[发明专利]一种钕铁硼系烧结磁体的制造方法及其磁体

说明书

技术领域

本发明属于钕铁硼系烧结磁体的领域，特别涉及一种混入添加物的制造方法及其磁体。

背景技术

钕铁硼系烧结磁体在风力发电、混合动力汽车领域中有广泛的应用。由于工作环境复杂，要求所使用的钕铁硼系烧结磁体具有优异的矫顽力性能。对于采用单合金工艺生产钕铁硼系烧结磁体，一般通过添加中重稀土元素提高磁体的矫顽力，尤其是生产SH、UH和EH以上牌号的磁体时，往往更是过量添加。然而，中重稀土资源宝贵，近年来中重稀土的原材料市场价格不断上涨，因此，以添加中重稀土元素的方式提高磁体的矫顽力面临着沉重的成本压力。

中国专利CN102237166A公开一种钕铁硼永磁材料的制备方法，其中揭示：将钕铁硼合金破碎、制粉，再添加纳米碳化硅，然后进行磁场取向、压制成型，最后在真空或惰性气体保护下进行烧结、并回火处理，可制备具有高矫顽力的钕铁硼系烧结磁体。其中，纳米碳化硅的添加量为为钕铁硼合金重量的0.02～3wt％。该技术方案的作用机理在于：部分的纳米碳化硅颗粒在烧结、回火过程中均匀扩散于主相的周围，阻隔主相晶粒的磁耦合作用，阻碍主相晶粒的长大以及相邻主相晶粒的合并，细化烧结钕铁硼的主相晶粒，达到改善微观结构的作用；而另一部分的纳米碳化硅颗粒进行主相晶体的内部，当在外场和/或高温下，磁畴发生偏转时，起到钉扎作用，阻止磁畴壁偏转和/或移动，有利于提高矫顽力；另外，硅元素本身能够替代铁元素占据四方相中的K2晶位，使总的交换作用增强、各向异性场提高，有利于提高矫顽力。然而，研究人员经试验发现，根据该文献所揭示的烧结工艺——烧结温度为1050～1090℃、烧结时间为4～6h，并无法使碳化硅均匀扩散于主相的周围或者进入主相的内部，试验结果显示：在烧结之后，硅元素主要集中在晶界三叉点区域，而且在钕铁硼系烧结磁体中可以检测到晶粒异常长大(AGG)的现象，最后经磁性能检测，钕铁硼系烧结磁体的矫顽力并无显著提高；且由于硅元素替代铁元素改变主相结构，使磁性相减少，会降低钕铁硼系烧结磁体的剩磁。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种混入添加物的制造钕铁硼系烧结磁体方法，并根据该方法获得具有优异磁性能的磁体。

本发明的技术方案为，钕铁硼系烧结磁体的制造方法包括混入添加物的工序，添加物为纳米钨或纳米碳化钨或纳米氮化钨或其组合，且其平均分散粒径为10～200nm。特别地，当添加物为纳米钨时，其平均分散粒径为40～100nm；当添加物为纳米碳化钨时，其平均分散粒径为50～80nm；当添加物为纳米氮化钨时，其平均分散粒径为25～40nm。

添加物的混入涉及固溶度的问题。影响固溶度的因素包括：1)离子尺寸，当溶质和主晶体的原子半径相对差值超过14～15％时，尺寸因素不利于固溶体生成，两固体间的固溶度是有限的；2)离子价，两种固体只有在离子价相同或同号离子的离子价总和相同时，才可能满足电中性的要求生成连续固溶体。钕铁硼系烧结磁体晶界的主要元素是钕(Nd)，钨(W)与钕(Nd)的离子半径和电子构成差异较小，因此，钨(W)相对硅(Si)在晶界中具有更大的固溶度。在相同的烧结温度下，钨(W)能更大程度地从晶界三叉点的富集区域向晶间区域扩散，从而均匀地分布在主相的周围，发挥钉扎(Pining)作用，防止晶粒异常长大(AGG)现象。而钕铁硼系烧结磁体主相的主要元素是铁(Fe)，钨(W)与铁(Fe)的离子半径和电子构成差异较大，因此，钨(W)几乎不进入主相中。相对添加硅(Si)而言，添加钨(W)能更多地保留主相结构，从而使钕铁硼系烧结磁体具有优异的剩磁(Br)。另外，将钨(W)作为添加物混入进行烧结而非作为原料进行熔炼，原因在于：其一，如图1所示，将钨(W)混入原料进行熔炼并以甩带法进行铸造时，原料熔融合金在铜辊表面先形成含钨(W)的急冷晶(区域1)，然后在急冷晶之上再形成柱状晶(区域2)，这样的情况不利于粉碎，因此将影响钕铁硼系烧结磁体的磁性能；其二，熔炼温度在1400℃以上，钨(W)具有较大的迁移动能，其中一部分将进入钕铁硼系烧结磁体的主相，从而改变主相结构，烧结温度在1100℃以下，钨(W)的迁移动能较小，几乎聚集在钕铁硼系烧结磁体的晶界相中，从而更多地保留主相，相比之下，将钨(W)作为添加物混入进行烧结能使钕铁硼系烧结磁体具有优异的剩磁(Br)。