一种烧结钕铁硼永磁体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种烧结钕铁硼永磁体的制作方法，特别是涉及一种可以抑制钕铁硼 压坯在烧结过程中晶粒快速长大，制造低成本、高性能永磁体的方法。
【背景技术】
[0002] 如本领域人员所熟知的，钕铁硼合金中主要存在两种相：一是主相，化学分子式为 RE2Fe14B,系产生高永磁性能的关键相，其体积分数占95%以上；另一种相为富稀土相，分布 在RE 2Fe14B主相晶粒的边界，起隔绝主相晶粒之间的静磁相互作用而使磁体具有尽可能1? 的内禀矫顽力。因此，为获得优异的永磁性能，需要将钕铁硼合金的化学成分作这样的配 置：一方面合金的成分应当尽可能接近RE 2Fe14B主相的化学计量成分，即正分成分；另一方 面合金中还必须有足够量富稀土相。这就意味着钕铁硼合金的化学成分中的稀土总量必 须大于RE 2Fe14B主相的正分成分。另外，为满足不同退磁环境对永磁体应用的需求，需要用 Dy, Tb等重稀土元素来部分替代Nd,以提高磁体的内禀矫顽力，替换部分Fe以提高磁体的 抗退磁能力。这样一来，钕铁硼合金的主相的化学分子式就通常表不成RE 2M14B,其中，RE表 示以Nd为主要成分的稀土元素，以及其他如Pr、Dy、Tb、GcU Ho等稀土元素；M表示以Fe为 主要成分的过渡族金属元素，以及其他元素如Co、Cu、Al、Ga、Nb等。若表示成重量百分比 的形式，则钕铁硼合金的化学成分为：RE xM1(KI_x_yBy。其中，X就是钕铁硼合金的稀土总量，对 于烧结钕铁硼永磁材料，通常的稀土总量x=28~35%wt.。若稀土总量少于28%wt.，富稀土 相太少，制备高内禀矫顽力的磁体就很困难；若稀土总量大于35%wt.，富稀土相太多，就很 难制备高剩磁、高磁能积、高耐蚀性的烧结钕铁硼永磁体。
[0003] 现有钕铁硼永磁体生产技术通常为，将所需要的各种合金元素按一定比例配备 后，置于真空中频感应炉中熔化均匀，然后浇注成厚度为〇. 1~〇. 5mm的薄片状铸锭。这样 的薄片状钕铁硼母合金铸锭的晶粒尺寸为数微米至数百微米。
[0004] 然后，将所述钕铁硼母合金经氢化后粉碎至平均颗粒尺寸为3. 0~5. 0 μ m尺度， 使得所有的粉末颗粒都成为单晶体。这样，粉末的平均颗粒尺寸和晶粒尺寸皆为3. 0~ 5· 0 μ m〇
[0005] 随后，将上述粉末放置在有外施磁场的模腔内压制成一定形状的生坯块。在这 一工序中，所有的粉末颗粒在外磁场的作用下其易磁化轴沿磁场方向排列，随即施加足够 大的压制力使得粉末颗粒的这种定向排列固定下来。然后，将压制好的生坯块在1000~ 1100°C烧结,使之致密化,成为磁体毛述；必要时还需将毛述磁体在450~950°C进行一级 或二级回火处理，以进一步优化磁性能；接着的工序是进行机械加工，将毛坯磁体切割、磨 削成所需的形状、尺寸，必要时还需进行表面防护处理；最后，沿易磁化方向进行充磁即得 到可以使用的永磁体产品。
[0006] 根据钕铁硼相图，钕铁硼合金中主相的熔点约1155°C，富稀土相的熔点约450~ 600°C。富稀土相的作用不仅可以使得钕铁硼具磁体有高的内禀矫顽力，而且，因为富稀土 相的熔点远低于主相，使得磁体在1000~1100°c的烧结过程中易于致密化。
[0007] 由金属学原理可知，在1000~IKKTC的烧结致密化过程中，大量熔融的富稀土相 包围在主相晶粒周围，造成主相晶粒迅速长大、粗化。烧结温度越高、烧结时间越长，主相晶 粒就越粗大、晶粒的尺寸就越不均匀，磁体的性能就会劣化；相反，若烧结温度过低，熔融的 富稀土相比例过少，则磁体的致密化程度低，不仅使得磁性能恶化，而且机械强度和耐腐蚀 性能也很差。因此，为获得优异的永磁性能，就既要使得烧结磁体的密度尽可能高，同时主 相晶粒不至于过分长大---晶粒的平均尺寸应当在10 μ m以下，且越细越好。
[0008] 为制作高密度、细晶粒的烧结钕铁硼磁体，已有的技术大致可分为两类：一是将钕 铁硼母合金经氢化后粉碎至颗粒尺寸和晶粒尺寸皆为约3. 0 μ m甚至3. 0 μ m以下，然后在 约1020°C烧结致密化，使得最终磁体晶粒的平均尺寸细化到5~10 μ m。与传统的粉碎至 3. 0~5. 0 μ m尺度的技术相比，由于粉末的比表面积增大，粉末颗粒的氧化活性急剧增加， 制作过程需要昂贵的设备和复杂的工艺措施来防护以防止氧化，制造成本高昂、粉末易着 火、操作安全性能差。另一种技术是通过往钕铁硼合金中添加 Nb、Mo、Ti、ZrO等难熔金属 或者氧化物，如美国专利US6527874B2所述，使得在烧结过程中主相晶粒边界被难熔金属 化合物颗粒钉扎，阻碍主相晶粒的长大。该技术的最大缺点是，所添加的难熔金属及其化合 物都是非磁性相，会显著降低磁体的剩磁和磁能积。
[0009] 另外，在用已有技术制作的通常的稀土总含量为28~35wt. %的钕铁硼磁体中，普 遍存在许多晶粒尺寸大于I. 〇 y m的大块状的富稀土相。这些大块状的、非磁性的富稀土 相仅仅起着填充磁体内部空洞的作用，对磁体的磁性能没有贡献，只有那些均匀、连续包裹 于主相晶粒边界的富稀土相才对磁体的矫顽力有贡献。相反，由于富稀土相是钕铁硼合金 中极易被腐蚀的相，这些大块状的富稀土相的存在降低了磁体的耐腐蚀性能；其次，非磁性 的、大块状的富稀土相起着稀释整个磁体磁矩的作用，其在磁体中的存在实际上降低了永 磁体的单位体积的磁性能；另外，由于稀土是钕铁硼合金中成本最高的组元，这些对磁体性 能有害无益的大块状的富稀土相实际上还增加了钕铁硼永磁体的制造成本。因此，减少钕 铁硼永磁体中的这些大块状的、非磁性的富稀土相不仅可以显著提高磁体的磁性能和耐腐 蚀特性，同时还能有效降低原材料成本。然而，已有的钕铁硼永磁体制作技术都无法克服在 磁体中存在大块状的富稀土相的这一困难。
[0010] 例如，CN1468319A提出了用多种不同成分的钕铁硼合金粉末进行混合的方法来改 进大块状的富稀土相的形貌或分布，由于其所用的多种不同成分的钕铁硼合金粉末的平均 颗粒尺寸与平均晶粒尺寸相同，所有粉末颗粒都是单晶体，并具有单一的易磁化方向，在烧 结过程中颗粒之间非常容易相互吞并而长大；并且，用所述的方法也无法从根本上解决磁 体中存在大块状的富稀土相的这一困难。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是通过在通常的稀土总含量为28~35wt. %、平均颗粒尺寸和晶粒 尺寸皆为3. 0~5. 0 μ m的烧结钕铁硼母(主）合金粉末中添加一种稀土总含量显著低于母 合金粉末，同时其晶粒尺寸也远小于其颗粒尺寸的急冷钕铁硼合金辅助粉末的方法，抑制 钕铁硼压坯在烧结过程中发生晶粒的快速长大，减少钕铁硼主相边界上大块状的富稀土相 的产生，获得制造成本低、高性能的钕铁硼永磁体。
[0012] 本发明是这样实现的：一种烧结钕铁硼永磁体的制作方法，该方法为使用母合金 和辅助合金的双合金方法，其特征在于：所述辅助合金的晶粒尺寸为0.0 l~0. 1 μ m。
[0013] 优选地，所述母合金和辅助合金为RE-M-B合金，含有RE2M14B相，其中RE为稀土元 素，M为过渡族金属元素。
[0014] 优选地，所述辅助合金中稀土元素总含量为16wt. %~28wt. %。
[0015] 优选地，所述辅助合金中的稀土元素不含重稀土元素。
[0016] 优选地，所述母合金中稀土元素总含量为28~35wt. %
[0017] 优选地，所述辅助合金占总合金的比例为0.1 wt. %~5wt. %重量百分比。
[0018] 优选地，所述母合金和辅助合金被粉碎成平均颗粒尺寸3. 0~5. 0 μ m的粉末。
[0019] 优选地，所述母合金和辅助合金可以经气流磨粉碎后混粉，或粉混后再气流磨粉 碎。
[0020] 优选地，所述辅助合金采用速凝薄片工艺熔炼。
[0021] 优选地，所述母合金的晶粒尺寸为3. 0~5. 0 μ m。
[0022] 在稀土总含量在16wt. %~28wt. %之间、平均晶粒尺寸为0.