一种烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法

本发明涉及一种烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，属于稀土永磁材料。

背景技术：

1、稀土永磁钕铁硼是目前磁能积最高的一类永磁材料，具有“磁王”的美誉，被广泛应用于能源、交通、通讯等领域。据统计60％以上的钕铁硼永磁材料用于制造各类永磁电机，和传统的电机相比，永磁电机具有体积小、噪声低、能效高等优点。例如，目前电动汽车的牵引电机均使用永磁钕铁硼电机。

2、永磁电机在工作过程中由于涡流的作用，使钕铁硼磁体的温度升高，温度升高降低了磁体的矫顽力，使磁体存在退磁的风险。目前工业上通过重稀土元素dy/tb部分替代nd来提升磁体的矫顽力，保证磁体在高温下应用不退磁。但是，重稀土元素dy/tb的价格远高于nd，磁体中dy/tb含量的增加极大增加了磁体的成本。同时，dy/tb在钕铁硼磁体的主相中与fe原子反铁磁耦合，磁体中dy/tb含量的增加也降低了磁体的剩磁和磁能积。

3、由于钕铁硼磁体晶界处存在大量的晶体缺陷，晶界是钕铁硼磁体在退磁过程中反向磁畴的形核位置。晶界扩散技术可以高效利用重稀土元素dy/tb制备高矫顽力钕铁硼磁体，将富含重稀土元素dy/tb的扩散源放在钕铁硼磁体的表面，在高温下，扩散源渗透到磁体内部的晶粒边缘处，提高晶界的磁晶各向异性场，同时扩散后晶界相稀土含量增加，使主相晶粒间的磁交换耦合作用减弱，提升了磁体的矫顽力。目前，常用的钕铁硼磁体晶界扩散用扩散源有富含dy/tb的化合物粉末，如dyf3、tbh3；dy/tb与cu、al、ga等元素组成的低熔点合金粉末，如dy70cu30、tb70cu30。富含重稀土元素dy/tb的粉末扩散源的制备工艺复杂，成本较高，而且在扩散实施过程中粉末容易氧化，同时，粉末扩散源在磁体表面涂覆的均匀性控制难度大，特别是批量扩散时，均匀性更难以控制，导致批量扩散处理后的磁体磁性能不均匀。这些不利因素在一定程度上限制了钕铁硼磁体晶界扩散技术的推广应用。专利(cn103366944a)提出将纯重稀土元素(dy/tb/ho)的块体放在钕铁硼磁体生坯的上下表面，在磁体烧结过程中通过产生的重稀土元素蒸气对磁体进行晶界扩散。由于这几种重稀土元素的熔点(dy：1412℃，tb：1356℃，ho：1474℃)远高于磁体的烧结温度(＜1090℃)，在晶界扩散过程中扩散源不熔化，仅靠挥发的重稀土元素高温蒸气进行扩散，扩散效率较低。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法。

2、技术方案：本发明所述一种烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，包括以下步骤：

3、(1)将含重稀土元素的钕铁硼磁体薄片作为晶界扩散的扩散源分别铺放在待扩散磁体的上下表面，放在真空热压炉中在真空下加热，再高温加压进行晶界扩散；

4、(2)对步骤(1)扩散处理后的磁体进行低温退火处理。

5、进一步地，步骤(1)中，所述含重稀土元素的钕铁硼磁体中重稀土dy/tb含量为5wt.％～10wt.％。

6、进一步地，步骤(1)中，所述含重稀土元素的钕铁硼磁体薄片的厚度为0.2～0.6mm。

7、进一步地，步骤(1)中，所述待扩散磁体为不含重稀土元素的钕铁硼磁体。

8、进一步地，步骤(1)中，所述待扩散磁体的厚度2～10mm。

9、进一步地，步骤(1)中，所述真空下加热是真空度小于5×10-3pa下加热到800～900℃。

10、进一步地，步骤(1)中，所述高温加压进行晶界扩散的压力为10～50mpa，保温保压2～10h。

11、进一步地，步骤(1)中，将含重稀土元素的钕铁硼磁体切成薄片，将含重稀土元素的钕铁硼磁体薄片铺放在待扩散磁体的上下表面之前，将钕铁硼磁体薄片和待扩散磁体的表面打磨干净。

12、进一步地，步骤(2)中，所述低温退火的温度为400～600℃，低温退火的时间为1～4h。

13、进一步地，步骤(2)中，所述低温退火处理过程中的真空度小于5×10-3pa。

14、发明原理：烧结钕铁硼磁体含有低熔点晶界相，含有重稀土元素dy/tb的烧结钕铁硼磁体晶界相中含有大量的dy/tb。在本发明加热加压条件下，钕铁硼磁体中的低熔点晶界相熔化，在压力和化学驱动力的双重作用下，这部分熔化的晶界相内部的重稀土元素dy/tb向待扩散的不含重稀土元素的钕铁硼磁体内部扩散，在待扩散处理的磁体晶粒边缘形成富含dy/tb的壳层，同时晶界相含量增加，弱化晶粒间的磁交换耦合作用，进而提升了待扩散磁体的矫顽力。

15、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

16、(1)本发明以富含dy/tb的钕铁硼磁体作为扩散源，扩散源为商业化的钕铁硼磁体，制备工艺成熟，可以直接从钕铁硼磁体的生产线获得，其成本远低于目前广泛应用的富含重稀土元素的扩散源，使用钕铁硼磁体扩散源可以有效降低晶界扩散的成本；

17、(2)常用的富含dy/tb的粉末扩散源一般使用涂覆工艺涂在磁体表面，在磁体表面的涂覆均匀性难以准确调控，批量扩散处理后磁体的性能均匀性难以保证。而本发明的磁体扩散源为片状扩散源，扩散片的厚度均匀，批量扩散处理后磁体的磁性能均匀性较好；

18、(3)本发明作为扩散源的钕铁硼磁体在本发明扩散温度下仅晶界相熔化，在压力作用下熔化的低熔点晶界相中的重稀土元素dy/tb扩散渗透到待扩散处理的磁体内部。富含dy/tb的低熔点晶界相在钕铁硼磁体内部，在扩散过程中不容易被氧化。而目前现有的扩散源在扩散过程中容易被氧化。

技术特征：

1.一种烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含重稀土元素的钕铁硼磁体中重稀土dy/tb含量为5wt.％～10wt.％。

3.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含重稀土元素的钕铁硼磁体薄片的厚度为0.2～0.6mm。

4.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，其特征在于，步骤(1)中，所述待扩散磁体为不含重稀土元素的钕铁硼磁体。

5.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，其特征在于，步骤(1)中，所述待扩散磁体的厚度2～10mm。

6.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，其特征在于，步骤(1)中，所述真空下加热是真空度小于5×10-3pa下加热到800～900℃。

7.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高温加压进行晶界扩散的压力为10～50mpa，保温保压2～10h。

8.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，其特征在于，步骤(1)中，将含重稀土元素的钕铁硼磁体切成薄片得到含重稀土元素的钕铁硼磁体薄片，将含重稀土元素的钕铁硼磁体薄片铺放在待扩散磁体的上下表面之前，将钕铁硼磁体薄片和待扩散磁体的表面打磨干净。

9.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，其特征在于，步骤(2)中，所述低温退火的温度为400～600℃，低温退火的时间为1～4h。

10.根据权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，其特征在于，步骤(2)中，所述低温退火处理过程中的真空度小于5×10-3pa。

技术总结
本发明公开了一种烧结钕铁硼磁体的晶界扩散方法，包括以下步骤：(1)将含重稀土元素的钕铁硼磁体薄片作为晶界扩散的扩散源分别铺放在待扩散磁体的上下表面，放在真空热压炉中真空下加热，再高温加压进行晶界扩散；(2)对步骤(1)扩散处理后的磁体进行低温退火处理。传统的晶界扩散工艺需要专用的富含重稀土元素的扩散源，扩散源的制备成本较高。而本发明的扩散工艺所使用的扩散源为商业化的含重稀土元素的钕铁硼磁体，扩散源磁体制备工艺成熟，成本远低于现有的含重稀土元素的扩散源。本发明提供的晶界扩散方法具有扩散效率高、扩散源成本低、扩散后磁性能好的特点。

技术研发人员：丁婷婷,陈夫刚,周心怡
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5