[发明专利]铜纳米颗粒掺杂制备的高矫顽力和高耐蚀性烧结钕-铁-硼基永磁材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备的具有高矫顽力和高耐蚀性的钕-铁-硼基永磁材料及其制备方法，属于磁性材料技术领域。 

背景技术

NdFeB永磁材料从20世纪80年代中后期开始发展，属国家鼓励发展的新材料，主要有烧结及其他稀土永磁材料，已经成为国民经济各产业，尤其是电子和汽车工业的一种不可替代的基础材料，其种类繁多，广泛用于电子、汽车、计算机、电力、机械、能源、环保、国防、医疗器械等众多领域，又是节能、节材及出口创汇的产品，带动着各行业的发展。 

NdFeB系稀土永磁材料自出现后，在短短的几十年中得到迅猛的发展，人们不断地优化其化学组成，改进制造工艺技术与设备，使其磁性能不断得到提高，日本现已能够批量生产磁能积达400kJ/m³(50MMGOe)的各向异性烧结NdFeB永磁体，实验研究的烧结NdFeB永磁磁能积已达474kJ/m³(59.5MMGOe)，达到了其理论值的93％，从磁能积角度看已没有太大的提升空间。 

NdFeB基永磁材料主相Nd₂Fe₁₄B具有非常高的各向异性场，其矫顽力的理论极限高达70kOe，但是实际磁体的矫顽力仅为理论值的十分之一到三分之一。NdFeB永磁体的矫顽力之所以远小于理论各向异性场，是由于其具体的微结构及缺陷造成的。磁体硬磁相晶粒的不规则形状决定的自退磁场和晶粒之间相互作用产生的内部散磁场合成的有效退磁场(-N_effMs)使磁体的矫顽力降低。晶粒界面结构缺陷是另外一个影响因素。结构缺陷势必导致磁性结构参数的畸变，即晶粒表面结构缺陷区的磁晶各向异性常数K、交换积分A和饱和磁极化强度J_s(或饱和磁化强度M_s)都会不同于晶粒内部相应量的取值。它们既是晶粒反磁化的成核中心，又是阻碍晶粒间畴壁位移的钉扎部位，对磁体矫顽力有很大影 响。 

烧结钕铁硼磁性能另外一个缺点是耐腐蚀性差，从而大大限制了其进一步应用。烧结NdFeB磁体耐蚀性差的特点首先与其自身晶体结构和相分布有着密切的联系。与多数金属及合金一样，烧结NdFeB永磁合金是由多晶体组成的，其多晶组织由主相Nd₂Fe₁₄B相，富Nd相和富B相Nd_1+εFe₄B₄三相组成。就分布状态而言，富Nd相以网络状的方式分布在主相Nd₂Fe₁₄B的晶粒边界或三角晶界位置，形成所谓的晶界相，此外少量的富B相以颗粒的形式分布于主相的晶界位置。NdFeB磁体的磁性主要由硬磁相Nd₂Fe₁₄B决定；富Nd相的存在可促进磁性材料的烧结，使磁体致密化，沿晶界分布时，可起磁耦合隔离作用，有利于矫顽力的提高，但会降低饱和磁化强度和剩磁。另一个造成烧结NdFeB磁体耐蚀性差的原因则与合金中的相的化学特点相关。具体而言，富Nd相中大量存在的单质Nd元素是化学活性最高的金属元素之一，化学稳定性差，较易发生氧化。一般而言，当磁体处于室温和干燥环境(＜15％RH)下，其氧化腐蚀过程十分缓慢，化学稳定性较好。但是当合金处于干燥高温(＞250℃)或电化学环境中，就会发生明显的腐蚀过程。其中在干燥高温的环境中，合金中富Nd相会首先转变为Nd₂O₃，随后还会逐步发生主相Nd₂Fe₁₄B的氧化分解成α-Fe和Nd₂O₃，进一步氧化生成Fe₂O₃；而在电化学环境中，合金组织中相互接触的三相之间存在着明显的电位差。三相的电化学电位由低到高依次分别为富Nd相、富B相和主相Nd₂Fe₁₄B，因此三相的腐蚀速率不同。三相间电化学性质的不同造成了电偶效应，为合金形成原电池提供了可能。富Nd相和富B相会相对于主相Nd₂Fe₁₄B形成阳极，优先发生腐蚀。这两相作为阳极金属将承担很大的腐蚀电流密度，尤其是其中的富Nd相，由于在组织中呈网络状分布，腐蚀速度很快。它的腐蚀会导致主相Nd₂Fe₁₄B晶粒之间结合界面消失，出现晶粒脱落现象，最终导致合金的整体腐蚀。由此可见，无论在哪种腐蚀环境中，烧结NdFeB合金的腐蚀过程就其本质而言都属于选择性腐蚀。发生这一过程的原动力在于合金中富Nd相既具有强烈的化学活性，又与主相Nd₂Fe₁₄B之间有明显的电位差。与此同时，由于合金中 的富Nd相是呈网络状分布在主相晶粒边界上，使得NdFeB磁体的腐蚀形态具有典型的晶间腐蚀特征，大大加速了合金的腐蚀速度。可见，富Nd相的化学特性及其分布状态是决定NdFeB磁体耐腐蚀性的关键因素。