[发明专利]一种高性能钕铁硼磁体的快速成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁材料制备技术领域，特指一种高性能钕铁硼磁体的快速成形方法。

背景技术

钕铁硼磁体是具有优异综合磁性能、高性价比和易加工等优点的新一代稀土永磁材料，现已广泛应用于各种高新技术产业领域，尤其适宜应用于要求小型化、轻量化、集成化的各种换代产品中。

钕铁硼磁体的磁性能主要来源于Nd₂Fe₁₄B硬磁相的内禀磁参量，如各向异性场、饱和磁化强度等，同时与磁体的微观结构密切相关，如晶粒尺度、晶界结构等。粉末冶金工艺是制备高性能钕铁硼磁体的重要方法之一，目前通过此工艺制得的烧结钕铁硼磁体的最大磁能积已接近理论值的93%，但是其实际矫顽力仅为理论值的1/3-1/30。此外，粉末冶金工艺过程复杂，容易引入较多的氧含量，且不易实现晶粒的有效细化。这不仅不利于钕铁硼磁体综合性能的提高，而且浪费能源，增加了生产成本。

基于此，制备工艺简单的铸造-热变形工艺引起了广泛的关注，其也成为制造钕铁硼磁体的重要方法之一。但是铸造工艺获得的钕铁硼铸锭存在组织粗大、均匀性差、易形成α-Fe软磁相等问题，严重制约了磁体磁性能的提高。钕铁硼铸锭组织对于制备高性能的热变形磁体具有重要影响。因此，为了提高钕铁硼磁体的磁性能，必需优化其显微组织结构，尤其是铸锭组织。理想的钕铁硼铸锭组织通常是：Nd₂Fe₁₄B硬磁相晶粒细小；无α-Fe软磁相析出及晶界富钕相分布尽可能均匀。为此，需要发展一种新的钕铁硼磁体制备工艺，在保证具有优良组织结构的前提下，简化制备工艺，提高生产率，降低生产成本。

针对上述问题，本发明提出采用速凝甩带工艺、磁场辅助激光熔化沉积技术与热变形工艺相结合的复合工艺以逐层铺带与逐层取向熔化沉积的方式快速制备高性能钕铁硼磁体的方法。速凝甩带工艺可以有效抑制α-Fe软磁相的析出，细化主相Nd₂Fe₁₄B的组织结构，使富钕相均匀分布于主相界面；其不仅提供了磁场辅助激光熔化沉积所用的带材，而且为后续工艺做好组织准备。磁场辅助激光熔化沉积技术是一种柔性高的磁取向快速凝固成形工艺，其快速凝固的特点使制得的钕铁硼磁体主相晶粒细小，无α-Fe软磁相析出，而且保持了速凝薄带中富钕相均匀分布的特点，其适合制备各种大小和形状的钕铁硼磁体；另外，磁场取向能够诱导产生一定的磁织构，这都有助于最终磁体性能的提高。热变形工艺在磁场取向的基础上进一步强化了磁体织构，提高了磁体致密度。上述三种工艺的结合不仅能够获得优化的磁体组织结构，而且简化了制备工艺，降低了生产成本。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术存在的问题，提供一种高性能钕铁硼磁体的快速成形方法，其特征在于采用速凝甩带工艺、磁场辅助激光熔化沉积技术与热变形工艺相结合的复合工艺抑制软磁相形成，细化晶粒组织，均匀化富钕相分布，诱导形成磁织构，快速制备出高性能钕铁硼磁体。

本发明解决上述问题的技术方案是：采用速凝甩带工艺、磁场辅助激光熔化沉积技术与热变形工艺相结合的复合工艺以逐层铺带与逐层取向熔化沉积的方式快速制备高性能钕铁硼磁体，获得优化的微观组织结构，提高磁体综合性能。其步骤为：

1) 按照磁体成分称量各元素原料，将其混合；

2) 通过速凝甩带工艺制得钕铁硼合金薄带；

3) 将钕铁硼合金薄带在保护气氛或真空下逐层进行磁场辅助激光熔化沉积，制得钕铁硼磁体；

4) 将钕铁硼磁体进行热变形，强化磁织构；

5) 将热变形钕铁硼磁体进行真空低温回火，改善晶界结构，提高磁体性能。

所述的磁体成分的原子百分比为Nd_aR_bFe_100-a-b-c-dB_cM_d，其中14≤a+b≤18，0.1≤b≤5，6≤c≤8，0.1≤d≤4，R为Pr、Dy、Tb、Ho、Gd元素中的一种或几种，M为Al、Cu、Ga、Mg、Zn、Sn、Si、Co、Ni、Nb、Zr、Ti、W、V、Hf元素中一种或几种。

所述的磁场为强磁场，磁场强度为10-20T。

所述的激光为连续激光，激光熔化沉积的工艺参数为：激光功率300-5000W，扫描速度10-100mm/s，光斑直径0.2-1mm，搭接率20%-80%。

所述的热变形工艺参数为：温度为650-1000℃，压力为50-300MPa。