一种制作高矫顽力烧结R-T-B永磁材料的方法及R-T-B系永磁材料与流程

本发明属于永磁材料
技术领域：
，尤其涉及一种制作高矫顽力烧结r-t-b永磁材料的方法及r-t-b系永磁材料。
背景技术：
：烧结r-t-b系稀土永磁材料作为当今磁性能最强的永磁材料有着非常广泛的应用。矫顽力是衡量烧结r-t-b系永磁材料工作稳定性的一个非常重要的性能指标，而提高磁体矫顽力的一个最主要的手段是在材料中添加重稀土元素。但是重稀土元素由于储量稀少，提炼困难，以及容易污染环境等原因，价格非常昂贵，即便在添加量相对较少的情况下，也占据了磁体原材料成本中相当重要的部分。因此，无论是从改善产品性能，降低生产成本，还是从节约资源，保护环境上讲，减少r-t-b系烧结永磁材料中重稀土的使用量，一直以来是行业内一个最为重要的课题。为了实现重稀土元素在烧结钕铁硼永磁材料表面的扩散，日本学者deshanl等通过在材料表面溅射dy/tb金属层，并进行热处理，从而使主相表面层富含dy/tb(参见deshanl,shunjis,takashik,etal.graininterfacemodificationandmagneticpropertiesofndfebsinteredmagnets[j].japanesejapplphys.2008,47:7876.)。hiroyukis等采用在dyf3溶液内浸沾烧结ndfeb磁体的办法，使磁体表面形成一层dyf3薄膜，在随后的磁体热处理过程中，dy和f沿晶界扩散入磁体(参见hiroyukis,yuichis,matahirok.magneticpropertiesofand-fe-bsinteredmagnetswithdysegregation.[j].japplphys,2009,105:07a734.)。但是，利用溅射将dy/tb附于ndfeb烧结磁体表面的方法生产率低，并且工序费用过高。而将dy/tb的氟化物或氧化物粉末浸沾附着在磁体表面并热处理的方法会影响样品加工精度，使工序增多，同样增加了成本。另外， dy/tb材料价格昂贵，无论是利用溅射，还是利用溶液浸沾的方法，dy/tb的有效利用率都不高，直接影响了扩散工艺的成本和适应性。因此，现有技术在提高r-t-b系稀土永磁材料的矫顽力方面存在如下缺陷：一、稀土元素的有效利用率不高，导致成本增加；二、工序成本高，同样导致了成本增加。技术实现要素：本发明的目的是提供一种制作高矫顽力r-t-b系永磁材料的方法及r-t-b系永磁材料，解决现有技术提高r-t-b系稀土永磁材料的矫顽力方面存在的稀土元素有效利用率不高和工序成本高的问题。本发明的所述方法包括以下步骤：步骤a，制备含重稀土元素的球形粉末；步骤b，在激光涂覆机构中对正常工艺制成的r-t-b系永磁材料涂覆所述含重稀土元素的球形粉末。本发明提供的制作高矫顽力r-t-b系永磁材料的方法，进一步，还包括以下步骤：步骤c，对已进行激光涂覆的所述r-t-b系永磁材料进行热处理。本发明提供的制作高矫顽力r-t-b系永磁材料的方法，进一步，其中步骤a制备含重稀土元素的球形粉末的方法是等离子体旋转电极法。本发明提供的制作高矫顽力r-t-b系永磁材料的方法，进一步，所述激光涂覆机构包括激光发射器，真空腔体，粉料喷射管和载物支架，所述载物支架用于固定所述用正常工艺制成的r-t-b系永磁材料，所述粉料喷射管用于向所述用正常工艺制成的r-t-b系永磁材料喷射所述含重稀土元素的球形粉末，所述激光发射器用于向粉料喷射位置发射激光束，将所述含重稀土元素的球形粉末加热为熔融状态然后喷射到所述用正常工艺制成的r-t-b系永磁材料表面。本发明提供的制作高矫顽力r-t-b系永磁材料的方法，进一步，其中所 述激光覆涂机构的激光能量为1000～6000w，激光束直径为0.5～5mm，激光扫描速率为1～20mm/s(毫米每秒)，涂覆层厚度为5～100μm。本发明提供的制作高矫顽力r-t-b系永磁材料的方法，进一步，所述粉料喷射管的速率为1～30g/min(克每分)。本发明提供的制作高矫顽力r-t-b系永磁材料的方法，进一步，对所述用正常工艺制成的r-t-b系永磁材料的覆涂厚度为5～100μm。本发明提供的制作高矫顽力r-t-b系永磁材料的方法，进一步，对所述已进行激光涂覆的所述r-t-b系永磁材料进行热处理是在真空度高于1pa的真空炉内，温度加热到500～900℃。本发明提供的制作高矫顽力r-t-b系永磁材料的方法，进一步，对已进行激光涂覆的所述r-t-b系永磁材料毛坯进行热处理后，在压力不高于0.07mpa的ar气下进行风冷，冷却速度大于每分钟20℃。本发明还提供了一种高矫顽力r-t-b系永磁材料，其剩磁(br)大于13.5kgs，矫顽力大于20.0koe，而稀土元素dy和tb的含量低于0.5％。本发明的有益效果在于：本发明用激光涂覆的方法将少量重稀土附着到用正常工艺制成的磁体材料表面，并通过热处理扩散，在磁体表面形成一定含量梯度的重稀土层，从而将磁体的矫顽力在原有的基础上提高5koe以上，且稀土含量较低，且不影响其剩磁。附图说明图1是本发明实施例的制作高矫顽力烧结r-t-b永磁材料的方法的流程示意图；图2是本发明实施例通过等离子体旋转电极法制备的dy球形粉末；图3是本发明实施例使用激光涂覆重稀土粉末的示意图。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。本发明提供一种制作低重稀土高矫顽力r-t-b系永磁材料的方法。如图1所示，该方法包括如下步骤：步骤a，制备含重稀土元素的球形粉末。具体地，制备含重稀土元素的球形粉末采用等离子体旋转电极法，图2示出了利用等离子体旋转电极法制成的dy球形粉末。如图2所示，所制成的dy球形粉末颗粒直径大小平均为10～50μm，且各个颗粒的粗细程度均比较均匀，这对于后续的激光覆涂十分有利，从而能够提高最终产品的质量。步骤b，在激光涂覆机构中对正常工艺制成的r-t-b系永磁材料涂覆所述含重稀土元素的球形粉末。具体的，将正常工艺制成的r-t-b系永磁材料进行表面清洁之后，放入包含激光发射器，真空腔体，粉料喷射管和载物支架的激光涂覆机构中，产品固定在载物支架上，粉料喷射管以1～30g/min(克每分)的速率向产品上喷射含有重稀土元素的细粉，同时激光发射器向细粉喷射位置发射激光束，将细粉加热为熔融状态并附着到产品表面。其中激光能量为1000～6000w，激光束直径为0.5～5mm，激光扫描速率为1～20mm/s(毫米每秒)，涂覆层厚度为5～100μm。图2示出了激光涂覆过程的示意图。步骤c，对已进行激光涂覆的所述r-t-b系永磁材料进行热处理。具体的，将涂覆有重稀土元素的产品放入真空度高于1pa的真空炉内，将产品加热到500～900℃，并保持2～10小时，然后产品在压力不高于0.07mpa的条件下，使用ar气下进行风冷，冷却速度大于每分钟20℃。对已进行激光涂覆的所述r-t-b系永磁材料进行热处理，所述热处理包 括扩散和时效处理，扩散是指涂覆的稀土元素球形粉末在永磁材料内部扩散，而时效处理是最终产品制成的最后阶段。本发明还提出了一种高矫顽力r-t-b系永磁材料，其经以上步骤所制成，该永磁材料剩磁(br)大于13.5kgs，矫顽力大于20.0koe，而稀土元素dy和/或tb的含量低于0.5％。在以下的实施例中，将用具体测得的数据来说明这种矫顽力r-t-b系永磁材料。下面通过具体对比例与实施例的对比来说明本发明的技术特征和技术效果，在下述三组实例中：对比例1和对比例2通过常规方法加工获得磁体，实施例3利用本发明提出的方法加工磁体，实施例3与对比例1、对比例2相比，除了增加激光涂覆重稀土粉末的步骤外，其所使用的材料、步骤和方法可以完全相同。下面分别描述对比例1、对比例2和实施例3，然后对每个实例得到的结果进行对比分析。对比例1对比例1利用常规方法(正常工艺)制成不含dy元素的磁体样品，其具体步骤如下：首先，利用常规甩带工艺制成nd-fe-b合金，其成分配比(重量百分比，下同)为：31.0％nd，65.7％fe，1.0％co，0.1％cu，0.1％al，0.1％zr，1.0％b；接着，将该合金在型号为xzhd-1000的氢碎炉中进行氢爆处理，吸氢温度控制在150℃以下，脱氢温度为500～550℃，并在获得的粗粉中添加大约0.1％的硬脂酸锌润滑剂并混匀；然后，用型号为afg-400的气流磨将以上粗粉进行粉碎，获得粉料平均粒度为3.0μm的细粉；然后，将该细粉在1.9t的磁场下进行取向压制成型；然后，成型后的毛坯放入压力低于0.01pa的高真空烧结炉内，在温度为1080℃下进行烧结，再分别在900℃和500℃下对毛坯进行时效处理；然后，将获得的磁体毛坯加工成φ20×4的圆片，并进行磁性能测量，其性能如表1所示；最后，用icp(电感耦合等离子体发射光谱仪)对磁体样品进行化验，获得磁体成分如表2所示。对比例2对比例2利用常规方法制成含dy的磁体样品，所用设备和条件与对比例1相同，其具体步骤如下：首先，利用甩带工艺制成nd-fe-b合金，其成分配比(重量百分比)为：27.4％nd，3.6％dy，65.7％fe，1.0％co，0.1％cu，0.1％al，0.1％zr，1.0％b；接着，将该合金在型号为xzhd-1000的氢碎炉进行氢爆处理，并在获得的粗粉中添加大约0.1％的硬脂酸锌润滑剂并混匀；然后，用型号为afg-400的气流磨将以上粗粉进行粉碎，获得粉料平均粒度为3.0μm的细粉；然后，将该细粉在1.9t的磁场下进行取向压制成型；然后，成型后的毛坯放入高真空烧结炉内，在温度为1080℃下进行烧结，再分别在900℃和500℃下对毛坯进行时效处理；然后，获得的磁体毛坯加工成φ20×4的圆片，并进行磁性能测量，其性能如表1所示；最后，用icp对磁体样品进行化验，获得磁体成分如表2所示。实施例3实验3利用本发明提供的方法制成含dy的磁体样品，除步骤a，b，c外，所用设备和实验条件与对比例1和2相同，具体步骤如下：首先，利用甩带工艺制成nd-fe-b合金，其成分配比为31.0％nd，65.7％fe，1.0％co，0.1％cu，0.1％al，0.1％zr，1.0％b；接着，将该合金进行氢爆处理，并在获得的粗粉中添加大约0.1％的润 滑剂并混匀；然后，用气流磨将以上粗粉进行粉碎，获得粉料平均粒度为3.0μm的细粉；然后，将该细粉在1.9t的磁场下进行取向压制成型；然后，成型后的毛坯放入高真空烧结炉内，在温度为1080℃下进行烧结，再分别在900℃和500℃下对毛坯进行时效处理；然后，获得的磁体毛坯加工成φ20x4的圆片，用浓度为3％的稀硝酸对圆片进行清洗，去除圆片产品上的油渍；然后，进行步骤a，用等离子体旋转电极法制备dy粉，粉末成球形，平均直径大小为30μm，其形貌如图2所示。然后，进行步骤b，将清洗好的圆片烘干后放入激光涂覆机构的载物台上固定，关闭机构炉门，并抽真空，当真空度达到0.1以上后，控制喷枪，将预先制成的dy粉粒以10g/min(克每分)的速度均匀喷到产品表面，并控制激光束，将其均匀熔化并附着到产品表面。激光束能量2000w，直径2mm，激光扫描速率为3mm/s，产品表面涂覆层的厚度为20μm；然后，进行步骤c将六面均匀涂覆了dy粉末的圆片再放入另外一个真空度高于1pa的真空炉内，在500～900℃的温度下进行热处理，使dy元素扩散；然后，在压力不高于0.07mpa的ar气下进行风冷，冷却速度大于每分钟20℃；最后，用icp对磁体样品进行分析，获得磁体成分如表2所示。制备工艺br(kgs)hcj(koe)bhmax(mgoe)对比例1(正常无dy工艺)14.2114.5949.82对比例2(正常含dy工艺)13.1222.6842.05实施例3(激光涂覆渗dy)14.0722.8548.76制备工艺nddybcocualzrfe对比例1(正常无dy工艺)30.1890.0000.9851.0070.1030.1590.10267.455对比例2(正常含dy工艺)26.5903.5800.9860.9970.1100.1690.10167.467实施例3(激光涂覆渗dy)30.0120.1050.9931.0130.0980.1760.10567.498从对比例2与对比例1的比较可以看出，对比例2除了含3.580％的dy元素外，其余元素的含量与对比例1相比相差不大。经过相同的正常工艺，对比例2所得到的磁体材料比对比例1所得的磁体材料的矫顽力高约8koe，而剩磁br和最大磁能积bhmax没有显著下降。因此对比例2与对比例1的比较表明，dy元素的使用可以显著提高磁体的矫顽力。从实施例3与对比例1的比较可以看出，在其它条件大体相同的情况下，实施例3通过激光涂覆渗透dy制成的磁体样品，与成分类似的通过正常工艺制成的磁体样品相比，其剩磁br和最大磁能积bhmax基本相同，但矫顽力hcj则高出约8koe。因此实施例3与对比例1的比较表明，采用本发明涂覆dy元素的方法可以显著提高磁体的矫顽力。从实施例3与对比例2的比较可以看出，在其它条件大体相同的情况下，利用本发明的激光涂覆渗透dy工艺得到的磁体样品与含dy的正常工艺得到的磁体样品相比，其矫顽力高出约0.2koe，剩磁br高出大约930gs，最大磁能积bhmax高出约6.7mgoe，但大大减少了重稀土dy的含量(约为对比例2的3％)。因此实施例3与对比例2的比较表明，采用本发明涂覆 dy元素的方法可以大大减少dy元素的用量。综上所述，在以上具体实例可以看出，在不影响剩磁和最大磁能积的条件下，本发明提出的技术方案达到了提高磁体材料矫顽力和降低重稀土含量的技术效果。另外，本发明提出的技术方案所得的矫顽力r-t-b系永磁材料，其剩磁(br)大于13.5kgs，矫顽力大于20.0koe，而稀土元素dy和/或tb的含量低于0.5％(dy元素与tb元素的化学性质类似)。以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。当前第1页12