施力不意图。图3是对热变形得到的“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体沿其轴向(平行于C轴方向)施加作用力进行破碎的施力示意图。图4是本发明所述方法制备的各向异性钕铁硼磁粉的扫描电镜图。图5是将热变形得到的“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体沿其轴向(平行于C轴方向)施加作用力破碎得到的磁性颗粒用本发明所述方法中的规则化破碎制备的各向异性钕铁硼磁粉的扫描电镜图。图6是将热变形得到的“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体沿其径向施加对称、循环作用力定向破碎得到层片状磁性薄片进行冲击破碎制备的各向异性钕铁硼磁粉的扫描电镜图。图7是将热变形得到的“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体沿其径向施加对称、循环作用力定向破碎得到层片状磁性薄片进行球磨破碎制备的各向异性钕铁硼磁粉的扫描电镜图。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明所述热变形磁体定向破碎制备各向异性钕铁硼磁粉的方法作进一步说明。下述实施例中，全致密各向同性钕铁硼磁体的制备和热变形各向异性钕铁硼磁体的制备采用30T型真空感应热压机(四川，成都力士制造有限公司)，热变形磁体的定向破碎采用YSD-10-1型双向液压机(四川，绵阳华通磁件技术开发公司)，磁性薄片的规则化破碎采用WF-20型碾磨破碎机(江苏，江阴市鑫达机械制造有限公司)，各向异性粘结钕铁硼磁体成型所采用的温压成型取向压机为LY40-350型磁场取向压机(山西，金开源实业有限公司)。 下述实施例中，快淬RExFe1(l(l_x_y_zMyBz磁粉均由发明人自制，制备方法见:“马毅龙，稀土铁系纳米晶单相与双相致密永磁材料的制备及结构与性能研究[D]，四川大学，2010:24-26”。 实施例1
本实施例以快淬Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉为原料制备各向异性磁粉，工艺步骤如下:(I)全致密各向同性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体的制备将快淬Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉称取20g，装入Φ30πιπι硬质合金模具中，在室温下施加4MPa压力压实，然后放入真空感应热压机中，在真空条件(6Pa)下于700°C进行感应热压，所施加的压力为150MPa，保温保压时间为2min，保温保压时间到达后，随炉冷却至室温，得到全致密的各向同性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体，其磁性能为:Br=0.9T、Hci=1018kA/m、(BH)m=130kJ/m3, P =7.73g/cm3 ；(2)热变形各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体的制备将步骤(I)制备的各向同性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体装入硬质合金模具并放入真空感应热压机中，在真空条件(6Pa)下于800°C进行热变形，所施加的压力为50MPa，变形速率为0.35mm/s,当所述Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体的变形量达到75%时，停止对其热变形，然后随炉冷却至室温，得到“圆饼状”各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体(如图2所示)，其磁性能为:Br=L 40T、Hci=764kA/m、(BH)m=351kJ/m3, P =7.69g/cm3 ；( 3 )热变形磁体的定向破碎将步骤(2)制备的“圆饼状”各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体用所述双向液压机在氩气保护下于室温沿其径向施加对称、循环作用力进行定向破碎(施力方向见图2)，破碎力为650MPa，得到厚度约100 μ m 500 μ m的层片状磁性薄片；(4)磁性薄片的规则化破碎在氩气保护下将步骤(3)制备的磁性薄片采用滚动碾磨法进行规则化破碎，即得到各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉(见图4),碾磨破碎机的电机转速控制在4000r/min,进料速度控制在10g/min,磁粉粒 度大小通过更换目筛控制在45 μ m 104 μ m。用本实施例得到的各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉制备各向异性粘结磁体，工艺步骤如下:( I)配料各原料的质量百分数如下:
各向异性 Ncb.5Fe73Co7.5B6 磁粉97%
双酚A型环氧树脂E-20及顺丁烯二酸酐混合粉末2.5%
(双酚A型环氧树脂E-20与顺丁烯二酸酐的质量比为1: 0.01 ) γ-氨基丙基三乙氧硅烷(商品牌号ΚΗ550)0.45%
石蜡0.05%;(2)原料的混合将计量好的双酚A型环氧树脂Ε-20及顺丁烯二酸酐混合粉末、Y -氨基丙基三乙氧硅烷、石蜡用无水乙醇溶解形成溶液(无水乙醇的量以形成的溶液能均匀包覆各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉为限)，然后将计量好的各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉加入所述溶液，在室温、常压下进行搅拌，混合均匀；(3)温压成型将步骤(2)制备的混合物料称取5g装入成型模具，在磁场取向压机上模压成型，即得到各向异性粘结Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体，压制温度控制在:130°C，压制压力为:400MPa，取向磁场大小:1.8T。经测试，制备的各向异性粘结Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体的磁性能为:Br=0.97T、Hci=724kA/m、(BH)m=153kJ/m3、p=5.91g/cm3。对比例I本对比例以快淬Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉为原料制备各向异性磁粉，工艺步骤如下:(I)全致密各向同性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体的制备与实施例1相同。(2)热变形各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体的制备与实施例1相同。(3)热变形磁体的破碎将步骤(2)制备的“圆饼状”各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁体用所述双向液压机在氩气保护下于室温沿其轴向施加作用力进行破碎(施力方向见图3)，破碎力为1020MPa，得到的外形呈不规则立体状、直径约5mm IOmm的磁性颗粒；( 4 )磁性颗粒的规则化破碎在氩气保护下将步骤(3)制备的磁性颗粒采用滚动碾磨法进行规则化破碎，即得到各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉(见图5)，碾磨破碎机的电机转速控制在4000r/min，进料速度控制在10g/m i n,磁粉粒度大小通过更换目筛控制在45 μ m 104 μ m。用本对比例得到的各向异性Nd13.5Fe73Co7.5B6磁粉制备各向异性粘结磁体，工艺步骤如下:I)配料各原料的质量百分数如下:
权利要求
1.一种热变形磁体定向破碎制备各向异性钕铁硼磁粉的方法，其特征在于工艺步骤如下: (1)全致密各向同性钕铁硼磁体的制备 将快淬钕铁硼磁粉装入模具中，在真空条件或惰性气体保护下，于680°C 720°C进行感应热压，所施加的压力为75MPa 200MPa，保温保压时间为2min 5min，保温保压时间到达后，随炉冷却至室温，得到全致密的各向同性钕铁硼磁体； (2)热变形各向异性钕铁硼磁体的制备 将步骤(1)制备的各向同性钕铁硼磁体在真空条件或惰性气体保护下，于750°C 850°C进行热变形，所施加的压力为30MPa 50MPa，变形速率为0.25mm/s 0.45mm/s,当所述钕铁硼磁体的变形量达到65% 75%时，停止对其热变形，然后随炉冷却至室温，得到“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体； (3)热变形磁体的定向破碎 将步骤(2)制备的“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体在氩气保护下于室温沿其径向施加对称、循环作用力进行定向破碎，破碎力为600MPa 700MPa，得到层片状磁性薄片； (4)磁性薄片的规则化破碎 在氩气保护下将步骤(3)制备的磁性薄片采用滚动碾磨法进行规则化破碎，得到各向异性钕铁硼磁粉。
2.根据权利要求1所述热变形磁体定向破碎制备各向异性钕铁硼磁粉的方法，其特征在于采用滚动碾磨法对磁性薄片进行规则化破碎时，碾磨破碎机的电机转速控制在3000r/min 4500r/min,进料速度控制在 5g/min 200g/min。
3.根据权利要求1或2所述热变形磁体定向破碎制备各向异性钕铁硼磁粉的方法，其特征在于所述快淬钕铁硼磁粉是化学式为RExFeiQQ_x_y_zMyBz的磁粉中的一种，式中，x为12 .15，y 为 O 10，z 为 5.6 6.0，M 为 Co,Ga,Zn,Zr,Cu 中的一种，RE 为 Nd，或 Nd 与 Ce,Pr,Dy中至少一种稀土元素的组合，当RE为Nd与Ce、Pr、Dy中至少一种稀土元素的组合时，Nd的量为RE总量的90%以上。
全文摘要
一种热变形磁体定向破碎制备各向异性钕铁硼磁粉的方法，工艺步骤为(1)全致密各向同性钕铁硼磁体的制备；(2)热变形各向异性钕铁硼磁体的制备；(3)热变形磁体的定向破碎，将步骤(2)制备的“圆饼状”各向异性钕铁硼磁体在氩气保护下于室温沿其径向施加对称、循环作用力进行定向破碎，破碎力为600MPa～700MPa，得到层片状磁性薄片；(4)磁性薄片的规则化破碎，在氩气保护下将步骤(3)制备的磁性薄片采用滚动碾磨法进行规则化破碎，得到各向异性钕铁硼磁粉。
文档编号B22F9/04GK103151161SQ20131009529
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者刘颖, 李军, 储林华, 陈飚, 蒋红刚, 王仁全 申请人:四川大学