[发明专利]具有晶界多层结构的高性能烧结Nd-Fe-B磁体的制备方法及其制备的产品

说明书

本发明公开了一种具有晶界多层结构的高性能烧结Nd‑Fe‑B磁体的制备方法及其制备的产品，目的在于解决现有方法无法实现对晶界结构的精细调控，导致晶界强化效果单一、重稀土资源浪费严重等问题。本发明制备的磁体多层晶界结构，分布在主相晶粒边界的重稀土薄壳层具有较高的磁晶各向异性场，因此能够抑制在反向磁场中晶界薄弱区域的磁畴反转，进而提高磁体的矫顽力和高温稳定性。同时，重稀土薄壳层只分布在主相晶粒边界，很少扩散到主相和晶界中心区域，能大大减少重稀土用量，降低磁体生产成本。另外，本发明磁体中高电位晶界中心层的形成，能缩小晶界相与Nd2Fe14B主相的电极电位差，减小电化学腐蚀驱动力，明显提高磁体的抗腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是永磁材料领域，具体为一种具有晶界多层结构的高性能烧结Nd-Fe-B磁体的制备方法及其制备的产品。

背景技术

Nd-Fe-B磁体具有优异的磁性能，已经成为应用最广泛的稀土功能材料。经过30多年的发展，烧结Nd-Fe-B磁体已经成为社会经济建设和人们日常生活中必不可少的材料，被广泛应用于航空航天、发电机、电子计算机、汽车、通讯、医疗器械等各个领域。Nd-Fe-B磁体的剩磁和最大磁能积分别已经达到理论值的97%和93%以上，但磁体的矫顽力不到理论值的一半，且磁体的抗腐蚀性能很差，这两个主要问题已成为烧结Nd-Fe-B磁体广泛应用的最大限制因素。

钕铁硼磁体的主相为Nd2Fe14B硬磁相，晶界相为富Nd相。其中，晶界相的成分、结构和分布状态对磁体磁性能、抗腐蚀性能和机械性能有非常明显的影响。

近年来，随着海上风力发电、混合动力汽车的迅速发展，以及国家政策的扶持，对高热稳定性磁体的需求将越来越大，并对磁体的抗腐蚀性能和使用寿命也将提出更高的要求。

目前，研究者主要通过合金化添加、晶界改性和晶界扩散等技术，实现对晶界相的强化，从而提高磁体性能。在晶界强化机理方面，提高磁体的矫顽力，需要在主相晶粒边界形成一层高磁晶各向异性的重稀土薄壳层；提高磁体的抗腐蚀性能，要在晶界形成高电位稳定晶界相；提高晶界相的连续性，需要降低晶界相熔点，并提高其与主相的润湿性。

研究者主要通过合金化添加和晶界改性及重构的方法实现对晶界相的强化，从而提高烧结钕铁硼磁体的矫顽力和抗腐蚀性能。基于双合金工艺，严密课题组利用Dy71.5Fe28.5与Dy32.5Fe62Cu5.5合金对烧结钕铁硼磁体进行了晶界改性。研究发现，添加的低熔点重稀土晶界改性合金在磁体烧结过程中形成了(Nd,Dy)2Fe14B的重稀土壳层，提高了晶界的磁晶各向异性场，从而提高了磁体的矫顽力。Yue等人研究了纳米Tb、Dy粉晶界添加对磁体矫顽力的影响。在Tb 的添加量仅为 0.4 at.%时，磁体的矫顽力即从12 kOe提高到20 kOe左右，同时剩磁仍保持在 1.36 T，同样，在纳米Dy粉的晶界添加情况下，同样形成了均匀的磁硬化壳层，矫顽力的提高作用明显。

莫文剑等人研究了MgO晶界改性对烧结Nd-Fe-B磁体抗腐蚀性能的影响。磁体的晶界相由于MgO的添加形成了化学性质稳定的Nd-O-Fe-Mg相，这些稳定相集中分布在晶界，阻碍了腐蚀沿富Nd相的传播，提高了晶界相的化学稳定性和电化学稳定性。严密课题组采用Nd64Co36高电位合金粉对低稀土含量的钕铁硼主相合金进行晶界重构，形成了化学性质稳定的晶界相，大大缩小了晶界相与主相间的电位差，在保持磁性能的同时上大幅提高了磁体的本征抗腐蚀性能。