[发明专利]复合靶气相沉淀制备晶界扩散稀土永磁材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于稀土永磁材料技术领域，特别涉及一种复合靶气相沉淀制备晶界扩散稀土永磁材料的方法，该方法是在钕铁硼(NdFeB)表面气相沉淀复合金属膜并中高温处理、低温时效以提高磁体性能的方法。

背景技术

钕铁硼(NdFeB)永磁材料在混合动力汽车、风力发电等领域中的应用与日俱增。这些应用领域要求磁体长时间高温工作，这必然要求磁体具有更高矫顽力(Hcj)。而NdFeB磁体随加工尺寸的变薄，矫顽力会明显下降。采用重稀土元素如Dy/Tb取代磁体主相Nd₂Fe₁₄B中的Nd，形成(Nd、Dy)₂Fe₁₄B，(Nd、Tb)₂Fe₁₄B的各向异性强于Nd₂Fe₁₄B，这是一种提高NdFeB烧结磁体Hcj的有效方法。但Dy/Tb这些重稀土元素资源稀缺且价格昂贵；另一方面，Nd和铁的磁矩是平行排列，而Dy/Tb与铁则是反平行排列，这导致磁体剩磁Br和最大磁能积(BH)max都会降低。因此，寻找一种有效提高矫顽力，而剩磁和磁能积的相应牺牲很少的制备和处理方法，已成为钕铁硼磁体研究和生产领域的共识，并有很多团队致力于这方面的研究。

近期，诸多研究团队或个人报道了多种将稀土元素从磁体表面扩散到基体内部的晶界扩散处理技术。晶界扩散处理技术主要采用涂覆、沉积、镀覆、溅射、粘覆等方式，使金属粉末(Dy、Tb或其它稀土元素)或化合物附着在磁体外表面，通过热处理使金属粉末或化合物经晶界扩散到烧结磁体主相内，这种晶界扩散技术对烧结NdFeB磁体的成分、微观组织和磁性能都有显著的影响，其中，主要的技术有蒸渡或溅射技术以及涂覆技术。蒸镀或溅射技术是将Dy、Tb等稀土元素沉积在NdFeB烧结磁体表面，随后进行热处理和扩散。涂覆技术是在磁体表面涂覆稀土化合物如氟化物或氧化物粉末并加热扩散。通过上述方法能使渗透的稀土元素沿着晶界以及主相晶粒表面区域，使得稀土元素能择优分布，不仅提高了矫顽力，还节约了贵重稀土的使用量，使剩磁及磁能积没有明显降低。然而，仍有一些问题亟待解决：(1)利用溅射将Dy/Tb附着在NdFeB烧结磁铁的表面的方法生产率低，工序费用过高，容易出现融坑等缺陷，蒸镀过程中大量稀土金属散布在加热炉腔室内，重稀土金属利用率较低。(2)将Dy/Tb的氟化物或氧化物粉末附着在磁铁表面并加热的方法或向这些粉末和氢化Ca粉末的混合粉末中填充磁铁并加热的方法也是如下所述，工序数增多，成本费用高，另外，在表面涂覆稀土氧化物或氟化物加热扩散则存在矫顽力提高受限和其他元素会随扩散过程进入磁体内等问题。在将NdFeB磁铁进行机械加工，利用清洗、酸洗等使表面洁净，然后作为能够进行镀镍或铝的离子电镀等表面处理的状态后，将氟化物或氧化物粉末附着于表面并加热时，则加热后就会在表面形成由 Dy/Tb的一部分置换了Nd的氧化物或氟化物构成的表面层。虽然附着氟化物或氧化物粉末的操作本身是廉价的，然而去除此种表面层工序，也会提升磁体的价格。(3)另外由于Dy/Tb昂贵，最有效地利用Dy/Tb的资源，也是该类技术中的关键问题。

气相沉淀法是用气态反应原料在固态基体表面反应并淀积成固体薄层或薄膜的工艺过程，目前，利用复合靶材通过气相沉淀方法将复合重稀土元素Dy/Tb和Cu、Nd、Al、Pr等元素的金属蒸发到NdFeB表面，并晶界扩散来提高矫顽力磁体性能的方法还未见公开报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种复合靶气相沉淀制备晶界扩散稀土永磁材料的方法，以提高永磁材料矫顽力，同时剩磁和磁能积基本不降低。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种复合靶气相沉淀制备晶界扩散稀土永磁材料的方法，包括如下操作步骤：

步骤一，复合靶材的制备，所述复合靶材具有如下化学式H_100-x-yM_xQ_y，其中，H为Dy或/和Tb，M为Nd或/和Pr，Q为Cu、Al、Zn和Sn中的一种或多种，x、y为所述复合靶材中各成分的原子百分含量，x＝0-20、y＝0-40且x和y不同时为零；

步骤二，将烧结NdFeB磁体加工成规定形状和尺寸，随后进行表面清理及干燥，从而得到待处理NdFeB磁体；