[发明专利]一种改善钕铁硼磁体矫顽力和耐磨耐蚀性能的方法

说明书

本发明属于钕铁硼永磁体制备技术领域，公开了一种改善钕铁硼磁体矫顽力和耐磨耐蚀性能的方法。以Al‑Cr合金作为靶材，通过磁控溅射在钕铁硼磁体基体表面制备Al‑Cr合金层，然后在大气气氛下进行扩散热处理。本发明获得的Al‑Cr镀层经过扩散热处理工艺可有效提高钕铁硼磁体的磁性能，特别是矫顽力。与此同时，所述的Al‑Cr金属/氧化物镀层相比于纯Al镀层具有更好的金属光泽、更高的硬度和耐磨性、更好的抗划伤能力，并且具有很好的耐腐蚀性能。在空气中进行扩散热处理降低了对热处理设备的要求，生产成本低。

技术领域

本发明属于钕铁硼永磁体制备技术领域，具体涉及一种改善钕铁硼磁体矫顽力和耐磨耐蚀性能的方法。

背景技术

钕铁硼稀土永磁材料因拥有优异的磁性能在计算机、航天航空、新能源和智能通讯等领域已取得了广泛的应用。钕铁硼磁体性价比高，体积小的同时具有较大的磁能积。商用烧结钕铁硼的成型工艺包括成分设计、冶炼、破碎与制粉、取向压制成型、烧结、回火、机加工及表面处理等过程。

在钕铁硼永磁电机的服役过程中，为适应高温、高湿等苛刻的工况，要求钕铁硼磁体有高的矫顽力和较好的耐腐蚀性能。然而，商用烧结钕铁硼磁体在在烧结过程中，容易在主相(Nd₂Fe₁₄B)的附近产生大块聚集在三角晶界处的富钕相，不利于生产较高矫顽力的磁体。这个问题可以通过后续的烧结后的回火热处理工艺或晶界扩散工艺对磁体组织进行调控优化。而工业生产中钕铁硼磁体的热处理多在真空或惰性气体的保护下进行，对热处理设备要求较高，从而增加了生产成本。传统的稀土晶界扩散工艺虽能有效提高磁体矫顽力，但扩散所用稀土价格昂贵，导致生产成本升高。而且铽(Tb)、镝(Dy)、镨(Pr)等稀土元素的加入会严重降低钕铁硼磁体的剩磁，导致磁能积下降。

此外，因为商用烧结钕铁硼磁体因具有多相结构并在表面存在较多空洞，容易与外界介质发生作用并产生腐蚀，导致磁性能严重下降。针对钕铁硼磁体耐腐蚀性能差这个问题，常用有效的方法是用化学或物理的方法在磁体表面沉积耐蚀金属镀层，从而提高磁体耐蚀性。传统的电镀镍/铜/镍(Ni-Cu-Ni)以及镀锌(Zn)工艺成熟，但对环境造成污染，不符合可持续绿色发展的理念。近年来，人们采用真空蒸镀或者电弧离子镀等气相沉积的方法，在钕铁硼磁体表面沉积纯Al镀层。与传统的电镀法相比，物理气相沉积法(PVD)具有环境友好的一大优点，而且其可保证成膜均匀，形状稳定性好。但采用PVD法制备的Al镀层硬度较低(仅为1～2GPa)，易划伤失效，使得钕铁硼基体再次暴露在外界环境中，从而易遭腐蚀。另外，经晶界扩散或回火热处理后进行镀膜处理具有膜层与磁体结合力较低等弊端。虽然有专利提供了通过钝化液钝化或者阳极氧化法等方法以提高Al镀层硬度，但工艺复杂，而且会产生废液，使得PVD法的优势大打折扣。Cr镀层耐腐蚀性良好，硬度较高，有较美观的金属光泽。然而，用PVD法在烧结钕铁硼磁体表面沉积的Cr镀层，与基体结合力差，脆性大，使用过程中容易崩落。有学者提出用PVD法在烧结钕铁硼表面沉积Cr/Cr₂O₃或Al/Al₂O₃多层膜，以提高镀层硬度、增加耐磨性，但此工艺在工业生产中工艺复杂，生产成本高。

据已有报道，微量的非稀土金属元素，如铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、镁(Mg)等合金可加入至钕铁硼磁体中优化磁体组织结构，在不牺牲剩磁的条件下提高矫顽力。相比于传统的稀土晶界扩散，其更节省稀土元素的用量，而且能提高磁体的耐腐蚀性能。其中Al原子可进入钕铁硼主相中，替换硼(B)原子的位置，形成各向异性场更高的Nd-(Fe,Al)相；Al也可起到促进形成薄层状富钕相的作用，增加主相晶粒之间的去磁耦合作用，从而提高磁体矫顽力。而Cr原子则可部分替代主相中的铁(Fe)原子，亦可提高磁体矫顽力。同时Al、Cr两种金属是两种具有表面钝化作用的金属，具有良好的耐腐蚀性能。

因此，如何更好地结合磁体晶界扩散以及表面镀膜工艺，以简单、低成本的工艺制备出矫顽力较高、耐磨耐蚀性能好的钕铁硼磁体，是目前对商用钕铁硼急需解决的问题之一。

发明内容