基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法，涉及永磁材料的表面改性技术。其主要步骤为：1)将烧结钕铁硼磁体待加工表面进行前处理；2)在烧结钕铁硼磁体待加工表面上设置吸收层和约束层；3)将烧结钕铁硼磁体非加工表面用塑韧性金属进行包套；4)将包套的烧结钕铁硼磁体的待加工表面进行低能激光冲击处理；5)将冲击处理后的烧结钕铁硼磁体表面清理干净后进行激光表面热处理；6)重复步骤2)-5)进行多次低能激光冲击处理和激光表面热处理，获得表面改性的烧结钕铁硼磁体。本发明能够有效细化烧结钕铁硼磁体的表面晶粒，均匀化表面层晶界富钕相分布，显著提高其耐腐蚀性能。本发明过程简单，易于操作，适合于大规模批量化生产。
【专利说明】基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及永磁材料的表面改性【技术领域】，特指一种基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法。
【背景技术】
[0003]烧结钕铁硼磁体是具有优异综合磁性能的新一代稀土永磁材料，经过多年的努力，其磁性能得到不断地提高，最大磁能积已接近理论值的93%，目前广泛应用于电子、医疗器械、风力发电机、交通运输、仪器仪表和航天航空等领域。然而，烧结钕铁硼磁体易腐蚀的缺点严重限制了其应用范围的扩大。
[0004]烧结钕铁硼磁体是由粉末冶金工艺制备的多晶复相永磁材料，主要包含主相Nd2Fe14B,富钕相和富硼相。富钕相和富硼相属于晶界相，主要分布于Nd2Fe14B晶粒界面上。由于富钕相的电极电位远低于主相Nd2Fe14B,因此，在腐蚀介质中富钕相与主相之间会构成腐蚀原电池，电位较负的富钕相在原电池中成为阳极，优先发生腐蚀。此外，少量的富钕相和大量的主相会组成“小阳极、大阴极”的电偶腐蚀结构，进一步加速磁体中富钕相的腐蚀。可见，烧结钕铁硼磁体的腐蚀是一个加速的“相选择性腐蚀”过程，属于典型的晶间腐蚀，这严重影响了其实际应用。
[0005]目前改善烧结钕铁硼磁体耐腐蚀性能的方法主要有表面涂层法和合金化法。表面涂层法是采用电镀、化学镀、物理气相沉积等方法在磁体表面镀覆一层耐腐蚀的保护涂层，避免腐蚀介质与磁体直接接触，从而防止腐蚀。该方法工序复杂，涂层与基体结合力低，还可能产生环境污染。合金化法是通过合金元素的添加改善磁体微观结构或富钕相物化性质达到提高磁体耐腐蚀性目的的方法。这不仅会增加磁体成本，而且可能会损害磁体的磁性能。烧结钕铁硼磁体的腐蚀通常始于表面，并随腐蚀`过程的进行不断向内部扩展。因此，改善磁体表面的微观结构，提高其表面的耐腐蚀性能，能够有效防止钕铁硼磁体的腐蚀。由此可见，发展一种新型的烧结钕铁硼磁体的表面改性方法是非常必要的。
[0006]针对上述问题，本发明从表面结构优化入手，提出采用塑性约束、低能激光冲击处理与激光表面热处理相结合的复合工艺改善烧结钕铁硼磁体表面微观结构，提高其耐腐蚀性能的方法。塑性约束下的低能激光冲击能够有效降低烧结钕铁硼磁体表面的冲击脆性，诱导其表面发生微塑性变形，细化表面晶粒组织，避免冲击裂纹的形成。在此基础上，施以激光表面热处理不仅能够增加冲击表面的塑性，为下次激光冲击做准备，以便在多次冲击条件下累积更多微塑性变形，进一步细化晶粒，而且能够改善表面晶界的富钕相分布，使晶界富钕相分布更均匀，厚度减小，最终获得表面晶粒细小、晶界富钕相薄而分布均匀的烧结钕铁硼磁体，使磁体的晶间腐蚀通道变窄，有效抑制其晶间腐蚀，显著提高其耐腐蚀性能。
【发明内容】
[0007]烧结钕铁硼磁体具有优异的磁性能，但是其耐腐蚀性能差的缺点严重限制了其实际应用范围。为此，在保证高磁性能的前提下，必须显著提高其耐腐蚀性能。然而，现有的方法还存在自身难以克服的一些问题，因此，需要发展一种新型的、简单环保的钕铁硼磁体防腐技术，提高其耐腐蚀性能，实现高磁性能和高耐腐蚀性能的良好匹配。本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法，其通过塑性约束、低能激光冲击处理与激光表面热处理相结合的复合工艺，有效细化磁体表面晶粒，调控表面晶界富钦相厚度和分布，从而制备表面晶粒细小、晶界富钦相薄而分布均匀的高耐腐蚀烧结钕铁硼磁体，获得耐腐蚀性能与磁性能的良好匹配。
[0008]本发明解决上述问题的技术方案是:采用塑性约束、低能激光冲击处理与激光表面热处理相结合的复合工艺处理烧结钕铁硼磁体表面，优化表面微观结构，获得表面晶粒细小、晶界富钕相薄而分布均匀的烧结钕铁硼磁体，显著提高其耐腐蚀性能。其具体步骤为:
1)将烧结钕铁硼磁体待加工表面进行前处理；
2)在烧结钕铁硼磁体待加工表面上设置吸收层和约束层；
3)将烧结钕铁硼磁体非加工表面用塑韧性金属进行包套；
4)将包套的烧结钕铁硼磁体的待加工表面进行低能激光冲击处理；
5)将冲击处理后的烧结钕铁硼磁体表面清理干净后进行激光表面热处理；
6)重复步骤2)-5)进行多次低能激光冲击处理和激光表面热处理，获得表面改性的烧结钕铁硼磁体。
[0009]所述的烧结钕铁硼磁体成分的原子百分比为NdAFemiH其中13 ≤ a+b ≤ 16，0.1 ≤ b ≤ 5，5.5 ≤ c ≤ 8，0.1 ≤ d ≤ 4，R 为 Pr、Dy、Tb、Ho、Gd 元素中的一种或几种，M 为 Al、Cu、Ga、Mg、Zn、Sn、S1、Co、N1、Nb、Zr、T1、W、V、Hf 元素中一种或几种。
[0010]所述的吸收层为铝箔或黑漆。
[0011]所述的约束层为流水或玻璃。
[0012]所述的包套用塑韧性金属材料为纯铝、纯铜或低碳钢。
[0013]所述的多次低能激光冲击处理采用纳秒脉冲激光器，工艺参数为:激光脉冲能量1-5J，激光脉宽20-40ns，光斑直径2_5mm，搭接率20%_80%，冲击次数2_6次。
[0014]所述的激光表面热处理采用连续CO2激光器，工艺参数为:激光功率100-500W，扫描速度5-20mm/s，光斑直径0.5_2mm，搭接率30%_70%。
[0015]本发明的优点在于:通过塑性约束和低能条件下的激光冲击来处理烧结钕铁硼磁体表面，能够有效降低磁体表面的冲击脆性，避免发生冲击脆性断裂，诱导其表面发生微塑性变形，从而有效细化磁体表面晶粒组织；激光表面热处理能够消除表面冲击硬化现象，增加磁体表面后续的冲击塑性，为多次冲击累积更多微塑性变形，进一步细化晶粒，同时能够改善磁体表面晶界中的富钕相分布，使富钕相均匀分布于各细小晶粒的界面上，充分减小富钕相厚度，进而使磁体的晶间腐蚀通道变窄，有效抑制其晶间腐蚀，显著提高其耐腐蚀性能。因此，本发明可以制得表面晶粒细小、晶界富钕相薄而分布均匀的烧结钕铁硼磁体，在保证高磁性能的前提下，显著提高磁体表面的耐腐蚀性能，获得高耐腐蚀性能与高磁性能的良好配合，从而进一步拓展其实际应用范围。本发明工艺过程简单，环保且易操作，适合于大规模批量化生产，因此，通过本发明可以有效提高烧结钕铁硼磁体的耐腐蚀性能。【具体实施方式】
[0016]本发明中烧结钕铁硼磁体的表面改性是通过塑性约束、低能激光冲击处理与激光表面热处理相结合的复合工艺来实现的。首先将烧结钕铁硼磁体待加工表面进行前处理，并在处理好的待加工表面上设置吸收层和约束层，然后将烧结钕铁硼磁体非加工表面用塑韧性金属包套，最后将包套的烧结钕铁硼磁体的待加工表面进行多次低能激光冲击处理，并在每次激光冲击处理之间穿插进行激光表面热处理，获得表面改性的烧结钕铁硼磁体。采用本发明制得的烧结钕铁硼磁体的表面晶粒细小、晶界富钕相薄而分布均匀，有效抑制了其晶间腐蚀，显著提高了其耐腐蚀性能，拓展了其实际应用。
[0017]实施例1:
1)将烧结钕铁硼磁体Nd12Dy1Fe79.4Co2B5.5Zra!的待加工表面进行打磨、抛光、清洗和干燥前处理；
2)在烧结钕铁硼磁体待加工表面上涂覆黑漆作为吸收层，再在其上固定玻璃作为约束层；
3)将烧结钕铁硼磁体非加工表面用金属铝进行包套；
4)将包套的烧结钕铁硼磁体的待加工表面采用纳秒脉冲激光器进行低能激光冲击处理，激光脉冲能量5J，激光脉宽40ns，光斑直径5mm，搭接率20% ；
5)将冲击处理后的烧结钕铁硼磁体表面清理干净，采用连续CO2激光器进行激光表面热处理，激光功率100W，扫描速度10mm/s，光斑直径0.5mm,搭接率40% ；
6)重复步骤2)-5)进行3次激光冲击处理和激光表面热处理，获得表面改性的烧结钕铁硼磁体。
[0018]采用高压釜实验(5-10psig，110-115°C，100h)测试了表面改性前后烧结钕铁硼磁体的耐腐蚀性能，结果如下:
【权利要求】
1.一种基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法，其特征在于，采用塑性约束、低能激光冲击处理与激光表面热处理相结合的复合处理方法烧结钕铁硼磁体表面，获得表面晶粒细小、晶界富钕相分布均匀的烧结钕铁硼磁体，提高其耐腐蚀性能；其步骤为: A)将烧结钕铁硼磁体待加工表面进行前处理； B)在烧结钕铁硼磁体待加工表面上设置吸收层和约束层； C)将烧结钕铁硼磁体非加工表面用塑韧性金属进行包套； D)将包套的烧结钕铁硼磁体的待加工表面进行低能激光冲击处理； E)将步骤D)冲击处理后的烧结钕铁硼磁体表面清理干净后进行激光表面热处理； F)重复步骤B)-E)进行多次低能激光冲击处理和激光表面热处理，获得表面改性的烧结钕铁硼磁体。
2.根据权利要求1所述的基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法，其特征在于，所述步骤A)中的烧结钕铁硼磁体成分的原子百分比为Nc^FemH，其中13 ≤a+b ≤16，0.1 ≤b ≤5，5.5 ≤c ≤8，0.1 ≤d ≤4，R 为 Pr、Dy、Tb、Ho、Gd 元素中的一种或几种，M 为 Al、Cu、Ga、Mg、Zn、Sn、S1、Co、N1、Nb、Zr、T1、W、V、Hf 元素中一种或几种。
3.根据权利要求1所述的基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法，其特征在于，所述的吸收层为铝箔或黑漆。
4.根据权利要求1所述的基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法，其特征在于，所述步骤B)中的约束层为流水或玻璃。
5.根据权利要求1所述的基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法，其特征在于，所述步骤C)中的包套用塑韧性金属材料为纯铝、纯铜或低碳钢。
6.根据权利要求1所述的基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法，其特征在于，所述步骤D)中的低能激光冲击处理采用纳秒脉冲激光器，参数为:激光脉冲能量1-5J，激光脉宽20-40ns，光斑直径2_5mm，搭接率20%_80%，冲击次数2_6次。
7.根据权利要求1所述的基于塑性约束的烧结钕铁硼磁体的机械表面改性方法，其特征在于，所述步骤E)中的激光表面热处理采用连续CO2激光器，参数为:激光功率100-500W,扫描速度 5-20mm/s，光斑直径 0.5_2mm，搭接率 30%_70%。
【文档编号】C21D1/09GK103646776SQ201310639319
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】崔熙贵, 崔承云, 程晓农, 许晓静, 周建忠 申请人:江苏大学