[发明专利]一种提高烧结钕铁硼材料性能的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于烧结钕铁硼（Nd-Fe-B）磁体制备领域，具体涉及一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的处理方法。

背景技术

作为第三代稀土永磁材料的钕铁硼永磁材料，自1983年由日本住友金属和美国GM公司首先商品化以来，由于具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积的特点，广泛应用于电力电子、通讯、信息、交通运输办公自动化、医疗器械和军事等领域。

烧结钕铁硼磁体主要由主相Nd₂Fe₁₄B、富Nd相和富硼相组成，富Nd相围绕在主相Nd₂Fe₁₄B相周围，少量的富硼相分布于一些晶界交隅处。其中Nd₂Fe₁₄B相是磁性相主要决定剩磁和磁能积，富Nd相和磁体的微观结构主要决定磁体的矫顽力。烧结钕铁硼的反磁化机理是反向畴成核机制，因此磁体的磁性相边界结构和成分等特性对磁体的矫顽力有重要作用。

Dy₂Fe₁₄B、Tb₂Fe₁₄B和Ho₂Fe₁₄B的各向异性场均要高于Nd₂Fe₁₄B的各向异性场，因此添加重稀土元素Dy、Tb或Ho都能使磁体的矫顽力大幅度提高。但同时重稀土元素与铁元素属于反铁磁耦合，因此添加重稀土元素Dy、Tb或Ho虽然提高了矫顽力却降低了磁体的剩磁。若是添加的Dy、Tb或Ho只存在于主相晶粒的边界，这样就能实现在提高磁体的矫顽力的同时不降低磁体的剩磁。

双合金方法也是一种通过改善磁体的微观组织和磁性相边界结构来提高磁体的矫顽力的方法，该方法对主相合金和富稀土相合金分别进行成分设计，主相合金成分计量更接近Nd₂Fe₁₄B相，辅相合金通常含有一些Dy、Tb、Ho等元素，主相和辅相合金分开熔炼，然后在制粉时混合，再进行成型烧结，该方法能较好的使中重稀土元素分布在主相晶粒边界，但是不可避免的会有部分中重稀土元素在高温烧结过程中扩散进入主相，使主相晶粒外延层变厚，从而降低剩磁。因此在保证提高磁体的矫顽力的同时不降低或很少降低剩磁，如何使Dy、Tb和Ho等元素合理有效的分布在磁体主相边界处以及如何降低Dy、Tb和Ho等元素的加入量是稀土永磁行业的热点问题，也是急需解决的问题。

目前日本有研究采用真空溅射的方法在磁体表面形成一层Dy或Tb金属膜，然后在700-1000℃的温度下进行扩散处理，用该种方法几乎不会降低磁体的剩磁，却能够大幅度增加内禀矫顽力。在这种相对低温下进行热处理，晶界的富Nd相因加热而液化，所以晶界中的Dy和Tb扩散速度比从晶界扩散到主相粒子内部要快得多。利用这种扩散速度的差异，合理的调整热处理温度和时间基本上可以使Dy和Tb大部分都只存在于晶界处，从而保证在提高矫顽力的同时剩磁几乎不降低。这种方法被称为晶界扩散法，目前公开的有很多关于这种方法的研究，原理基本都一样，主要的不同是集中在怎样使Dy或Tb等元素附着在磁体表面。例如有将Dy或Tb的氟化物和氧化物粉末涂覆在磁体表面，然后进行加热处理。也有的将烧结钕铁硼磁体埋入Dy或Tb的氧化物与氢化钙的混合粉末中然后进行热处理。这些方法对于改善晶界微观结构，提高磁体的矫顽力都有一定的好处，但是过程都过于繁琐，不适宜于工业化大生产。

研究表明在烧结钕铁硼磁体中添加少量的Al可显著的提高钕铁硼材料的矫顽力，但是会降低一部分剩磁。Al是没有原子磁矩的，Al的添加使磁体矫顽力的提高，是因为Al使合金晶粒细化，同时使富Nd相和富B相的块度变小，Al进入富Nd相改善了富Nd相与Nd₂Fe₁₄B相的浸润角，使富Nd相更加均匀的沿晶界分布。