一种温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料，其由主相合金与辅相合金混合配置而成；所述主相合金由下列原料按重量百分比配置而成：铁64.5～68.5％、硼1.0～1.2％、钕30.2～34.3％、钆0.05～0.4％、铝0.1～0.4％；辅相合金由下列原料按重量百分比配备而成：铁50.8～54.2％、硼0.8～1.2％、钕18.9～21.1％、锆12.8～16.3％、钐8.9～11.1％、铜0.8～1.2％；采用上述技术方案制成的钕铁硼磁性材料，其可具有较好的温度稳定性。
【专利说明】一种温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁性材料及其生产工艺，尤其是一种温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料及其生产工艺。
【背景技术】
[0002]钕铁硼磁性材料，作为稀土永磁材料发展的最新结果，由于其优异的磁性能而得以广泛运用。然而，现阶段的钕铁硼磁体的烧结依旧存在诸多不足，具体体现在，传统工艺烧结而成的钕铁硼材料由于烧结方法以及其本身化学性质，导致磁体材料的温度稳定性不佳，从而使其在使用过程中有诸多不便之处。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种钕铁硼磁性材料及其生产工艺，其可以具有较一般钕铁硼磁性材料更优良的温度稳定性。
[0004]为解决上述技术问题，本发明涉及一种温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料,其由主相合金与辅相合金混合配置而成；所述主相合金由下列原料按重量百分比配置而成:铁64.5 ?68.5% Jf 1.0 ?1.2%、钕 30.2 ?34.3%、钆 0.05 ?0.4%、铝 0.1 ?0.4% ;辅相合金由下列原料按重量百分比配备而成:铁50.8?54.2%、硼0.8?1.2%、钕18.9?21.1%、锆 12.8 ?16.3%、钐 8.9 ?11.1%、铜 0.8 ?1.2% 0
[0005]上述方案中，主相合金中的钆可通过抑制α -Fe相的生成改善钕铁硼烧结磁体的磁体性能，同时通过改善富钕相的分别改善磁体温度稳定性；而铝能改进烧结过程中液相与主相的润湿性，使晶粒表面更平滑，并且能细化主相晶粒，从而使温度稳定性进一步提高。辅相合金中，添加的钐元素由于其自身化学性质，可有效改善钕铁硼磁体的稳定性；锆可降低钕铁硼磁体对烧结温度的敏感性，从而提高了钕铁硼磁体的耐烧结温度，并且不发生晶粒的异常长大，使其获得高磁能积，同时温度稳定性更为优良，此外，锆亦可使得钕铁硼材料获得良好的抗腐蚀性与力学性能；铜的添加可改善晶界相，增加润湿性。
[0006]所述主相合金的原料中，铁、硼与铝的纯度均至少为99.9%，钕与钆的纯度至少为99.8% ;所述辅相合金的原料中，铁、硼与铜的纯度至少为99.9%，钕、锆与钐的纯度至少为99.8%。
[0007]上述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺包括如下工艺步骤:
1)对主相合金与辅相合金分别进行配料、冶炼与铸锭工序，得到主相合金铸锭与辅相合金铸锭；
2)对主相合金铸锭进行高温退火工序；
3)对主相合金铸锭与辅相合金铸锭分别进行氢爆工序，得到主相合金粉末与辅相合金粉末；
4)将主相合金粉末与辅相合金粉末按照一定比例混合均匀；
5)对主相合金与辅相合金的混合粉末进行研磨、成型、烧结与热处理工序。[0008]三元钕铁硼烧结磁体主要由三相组成，主相、富硼相与富钕相。当磁体内硼含量较低时，其仅有主相与富钕相。主相在磁体中的体积百分数决定了钕铁硼磁性材料的剩磁和磁能积，富钕相的数量与其在主相周围的分布均匀性则有利磁体内禀矫顽力的提高，而磁体矫顽力的提高会促进磁体温度稳定性的提升。
[0009]所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中，主相合金与辅相合金的行配料、冶炼与铸锭工序，以及主相合金铸锭的高温退火工序为:
1)按照主相合金与辅相合金的重量百分比取适量原料，将其装入感应加热式真空冶炼炉的坩埚中，其中主相合金的装料顺序依次为硼、铁、钆、钕，并将金属铝放置于冶炼炉的加料斗中；辅相合金的装料顺序依次为硼、错、铁、衫、铜、衫、钕；
2)对冶炼炉进行抽真空处理，并对炉内原料进行预热，完成后向冶炼炉内充入高纯度氩气，使炉内氩气压力相对大气压为一 0.5Mpa ;将冶炼炉加热功率提升至18?27KW，直至炉内金属全部融化；
3)待炉内金属融化后，加入金属铝；以1600至1900°C的温度对冶炼炉内原料进行加热，同时进行充分的电磁搅拌；
4)利用漏斗将钢液浇注到冷却厚度为15至30_的双面水冷铜模中，冷却水温度为15至30°C，水压为4MPa，冷却时间为65至85分钟；
5)打开冶炼炉，取出铸锭，将其表面打磨光滑，封装保存；
6)将处理后的合金铸锭置于高真空烧结炉内，并对其进行抽真空处理，完成后对烧结炉内合金铸锭进行退火处理，将其加热，升温速度为5°C /min,直至炉内温度达到900至10500C，并在此温度环境下保温6至8小时；
7)使主相合金铸锭随炉冷却55至70分钟，将其取出自然冷却至室温。
[0010]冶炼与铸锭可形成钕铁硼磁性材料中决定磁体性能的主相。在冶炼过程中，合金会稀出α-Fe相，α-Fe相不仅减少了铸锭中主相的生成数量,还会对后续的研磨制粉、成型等工序产生不良影响，从而危害钕铁硼磁性材料的性能，同时α-Fe相会影响磁体内部富钕相的分布，从而影响磁体的温度稳定性。
[0011]采用上述工艺步骤，其具有如下优点:
1)主相合金与辅相合金的装料顺序按照其原料熔点由高到低的顺序，从而确保上端的金属原料首先发生融化，形成液相，进而加速其下端原料的融化；
2)采用感应加热式真空冶炼炉，其具有金属内部脱气效果好、结晶快、清洁型好、可快速加热，并对原料形状无限制的优点；
3)在冶炼前进行抽真空处理，并通入氩气，首先可避免炉内原料与空气中氧气、二氧化碳等发生反应；其次由于氩气是惰性气体，其可以起到保护作用；同时，氩气的通入使得炉内气压小于大气压，使得炉内原料的熔点随之降低，减少了加工时间；
4)对主相合金铸锭进行高温退火，可以消除其内部的α-Fe相，提升了铸锭的磁体性能与温度稳定性。
[0012]所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中，主相合金铸锭与辅相合金铸锭分别进行氢爆工序为:
I)将经过退火处理的主相合金铸锭和辅相合金铸锭分别破碎成小块，使其在能够放入氢爆炉的基础上料块尽可能大，并将其分别置入氢爆炉进行氢爆处理； 2)对氢爆炉进行抽真空处理后，完成后向其内部通入高纯度氢气，氢气压力保持在2MPa ；
3)待氢爆炉内温度开始升高，向炉内喷水以降低炉内温度，使得氢爆炉内温度保持在80至120°C，期间氢爆炉保持旋转；
4)上述步骤持续I至2小时后，停止通入氢气，并抽空，对炉内氢爆料加热，加热温度为450至780°C，加热时间为5至7小时，使得主相合金与辅相合金铸锭均经氢爆后成为合金粉末；
5)待加热结束，采用冷却水冷却炉内粉料，冷却水温度为15至30°C。
[0013]钕铁硼磁性材料是由多个彼此孤立的主相晶粒组成，所述晶粒为居有尖锐的棱角或突出部位的多面体状，棱角或突出部位可产生磁场。故而主相晶粒的数量的增多与其棱角或突出部位的减少均有利于钕铁硼磁性材料的性能。
[0014]采用上述工艺步骤，具有如下优点:
1)将主相合金铸锭和辅相合金铸锭分别破碎成可装入氢爆炉的最大碎块，可以减少机械破碎对铸锭组织的损害，从而避免其中主相晶粒受到破坏；
2)采用氢爆工艺，合金铸锭在氢爆过程中通过沿晶和穿晶断裂而破碎，可降低制粉过程中对铸锭晶粒的损害，从而使得磁粉中单晶颗粒的比重增加，其有利于提高磁粉的取向度，提高烧结磁体的磁性能；
3)氢爆所得粉末脆性大，可节省后续气流磨工序的磨粉时间；同时氢爆工艺可改善粉末的形貌，粉末颗粒形状呈更接近圆形或椭圆形的多面体，氢爆可改善粒度分布，减少过大和过细的粉末，从而使得其在后续的成型与烧结等工序中更易加工，受热更为均匀。
[0015]所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中，主相合金粉末与辅相合金粉末混合工序，以及主相合金与辅相合金的混合粉末的研磨、成型、烧结与热处理工序为:
1)对主相合金与辅相合金粉末分别进行筛分，筛分出8目以上的粗颗粒，对其采用机械磨机破碎，破碎后将其与细粉混合，利用混料机混合1.2至2.5小时；
2)将混合均匀的主相合金与辅相合金粉末置入气流研磨机进行细磨，研磨机内氧含量控制在15ppm ；
3)将主相合金粉末与辅合金混合粉末分别制成2至4μπι的细粉后，按90?98:10?2配比混合，同时加入1%。重量比的抗氧化剂和润滑剂的混合物后，将其混合1.5至2.5小时；所述润滑剂由下列原料按重量百分比混合配备而成:工业润滑剂I?12份、苯甲酸钠
0.3?5份、植物油酸0.5?6份、亚硝酸盐0.2?6份、水25?85份；
4)采用磁场压机对上述混合物进行垂直模压，成型磁场为1.8特斯拉，成型压力为3MPa，之后采用等静压机，对经过模压处理的混合物进行等静压，得到压制毛坯，等静压力为 IOMPa ；
5)将上述压制毛坯在310至400°C的环境下保温45至68分钟，410至500°C的环境下保温45至68分钟，610至700°C的环境下保温145至230分钟；
6)将经过上述处理的压制毛坯以1080至1250°C的温度高温烧结，烧结时间为167至256分钟；
7)对烧结后的钕铁硼磁性材料进行回火处理，第一级回火为在780?950°C的环境下保温95至145分钟，第二级回火为在530?680°C的环境下保温165至195分钟。[0016]氢爆工序中，合金粉末中会残留一定氢气，其不仅会造成产品在烧结过程中的开裂，并会使得产品偏硬，后续电镀后易电镀层脱落，故应对其进行排氢工艺。
[0017]采用上述工艺步骤，具有如下优点:
1)将氢爆后的粗粉经机磨后再与细粉混合进行气流磨，其可使得合金粉末体积更小，并更为均匀，使得后续成型工序中粉末粘结更均匀；
2)烧结工序中对毛坯进行多种温度下的保温，其可实现毛坯的排氢，从而避免由于氢气排除不净而造成产品产生上述问题；
3)采用上述配方制成的润滑油，相比常用的柴油润滑油而言，具有冷却、防腐的功效，同时其挥发性小，并且对环境没有污染；
4)烧结后对磁体采用回火工艺处理，可以有效改善磁体性能。
[0018]作为本发明的一种改进，所述主相合金与辅相合金的原料配备后均需进行切断并抛光处理的工作，其可以使得金属原料便于称量，并能减少杂质。
[0019]作为本发明的一种改进，所述主相合金与辅相合金的冶炼工序中的抽真空处理为:采用真空泵对冶炼炉进行抽真空处理，当炉内真空度达到2.5X10_2Pa后，感应线圈送电，对冶炼炉内原料进行预热，加热功率为8?12KW ;待冶炼炉内真空度经变化后稳定，停止抽真空；主相合金的高温退火工序中的抽真空处理为:在加热过程中确保真空度达到
2.5X 10_2Pa，在保温过程中确保真空度达到5.0X 10_2Pa ;主相合金与辅相合金铸锭的氢爆工序中的抽真空处理为:采用真空泵对氢爆炉进行抽真空处理，持续时间25至40分钟后，停止抽真空,并向氢爆炉内通入氮气,并再次抽真空,直至氢爆炉内真空度达到0.2Pa。
[0020]作为本发明的另一种改进，所述抽真空处理采用的真空炉为机械真空泵、罗茨真空泵和扩散真空泵三级抽真空系统。
[0021]相比于现有技术，本发明具有如下优点:
1)通过添加钆、锆、钐等元素，使得钕铁硼磁体的温度稳定性有所提升，使其在冶炼过程以及钕铁硼磁体的使用过程中的温度波动更为稳定，从而利于加工与使用；
2)采用双合金法制备钕铁硼磁性材料，其可获得比单合金法的磁性能高的磁性材料，同时其具有较好的抗腐蚀性能与稳定性；
3)通过主相合金与辅相合金分别冶炼并混合烧结，避免主相合金在冶炼过程中有α -Fe相稀出，同时可使得辅相合金中的富钕相均匀分布与主相合金中的主相周围，有效提高了钕铁硼磁性材料的磁性性能；
4)辅相合金中的富钕相可在烧结过程中实现液相烧结，实现致密化烧结，同时富钕相沿晶界分布，将主相颗粒相互隔离，起到去交换耦合的作用，有利于磁体矫顽力与温度稳定性的提闻;
5)通过氢爆制粉等工艺，在钕铁硼磁性材料生产过程中避免其性能受损，使其产品相较现有产品在磁体性能与矫顽力性能上均有所改善，促进磁体温度稳定性的改善。
【具体实施方式】
[0022]下面结合【具体实施方式】，进一步阐明本发明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0023]实施例1 一种温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料，其由主相合金与辅相合金混合配置而成；所述主相合金由下列原料按重量百分比配置而成:铁64.5%、硼1.2%、钕34.1 %、钆0.1 %、铝0.1% ;辅相合金由下列原料按重量百分比配备而成:铁53.8%、硼1.2%、钕19.5%、锆14.3%、钐 10.2% M 1.0%o
[0024]上述方案中，主相合金中的钆可通过抑制α -Fe相的生成改善钕铁硼烧结磁体的磁体性能，同时通过改善富钕相的分别改善磁体温度稳定性；而铝能改进烧结过程中液相与主相的润湿性，使晶粒表面更平滑，并且能细化主相晶粒，从而使温度稳定性进一步提高。辅相合金中，添加的钐元素由于其自身化学性质，可有效改善钕铁硼磁体的稳定性；锆可降低钕铁硼磁体对烧结温度的敏感性，从而提高了钕铁硼磁体的耐烧结温度，并且不发生晶粒的异常长大，使其获得高磁能积，同时温度稳定性更为优良，此外，锆亦可使得钕铁硼材料获得良好的抗腐蚀性与力学性能；铜的添加可改善晶界相，增加润湿性。
[0025]所述主相合金的原料中，铁的纯度为99.99%。硼与铝的纯度均为99.9 %，钕与钆的纯度为99.8% ;所述辅相合金的原料中，铁的纯度为99.99%，硼与铜的纯度均为99.9%，钕、锆与钐的纯度为99.8%。
[0026]上述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺包括如下工艺步骤:
1)对主相合金与辅相合金分别进行配料、冶炼与铸锭工序，得到主相合金铸锭与辅相合金铸锭；
2)对主相合金铸锭进行高温退火工序；
3)对主相合金铸锭与辅相合金铸锭分别进行氢爆工序，得到主相合金粉末与辅相合金粉末；
4)将主相合金粉末与辅相合金粉末按照一定比例混合均匀；
5)对主相合金与辅相合金的混合粉末进行研磨、成型、烧结与热处理工序。
[0027]三元钕铁硼烧结磁体主要由三相组成，主相、富硼相与富钕相。当磁体内硼含量较低时，其仅有主相与富钕相。主相在磁体中的体积百分数决定了钕铁硼磁性材料的剩磁和磁能积，富钕相的数量与其在主相周围的分布均匀性则有利磁体内禀矫顽力的提高，而磁体矫顽力的提高会促进磁体温度稳定性的提升。
[0028]所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中，主相合金与辅相合金的行配料、冶炼与铸锭工序，以及主相合金铸锭的高温退火工序为:
1)按照主相合金与辅相合金的重量百分比取适量原料，将其装入感应加热式真空冶炼炉的坩埚中，其中主相合金的装料顺序依次为硼、铁、钆、钕，并将金属铝放置于冶炼炉的加料斗中；辅相合金的装料顺序依次为硼、错、铁、衫、铜、衫、钕；
2)对冶炼炉进行抽真空处理，并对炉内原料进行预热，完成后向冶炼炉内充入高纯度氩气，使炉内氩气压力相对大气压为一 0.5Mpa ;将冶炼炉加热功率提升至18?27KW，直至炉内金属全部融化；
3)待炉内金属融化后，加入金属铝；以1600°C的温度对冶炼炉内原料进行加热，同时进行充分的电磁搅拌；
4)利用漏斗将钢液浇注到冷却厚度为15mm的双面水冷铜模中，冷却水温度为30°C，水压为4MPa，冷却时间为65分钟；
5)打开冶炼炉，取出铸锭，将其表面打磨光滑，封装保存； 6)将处理后的合金铸锭置于高真空烧结炉内，并对其进行抽真空处理，完成后对烧结炉内合金铸锭进行退火处理，将其加热，升温速度为5°C /min，直至炉内温度达到900°C，并在此温度环境下保温8小时；
7)使主相合金铸锭随炉冷却55分钟，将其取出自然冷却至室温。
[0029]冶炼与铸锭可形成钕铁硼磁性材料中决定磁体性能的主相。在冶炼过程中，合金会稀出α-Fe相，α-Fe相不仅减少了铸锭中主相的生成数量,还会对后续的研磨制粉、成型等工序产生不良影响，从而危害钕铁硼磁性材料的性能，同时α -Fe相会影响磁体内部富钕相的分布，从而影响磁体的温度稳定性。
[0030]采用上述工艺步骤，其具有如下优点:
1)主相合金与辅相合金的装料顺序按照其原料熔点由高到低的顺序，从而确保上端的金属原料首先发生融化，形成液相，进而加速其下端原料的融化；
2)采用感应加热式真空冶炼炉，其具有金属内部脱气效果好、结晶快、清洁型好、可快速加热，并对原料形状无限制的优点；
3)在冶炼前进行抽真空处理，并通入氩气，首先可避免炉内原料与空气中氧气、二氧化碳等发生反应；其次由于氩气是惰性气体，其可以起到保护作用；同时，氩气的通入使得炉内气压小于大气压，使得炉内原料的熔点随之降低，减少了加工时间；
4)对主相合金铸锭进行高温退火，可以消除其内部的α-Fe相，提升了铸锭的磁体性能与温度稳定性。
[0031]所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中，主相合金铸锭与辅相合金铸锭分别进行氢爆工序为:
1)将经过退火处理的主相合金铸锭和辅相合金铸锭分别破碎成小块，使其在能够放入氢爆炉的基础上料块尽可能大，并将其分别置入氢爆炉进行氢爆处理；
2)对氢爆炉进行抽真空处理后，完成后向其内部通入高纯度氢气，氢气压力保持在2MPa ；
3)待氢爆炉内温度开始升高，向炉内喷水以降低炉内温度，使得氢爆炉内温度保持在80°C，期间氢爆炉保持旋转；
4)上述步骤持续I小时后，停止通入氢气，并抽空，对炉内氢爆料加热，加热温度为450°C,加热时间为7小时,使得主相合金与辅相合金铸锭均经氢爆后成为合金粉末；
5)待加热结束，采用冷却水冷却炉内粉料，冷却水温度为30°C。
[0032]钕铁硼磁性材料是由多个彼此孤立的主相晶粒组成，所述晶粒为居有尖锐的棱角或突出部位的多面体状，棱角或突出部位可产生磁场。故而主相晶粒的数量的增多与其棱角或突出部位的减少均有利于钕铁硼磁性材料的性能。
[0033]采用上述工艺步骤，具有如下优点:
1)将主相合金铸锭和辅相合金铸锭分别破碎成可装入氢爆炉的最大碎块，可以减少机械破碎对铸锭组织的损害，从而避免其中主相晶粒受到破坏；
2)采用氢爆工艺，合金铸锭在氢爆过程中通过沿晶和穿晶断裂而破碎，可降低制粉过程中对铸锭晶粒的损害，从而使得磁粉中单晶颗粒的比重增加，其有利于提高磁粉的取向度，提高烧结磁体的磁性能；
3)氢爆所得粉末脆性大，可节省后续气流磨工序的磨粉时间；同时氢爆工艺可改善粉末的形貌，粉末颗粒形状呈更接近圆形或椭圆形的多面体，氢爆可改善粒度分布，减少过大和过细的粉末，从而使得其在后续的成型与烧结等工序中更易加工，受热更为均匀。
[0034]所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中，主相合金粉末与辅相合金粉末混合工序，以及主相合金与辅相合金的混合粉末的研磨、成型、烧结与热处理工序为:
1)对主相合金与辅相合金粉末分别进行筛分，筛分出8目以上的粗颗粒，对其采用机械磨机破碎，破碎后将其与细粉混合，利用混料机混合1.2小时；
2)将混合均匀的主相合金与辅相合金粉末置入气流研磨机进行细磨，研磨机内氧含量控制在15ppm ；
3)将主相合金粉末与辅合金混合粉末分别制成2μ m的细粉后，按90?98:10?2配比混合，同时加入1%。重量比的抗氧化剂和润滑剂的混合物后，将其混合1.5小时；所述润滑剂由下列原料按重量百分比混合配备而成:工业润滑剂8份、苯甲酸钠5份、植物油酸5份、亚硝酸盐6份、水76份；
4)采用磁场压机对上述混合物进行垂直模压，成型磁场为1.8特斯拉，成型压力为3MPa，之后采用等静压机，对经过模压处理的混合物进行等静压，得到压制毛坯，等静压力为 IOMPa ；
5)将上述压制毛坯在310°C的环境下保温68分钟，500°C的环境下保温68分钟，700°C的环境下保温230分钟；
6)将经过上述处理的压制毛坯以1080°C的温度高温烧结，烧结时间为167分钟；
7)对烧结后的钕铁硼磁性材料进行回火处理，第一级回火为在780°C的环境下保温145分钟，第二级回火为在530°C的环境下保温195分钟。
[0035]氢爆工序中，合金粉末中会残留一定氢气，其不仅会造成产品在烧结过程中的开裂，并会使得产品偏硬，后续电镀后易电镀层脱落，故应对其进行排氢工艺。
[0036]采用上述工艺步骤，具有如下优点:
1)将氢爆后的粗粉经机磨后再与细粉混合进行气流磨，其可使得合金粉末体积更小，并更为均匀，使得后续成型工序中粉末粘结更均匀；
2)烧结工序中对毛坯进行多种温度下的保温，其可实现毛坯的排氢，从而避免由于氢气排除不净而造成产品产生上述问题；
3)采用上述配方制成的润滑油，相比常用的柴油润滑油而言，具有冷却、防腐的功效，同时其挥发性小，并且对环境没有污染；
4)烧结后对磁体采用回火工艺处理，可以有效改善磁体性能。
[0037]作为本发明的一种改进，所述主相合金与辅相合金的原料配备后均需进行切断并抛光处理的工作，其可以使得金属原料便于称量，并能减少杂质。
[0038]作为本发明的一种改进，所述主相合金与辅相合金的冶炼工序中的抽真空处理为:采用真空泵对冶炼炉进行抽真空处理，当炉内真空度达到2.5X10_2Pa后，感应线圈送电，对冶炼炉内原料进行预热，加热功率为8 Kff ;待冶炼炉内真空度经变化后稳定，停止抽真空；主相合金的高温退火工序中的抽真空处理为:在加热过程中确保真空度达到
2.5X 10_2Pa，在保温过程中确保真空度达到5.0X 10_2Pa ;主相合金与辅相合金铸锭的氢爆工序中的抽真空处理为:采用真空泵对氢爆炉进行抽真空处理，持续时间25分钟后，停止抽真空,并向氢爆炉内通入氮气,并再次抽真空,直至氢爆炉内真空度达到0.2Pa。[0039]作为本发明的另一种改进，所述抽真空处理采用的真空炉为机械真空泵、罗茨真空泵和扩散真空泵三级抽真空系统。
[0040]相比于现有技术，本发明具有如下优点:
1)通过添加钆、锆、钐等元素，使得钕铁硼磁体的温度稳定性有所提升，使其在冶炼过程以及钕铁硼磁体的使用过程中的温度波动更为稳定，从而利于加工与使用；
2)采用双合金法制备钕铁硼磁性材料，其可获得比单合金法的磁性能高的磁性材料，同时其具有较好的抗腐蚀性能与稳定性；
3)通过主相合金与辅相合金分别冶炼并混合烧结，避免主相合金在冶炼过程中有α -Fe相稀出，同时可使得辅相合金中的富钕相均匀分布与主相合金中的主相周围，有效提高了钕铁硼磁性材料的磁性性能；
4)辅相合金中的富钕相可在烧结过程中实现液相烧结，实现致密化烧结，同时富钕相沿晶界分布，将主相颗粒相互隔离，起到去交换耦合的作用，有利于磁体矫顽力与温度稳定性的提闻;
5)通过氢爆制粉等工艺，在钕铁硼磁性材料生产过程中避免其性能受损，使其产品相较现有产品在磁体性能与矫顽力性能上均有所改善，促进磁体温度稳定性的改善。
[0041]实施例2
一种温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料，其由主相合金与辅相合金混合配置而成；所述主相合金由下列原料按重量百分比配置而成:铁68.2%、硼1.2%、钕30.2%、钆0.2%,铝0.2% ;辅相合金由下列原料按重量百分比配备而成:铁54.2%、硼0.8%、钕20.2%、锆
13.4%、钐 10.6%、铜 0.8%。
[0042]上述方案中，主相合金中的钆可通过抑制α -Fe相的生成改善钕铁硼烧结磁体的磁体性能，同时通过改善富钕相的分别改善磁体温度稳定性；而铝能改进烧结过程中液相与主相的润湿性，使晶粒表面更平滑，并且能细化主相晶粒，从而使温度稳定性进一步提高。辅相合金中，添加的钐元素由于其自身化学性质，可有效改善钕铁硼磁体的稳定性；锆可降低钕铁硼磁体对烧结温度的敏感性，从而提高了钕铁硼磁体的耐烧结温度，并且不发生晶粒的异常长大，使其获得高磁能积，同时温度稳定性更为优良，此外，锆亦可使得钕铁硼材料获得良好的抗腐蚀性与力学性能；铜的添加可改善晶界相，增加润湿性。
[0043]所述主相合金的原料中，铁的纯度为99.99%。硼与铝的纯度均为99.9 %，钕与钆的纯度为99.8% ;所述辅相合金的原料中，铁的纯度为99.99%，硼与铜的纯度均为99.9%，钕、锆与钐的纯度为99.8%。
[0044]上述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺包括如下工艺步骤:
1)对主相合金与辅相合金分别进行配料、冶炼与铸锭工序，得到主相合金铸锭与辅相合金铸锭；
2)对主相合金铸锭进行高温退火工序；
3)对主相合金铸锭与辅相合金铸锭分别进行氢爆工序，得到主相合金粉末与辅相合金粉末；
4)将主相合金粉末与辅相合金粉末按照一定比例混合均匀；
5)对主相合金与辅相合金的混合粉末进行研磨、成型、烧结与热处理工序。
[0045]三元钕铁硼烧结磁体主要由三相组成，主相、富硼相与富钕相。当磁体内硼含量较低时，其仅有主相与富钕相。主相在磁体中的体积百分数决定了钕铁硼磁性材料的剩磁和磁能积，富钕相的数量与其在主相周围的分布均匀性则有利磁体内禀矫顽力的提高，而磁体矫顽力的提高会促进磁体温度稳定性的提升。
[0046]所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中，主相合金与辅相合金的行配料、冶炼与铸锭工序，以及主相合金铸锭的高温退火工序为:
1)按照主相合金与辅相合金的重量百分比取适量原料，将其装入感应加热式真空冶炼炉的坩埚中，其中主相合金的装料顺序依次为硼、铁、钆、钕，并将金属铝放置于冶炼炉的加料斗中；辅相合金的装料顺序依次为硼、错、铁、衫、铜、衫、钕；
2)对冶炼炉进行抽真空处理，并对炉内原料进行预热，完成后向冶炼炉内充入高纯度氩气，使炉内氩气压力相对大气压为一 0.5Mpa ;将冶炼炉加热功率提升至27KW，直至炉内金属全部融化；
3)待炉内金属融化后，加入金属铝；以1900°C的温度对冶炼炉内原料进行加热，同时进行充分的电磁搅拌；
4)利用漏斗将钢液浇注到冷却厚度为30_的双面水冷铜模中，冷却水温度为15°C，水压为4MPa，冷却时间为85分钟；
5)打开冶炼炉，取出铸锭，将其表面打磨光滑，封装保存；
6)将处理后的合金铸锭置于高真空烧结炉内，并对其进行抽真空处理，完成后对烧结炉内合金铸锭进行退火处理，将其加热，升温速度为5°C /min，直至炉内温度达到1050°C，并在此温度环境下保温6小时；
7)使主相合金铸锭随炉冷却70分钟，将其取出自然冷却至室温。
[0047]冶炼与铸锭可形成钕铁硼磁性材料中决定磁体性能的主相。在冶炼过程中，合金会稀出α-Fe相，α-Fe相不仅减少了铸锭中主相的生成数量,还会对后续的研磨制粉、成型等工序产生不良影响，从而危害钕铁硼磁性材料的性能，同时α -Fe相会影响磁体内部富钕相的分布，从而影响磁体的温度稳定性。
[0048]采用上述工艺步骤，其具有如下优点:
1)主相合金与辅相合金的装料顺序按照其原料熔点由高到低的顺序，从而确保上端的金属原料首先发生融化，形成液相，进而加速其下端原料的融化；
2)采用感应加热式真空冶炼炉，其具有金属内部脱气效果好、结晶快、清洁型好、可快速加热，并对原料形状无限制的优点；
3)在冶炼前进行抽真空处理，并通入氩气，首先可避免炉内原料与空气中氧气、二氧化碳等发生反应；其次由于氩气是惰性气体，其可以起到保护作用；同时，氩气的通入使得炉内气压小于大气压，使得炉内原料的熔点随之降低，减少了加工时间；
4)对主相合金铸锭进行高温退火，可以消除其内部的α-Fe相，提升了铸锭的磁体性能与温度稳定性。
[0049]所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中，主相合金铸锭与辅相合金铸锭分别进行氢爆工序为:
1)将经过退火处理的主相合金铸锭和辅相合金铸锭分别破碎成小块，使其在能够放入氢爆炉的基础上料块尽可能大，并将其分别置入氢爆炉进行氢爆处理；
2)对氢爆炉进行抽真空处理后，完成后向其内部通入高纯度氢气，氢气压力保持在2MPa ；
3)待氢爆炉内温度开始升高，向炉内喷水以降低炉内温度，使得氢爆炉内温度保持在120°C，期间氢爆炉保持旋转；
4)上述步骤持续2小时后，停止通入氢气，并抽空，对炉内氢爆料加热，加热温度为780°C,加热时间为5小时,使得主相合金与辅相合金铸锭均经氢爆后成为合金粉末；
5)待加热结束，采用冷却水冷却炉内粉料，冷却水温度为15°C。
[0050]钕铁硼磁性材料是由多个彼此孤立的主相晶粒组成，所述晶粒为居有尖锐的棱角或突出部位的多面体状，棱角或突出部位可产生磁场。故而主相晶粒的数量的增多与其棱角或突出部位的减少均有利于钕铁硼磁性材料的性能。
[0051]采用上述工艺步骤，具有如下优点:
1)将主相合金铸锭和辅相合金铸锭分别破碎成可装入氢爆炉的最大碎块，可以减少机械破碎对铸锭组织的损害，从而避免其中主相晶粒受到破坏；
2)采用氢爆工艺，合金铸锭在氢爆过程中通过沿晶和穿晶断裂而破碎，可降低制粉过程中对铸锭晶粒的损害，从而使得磁粉中单晶颗粒的比重增加，其有利于提高磁粉的取向度，提高烧结磁体的磁性能；
3)氢爆所得粉末脆性大，可节省后续气流磨工序的磨粉时间；同时氢爆工艺可改善粉末的形貌，粉末颗粒形状呈更接近圆形或椭圆形的多面体，氢爆可改善粒度分布，减少过大和过细的粉末，从而使得其在后续的成型与烧结等工序中更易加工，受热更为均匀。
[0052]所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中，主相合金粉末与辅相合金粉末混合工序，以及主相合金与辅相合金的混合粉末的研磨、成型、烧结与热处理工序为:
1)对主相合金与辅相合金粉末分别进行筛分，筛分出8目以上的粗颗粒，对其采用机械磨机破碎，破碎后将其与细粉混合，利用混料机混合2.5小时；
2)将混合均匀的主相合金与辅相合金粉末置入气流研磨机进行细磨，研磨机内氧含量控制在15ppm ；
3)将主相合金粉末与辅合金混合粉末分别制成4μπι的细粉后，按90?98:10?2配比混合，同时加入1%。重量比的抗氧化剂和润滑剂的混合物后，将其混合2.5小时；所述润滑剂由下列原料按重量百分比混合配备而成:工业润滑剂12份、苯甲酸钠5份、植物油酸4份、亚硝酸盐4份、水75份；
4)采用磁场压机对上述混合物进行垂直模压，成型磁场为1.8特斯拉，成型压力为3MPa，之后采用等静压机，对经过模压处理的混合物进行等静压，得到压制毛坯，等静压力为 IOMPa ；
5)将上述压制毛坯在400°C的环境下保温45分钟，500°C的环境下保温45分钟，700°C的环境下保温145分钟；
6)将经过上述处理的压制毛坯以1250°C的温度高温烧结，烧结时间为167分钟；
7)对烧结后的钕铁硼磁性材料进行回火处理，第一级回火为在950°C的环境下保温95分钟，第二级回火为在680°C的环境下保温165分钟。
[0053]氢爆工序中，合金粉末中会残留一定氢气，其不仅会造成产品在烧结过程中的开裂，并会使得产品偏硬，后续电镀后易电镀层脱落，故应对其进行排氢工艺。
[0054]采用上述工艺步骤，具有如下优点: 1)将氢爆后的粗粉经机磨后再与细粉混合进行气流磨，其可使得合金粉末体积更小，并更为均匀，使得后续成型工序中粉末粘结更均匀；
2)烧结工序中对毛坯进行多种温度下的保温，其可实现毛坯的排氢，从而避免由于氢气排除不净而造成产品产生上述问题；
3)采用上述配方制成的润滑油，相比常用的柴油润滑油而言，具有冷却、防腐的功效，同时其挥发性小，并且对环境没有污染；
4)烧结后对磁体采用回火工艺处理，可以有效改善磁体性能。
[0055]作为本发明的一种改进，所述主相合金与辅相合金的原料配备后均需进行切断并抛光处理的工作，其可以使得金属原料便于称量，并能减少杂质。
[0056]作为本发明的一种改进，所述主相合金与辅相合金的冶炼工序中的抽真空处理为:采用真空泵对冶炼炉进行抽真空处理，当炉内真空度达到2.5X10_2Pa后，感应线圈送电，对冶炼炉内原料进行预热，加热功率为12KW ;待冶炼炉内真空度经变化后稳定，停止抽真空；主相合金的高温退火工序中的抽真空处理为:在加热过程中确保真空度达到
2.5X 10_2Pa，在保温过程中确保真空度达到5.0X 10_2Pa ;主相合金与辅相合金铸锭的氢爆工序中的抽真空处理为:采用真空泵对氢爆炉进行抽真空处理，持续时间40分钟后，停止抽真空,并向氢爆炉内通入氮气,并再次抽真空,直至氢爆炉内真空度达到0.2Pa。
[0057]作为本发明的另一种改进，所述抽真空处理采用的真空炉为机械真空泵、罗茨真空泵和扩散真空泵三级抽真空系统。
[0058]相比于现有技术，本发明具有如下优点:
1)通过添加钆、锆、钐等元素，使得钕铁硼磁体的温度稳定性有所提升，使其在冶炼过程以及钕铁硼磁体的使用过程中的温度波动更为稳定，从而利于加工与使用；
2)采用双合金法制备钕铁硼磁性材料，其可获得比单合金法的磁性能高的磁性材料，同时其具有较好的抗腐蚀性能与稳定性；
3)通过主相合金与辅相合金分别冶炼并混合烧结，避免主相合金在冶炼过程中有α -Fe相稀出，同时可使得辅相合金中的富钕相均匀分布与主相合金中的主相周围，有效提高了钕铁硼磁性材料的磁性性能；
4)辅相合金中的富钕相可在烧结过程中实现液相烧结，实现致密化烧结，同时富钕相沿晶界分布，将主相颗粒相互隔离，起到去交换耦合的作用，有利于磁体矫顽力与温度稳定性的提闻;
5)通过氢爆制粉等工艺，在钕铁硼磁性材料生产过程中避免其性能受损，使其产品相较现有产品在磁体性能与矫顽力性能上均有所改善，促进磁体温度稳定性的改善。
[0059]本实施例其余特征与优点同实施例1相同，实施例1为本发明的优选方案。
[0060]本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
【权利要求】
1.一种温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料，其特征在于，所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料由主相合金与辅相合金混合配置而成；所述主相合金由下列原料按重量百分比配置而成:铁64.5~68.5%、硼L O~L 2%、钕30.2~34.3%、钆0.05~0.4%、铝0.1~.0.4%;辅相合金由下列原料按重量百分比配备而成:铁50.8~54.2%、硼0.8~1.2%、钕.18.9 ~21.1%、锆 12.8 ~16.3%、钐 8.9 ~11.1%、铜 0.8 ~1.2%。
2.按照权利要求1或2所述的温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料，其特征在于，所述主相合金的原料中，铁、硼与铝的纯度均至少为99.9%，钕与钆的纯度至少为99.8% ;所述辅相合金的原料中，铁、硼与铜的纯度至少为99.9%，钕、锆与钐的纯度至少为99.8%。
3.一种温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺，其特征在于，所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺包括如下工艺步骤: 对主相合金与辅相合金分别进行配料、冶炼与铸锭工序，得到主相合金铸锭与辅相合金铸锭； . 1)对主相合金铸锭进行高温退火工序； . 2)对主相合金铸锭与辅相合金铸锭分别进行氢爆工序,得到主相合金粉末与辅相合金粉末； . 3)将主相合金粉末与辅相合金粉末按照一定比例混合均匀； . 4)对主相合金与辅相合金的混合粉末进行研磨、成型、烧结与热处理工序； 其中主相合金与辅相合金的行配料、冶炼与铸锭工序，以及主相合金铸锭的高温退火工序为: . 1.1)按照主相合金与辅相合金的重量百分比取适量原料，将其装入真空感应冶炼炉的坩埚中，其中主相合金的装料顺序依次为硼、铁、钆、钕，并将金属铝放置于冶炼炉的加料斗中；辅相合金的装料顺序依次为硼、错、铁、衫、铜、衫、钕； . 1.2)对冶炼炉进行抽真空处理，并对炉内原料进行预热，完成后向冶炼炉内充入高纯度氩气，使炉内氩气压力相对大气压为一 0.5Mpa ;将冶炼炉加热功率提升至18~27KW，直至炉内金属全部融化； . 1.3)待炉内金属融化后，加入金属铝；以1600至1900°C的温度对冶炼炉内原料进行加热，同时进行充分的电磁搅拌； .1.4)利用漏斗将钢液浇注到冷却厚度为15至30_的双面水冷铜模中，冷却水温度为15至30°C，水压为4MPa，冷却时间为65至85分钟； .1.5)打开冶炼炉，取出铸锭，将其表面打磨光滑，封装保存； . 1.6)将处理后 的合金铸锭置于高真空烧结炉内，并对其进行抽真空处理，完成后对烧结炉内合金铸锭进行退火处理，将其加热，升温速度为5°C /min，直至炉内温度达到900至10500C，并在此温度环境下保温6至8小时； . 1.7)使主相合金铸锭随炉冷却55至70分钟，将其取出自然冷却至室温； 所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中主相合金铸锭与辅相合金铸锭分别进行氢爆工序为: .2.1)将经过退火处理的主相合金铸锭和辅相合金铸锭分别破碎成小块，使其在能够放入氢爆炉的基础上料块尽可能大，并将其分别置入氢爆炉进行氢爆处理； . 2.2)对氢爆炉进行抽真空处理后，完成后向其内部通入高纯度氢气，氢气压力保持在.2MPa ；. 2.3)待氢爆炉内温度开始升高，向炉内喷水以降低炉内温度，使得氢爆炉内温度保持在80至120°C，期间氢爆炉保持旋转； . 2.4)上述步骤持续I至2小时后，停止通入氢气，并抽空，对炉内氢爆料加热，加热温度为450至780°C，加热时间为5至7小时，使得主相合金与辅相合金铸锭均经氢爆后成为合金粉末； . 2.5)待加热结束，采用冷却水冷却炉内粉料，冷却水温度为15至30°C ； 所述温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺中主相合金粉末与辅相合金粉末混合工序，以及主相合金与辅相合金的混合粉末的研磨、成型、烧结与热处理工序为:. 3.1)对主相合金与辅相合金粉末分别进行筛分，筛分出8目以上的粗颗粒，对其采用机械磨机破碎，破碎后将其与细粉混合，利用混料机混合1.2至2.5小时； . 3.2)将混合均匀的主相合金与辅相合金粉末置入气流研磨机进行细磨，研磨机内氧含量控制在15ppm ；. 3.3)将主相合金粉末与辅合金混合粉末分别制成2至4 μ m的细粉后，按90~98:10~2配比混合，同时加入1%。重量比的抗氧化剂和润滑剂的混合物后，将其混合1.5至.2.5小时；所述润滑剂由下列原料按重量百分比混合配备而成:工业润滑剂I~12份、苯甲酸钠0.3~5份、植物油酸0.5~6份、亚硝酸盐0.2~6份、水25~85份；. 3.4)采用磁场压机对上述混合物进行垂直模压，成型磁场为1.8特斯拉，成型压力为3MPa，之后采用等静压机，对经过模压处理的混合物进行等静压，得到压制毛坯，等静压力为 IOMPa ；. 3.5)将上述压制毛坯在310至400°C的环境下保温45至68分钟，410至500°C的环境下保温45至68分钟，610至700°C的环境下保温145至230分钟； . 3.6)将经过上述处理的压制毛坯以1080至1250°C的温度高温烧结，烧结时间为167至256分钟； . 3.7)对烧结后的钕铁硼磁性材料进行回火处理，第一级回火为在780~950°C的环境下保温95至145分钟，第二级回火为在530~680°C的环境下保温165至195分钟。
4.按照权利要求3所述的温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺，其特征在于，所述主相合金与辅相合金的原料配备后均需进行切断并抛光处理。
5.按照权利要求3或4所述的温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺，其特征在于，所述主相合金与辅相合金的冶炼工序中的抽真空处理为:采用真空泵对冶炼炉进行抽真空处理，当炉内真空度达到2.5X10_2Pa后，感应线圈送电，对冶炼炉内原料进行预热，加热功率为8~12KW ;待冶炼炉内真空度经变化后稳定，停止抽真空；主相合金的高温退火工序中的抽真空处理为:在加热过程中确保真空度达到2.5X 10_2Pa，在保温过程中确保真空度达到5.0X 10_2Pa ;主相合金与辅相合金铸锭的氢爆工序中的抽真空处理为:采用真空泵对氢爆炉进行抽真空处理，持续时间25至40分钟后，停止抽真空，并向氢爆炉内通入氮气，并再次抽真空，直至氢爆炉内真空度达到0.2Pa。
6.按照权利要求3或4所述的温度稳定性良好的钕铁硼磁性材料的生产工艺，其特征在于，所述抽真空处理采用的真空炉为机械真空泵、罗茨真空泵和扩散真空泵三级抽真空系统。
【文档编号】H01F1/057GK103617853SQ201310622018
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月30日 优先权日:2013年11月30日
【发明者】苏广春, 关井和, 陈益明 申请人:宁波科星材料科技有限公司