CN102294471A - Nd-Fe-B永磁体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种Nd-Fe-B永磁体的除氢方法和烧结、回火方法。通用的Nd-Fe-B永磁体的除氢方法和烧结、回火是使用真空炉用电阻加热升温、保温的。本发明用微波照射所述成型体，将稀Nd-Fe-B永磁体烧结。以此方式使Nd-Fe-B永磁体有选择性地快速自加热，可以缩短，避免了该合金粉末的氧化和分解，可以抑制杂质的析出。同时，采用本发明的方法能够大幅度提高Nd-Fe-B永磁体在升温、保温过程中的热利用效率，显著缩短除氢、烧结和回火周期，降低生产成本，同时明显改善在除氢、烧结和回火过程中炉料表面与心部之间的温度差。

Description

Nd-Fe-B永磁体的制造方法

技术领域

本发明涉及Nd-Fe-B永磁体的制造方法，特别涉及采用微波加热技术对Nd-Fe-B永磁体的除氢方法和烧结、回火方法。

背景技术

烧结Nd-Fe-B永磁体广泛应用于计算机的硬件驱动设备、各种家用电器、电声设备、多媒体设备、电子仪器、仪表、医疗设备、工业电动机、风力发电机、以及汽车传感器、电动汽车和混合动力汽车的驱动电机等，已经成为现代工业和社会经济发展不可或缺的重要功能材料。

烧结Nd-Fe-B永磁体是用粉末冶金方法制造的：通过合金冶炼、制粉、取向压型、烧结、回火、以及表面防护处理、充磁工序来完成。

由于Nd-Fe-B合金中含有30～35％wt的稀土元素，容易被氧化而劣化永磁性能。在已有的烧结Nd-Fe-B永磁体的制造工序中，制粉是先将冶炼好的母合金装入真空炉中，抽真空后充入氢气；Nd-Fe-B合金具有强烈的吸收氢气的特性，并在吸氢反应的过程中释放出大量的热，同时，Nd-Fe-B合金发生剧烈的晶格膨胀，合金内部发生爆裂，合金被大幅度脆化，这一过程称为氢爆；这样处理的目的是为了使Nd-Fe-B合金很容易在下一步的气流磨过程中被粉碎至3～5μm这一最佳粒径。然而，氢爆处理完成后的合金粗粉还不能直接进行气流磨加工，还需要将合金粗粉中的大量氢气排走。因为若不将氢爆处理完成后的合金粗粉中的大量氢气及时排走，则会产生气流磨后微粉粒度分布不良、取向压型过程中取向度低劣、烧结过程中排气困难并产生密度不良等微观缺陷，导致磁体的最终磁性能恶化。将氢爆处理完成后的合金粗粉中的大量氢气排除的过程，称为除氢。现有的工艺是将合金粗粉升温到400～600℃，进行真空抽气排氢。

现有的除氢工艺通常是使用真空电阻炉加热升温、保温的。众所周知，电阻式加热是通过安装于炉膛内壁上的电发热体，把热量传递到炉料表面，再由炉料表面向心部传递。由于Nd-Fe-B材料属于金属间化合物，其热导率很低，加上粉末颗粒之间有气体或真空隔断，使得在除氢过程中升温效率很低。例如，一台500kg容量的氢化炉，填装满Nd-Fe-B合金后，完成一个吸氢、除氢循环过程需要长达20小时以上的时间。更为严重的是，这样的加热方式无法避免Nd-Fe-B合金粗粉表面与心部之间巨大的温度差，使得合金粗粉表面与心部之间的除氢程度发生显著差异，最终导致磁体的磁性能的不稳定。

另外，与上述原理类似，将气流磨加工后的Nd-Fe-B微粉经过取向压型后，在传统的电阻式真空炉中进行烧结、回火也存在同样的问题。一方面在真空环境下依靠电热的烧结、回火过程中升温效率很低，导致大量热能耗散，烧结、回火周期很长，生产效率低劣。例如，一台500kg容量的烧结炉，填装满Nd-Fe-B合金后，升温至1050℃进行烧结时，单单升温过程就需要长达10小时以上的时间。另外，为使填装在炉膛心部和边沿的Nd-Fe-B合金的温度一致，至少还需要3小时以上的保温时间。Nd-Fe-B合金在高温下的加热时间越长，其内部晶粒就会越粗大化，磁性能就越差。另一方面，Nd-Fe-B磁体的最终磁性能，特别是内禀矫顽力和退磁曲线方形度对烧结、回火温度非常敏感。由于工业上都是在炉腔内填装大量磁体进行回火处理，在真空环境下的电阻式加热过程中，炉料表面与心部之间巨大的温度差会直接造成同一炉中的磁体与磁体之间、以及每块磁体的内部与外表之间磁性能的显著差异。

另外，Nd-Fe-B微粉经过取向压型后的压坯必须经过900～1100℃烧结处理后，使压坯致密化，才能得到优异的永磁性能。在烧结过程中为避免氧化，必须在具有真空环境的烧结炉中进行，并且，在烧结致密化完成后，磁体需在低氧环境下冷却到300℃以下才能暴露于大气中。由于在真空环境下，特别是低于600℃时，炉料的传热效率很低，冷却速度很慢，这对生产效率产生严重的制约。

为优化磁性能，经烧结致密化的磁体还需经过回火处理。回火处理是在450～900℃，保温一段时间后冷却。出于同样的原因，冷却速度很慢，对生产效率会产生严重的制约。

近年来，微波加热技术迅速发展，已经广泛应用于各种物料的干燥、加热以及粉末烧结。微波是一种频率在300MHz～3000MHz的电磁波，微波加热是通过在材料内部产生微观电流，造成材料内部的介质耗散而发热。因此，微波加热不需要象传统的电阻式加热那样的传热过程，由微波发生器所产生的能量可直接由物料吸收而实现整体均匀升温。

如所周知，微波加热对被加热的物料具有强烈的选择性。例如，氧化铝陶瓷、石英以及有机绝缘材料等几乎不吸收微波，微波发生器产生的微波可以自由地穿过这些材料而几乎不损失能量；Nd-Fe-B合金具有良好的吸收微波能量的特性，因此，将Nd-Fe-B合金置于用氧化铝陶瓷、石英等不吸收微波的材料制作的容器内，便可实现对Nd-Fe-B合金的快速、均匀加热。另外，导电性能良好的金属材料如不锈钢、碳钢、铝、铜等对微波产生全反射，因此可以用导电性能良好的金属材料做成密封容器，使微波的作用局限在特定的范围内，防止微波泄漏而不损失微波的有效能量。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足而提出的，本发明的主要目的是提供一种Nd-Fe-B永磁体的除氢方法和烧结、回火方法。采用本发明的方法能够大幅度提高Nd-Fe-B永磁体在升温、保温过程中的热利用效率，显著缩短除氢、烧结和回火周期，降低生产成本，同时明显改善在除氢、烧结和回火过程中炉料表面与心部之间的温度差。

本发明的具体实施方式提供一种Nd-Fe-B永磁体的制造方法，包括以下步骤：Nd-Fe-B合金冶炼、制粉、取向压型、除氢、烧结和回火工序。其中除氢、烧结和回火工序是采用微波加热的方法进行的，由微波发生器所产生的能量直接由炉腔内的Nd-Fe-B永磁体吸收而实现整体均匀升温。

本发明的实施方式中，在将Nd-Fe-B永磁合金粉末取向压型之后，通过用微波照射所述成型体，将稀土Nd-Fe-B永磁体烧结。以此方式使Nd-Fe-B永磁体有选择性地快速自加热。由于不存在象电阻式加热方式那样的传热过程，稀土Nd-Fe-B压坯可被快速升温到900～1100℃。Nd-Fe-B永磁体的自加热所产生的热量将所述磁体粉末快速烧结，并使得整个样品被均匀地升高温度，因而可以得到晶粒和密度都很均匀，因而磁性能很均匀的烧结的Nd-Fe-B永磁体。通过微波照射，稀土Nd-Fe-B压坯或永磁体的温度可以很快升高到所需温度，所以加工时间可以成倍缩短。

根据本发明的一个方面，在所述烧结步骤中施加的微波的频率范围：300MHz～3000MHz，使得Nd-Fe-B永磁体可以在不产生辉光放电的情况下被快速、均匀地烧结。

根据本发明的另一方面，在所述烧结步骤中炉内真空度：大于1000Pa，或小于100Pa，优选大于2000Pa，或小于10Pa。

根据本发明的另一方面，在所述烧结步骤中烧结温度：900～1100℃，优选900～1080℃。

根据本发明的另一方面，在所述烧结步骤中在烧结温度下的保温时间：5～120分钟，优选15～60分钟。

本发明的实施方式中，在Nd-Fe-B永磁体烧结之后，随炉进行回火处理步骤。在本发明的一个方面，在所述回火步骤中回火温度：450～900℃，保温时间：5～120分钟；优选回火温度：800～900℃，保温15～60分钟；经过上述处理之后再在450～650℃保温15～60分钟。

烧结或回火处理完成后，优选用高纯度的氮气或氩气对炉料施行循环式快速冷却。

采用本发明的方法，Nd-Fe-B中氢离子的解析能大幅度降低，氢气从Nd-Fe-B合金中的逸出速度成倍提高。因此，大幅度提高了除氢、烧结和回火在升温、保温过程中的热利用效率，显著缩短加工周期，降低生产成本，同时明显改善在除氢、回火过程中炉料表面与心部之间的温度差，提高了工业化大批量生产中Nd-Fe-B永磁体的品质。

附图说明

图1根据本发明第一实施例的能进行氢爆和除氢的装置的侧视剖面图。

图2表示根据本发明第二实施例的能进行烧结、回火处理的装置的侧视剖面图。

图中，1表示微波发生器，2表示底座，3表示外炉壁，4表示冷却水腔，5表示内炉壁，6表示炉料支坐(可固定也可旋转)，7表示料盒，8表示Nd-Fe-B合金粗粉，9表示热电偶或红外测温装置，10表示真空抽气管道，11表示真空机组，12表示循环进气管，13表示循环气体冷却机组，14表示循环出气管，15表示Nd-Fe-B磁体。

具体实施方式

下面将参照附图具体说明根据本发明的优选实施例。

实施例一

图1表示根据本发明第一实施例的能进行氢爆和除氢的装置的侧视剖面图。该装置包含微波发生器1，装置由底座2支撑在外炉壁3上，冷却水腔4位于外炉壁3与内炉壁5之间。炉料支坐6支撑不吸收微波的料盒7，炉料支坐6与料盒7整体上位于由内炉壁5形成的腔体中。微波发生器产生的微波自由地穿过不吸收微波的料盒7，而被吸波性能良好的Nd-Fe-B合金粗粉8吸收，并将Nd-Fe-B合金粗粉加热。Nd-Fe-B合金粗粉的温度变化通过热电偶或红外测温装置9测出。由内炉壁5形成的腔体通过真空抽气管道10与真空机组11连接，通过真空机组11控制内炉壁5形成的腔体内的真空度。另外，由内炉壁5形成的腔体通过循环进气管12与循环气体冷却机组13连接，通过循环气体冷却机组13调节，以不与Nd-Fe-B合金粗粉8发生化学反应的氮气或氩气循环冷却Nd-Fe-B合金粗粉8。

本实施例中，在将经过氢爆工艺处理的Nd-Fe-B永磁合金粗粉8装入上述装置的料盒7内，通过用微波照射所述合金粗粉，将合金粗粉中的氢除去，以此方式使Nd-Fe-B永磁合金粗粉快速自加热，在5～120分钟内将温度升高到400～600℃。由Nd-Fe-B永磁合金粗粉的自加热所产生的热使得该磁体粗粉中的氢气快速析出，再通过真空机组排出到由内炉壁5形成的腔体之外，从而将Nd-Fe-B永磁合金粗粉中的氢除去。通过微波照射可以在数分钟内使得Nd-Fe-B永磁合金粗粉的内部和外部同时升高到所需温度，所以加工时间可以缩短，大幅度提高生产效率，并且Nd-Fe-B永磁合金粗粉的内部和外部氢含量均匀，以其制作的Nd-Fe-B永磁体的最终磁性能的不均匀度大幅度下降。在除氢完成后，用不与Nd-Fe-B合金粗粉8发生化学反应的氮气或氩气循环冷却Nd-Fe-B合金粗粉8，以进一步提高生产效率。

在本实施例中，微波发生器所产生微波的频率范围：300MHz～3000MHz，真空度范围：大于1000Pa，或小于100Pa，在这一频率和真空度范围，可以使Nd-Fe-B永磁合金粗粉在不产生辉光放电的情况下被快速、均匀地加热。真空度优选大于2000Pa，或小于10Pa。加热步骤中加热的温度控制在400～600℃，优选450～600℃。加热步骤中加热的时间控制在5～120分钟，优选5～60分钟。

实施例二

图2表示根据本发明第二实施例的能进行烧结和回火处理的装置的侧视剖面图。该装置包含微波发生器1，装置由底座2支撑在外炉壁3上，冷却水腔4位于外炉壁3与内炉壁5之间。炉料支坐6支撑不吸收微波的料盒7，炉料支坐6与料盒7整体上位于由内炉壁5形成的腔体中。微波发生器产生的微波作用于自由地穿过不吸收微波的料盒7，而被吸波性能良好的Nd-Fe-B合金磁体15吸收、加热。Nd-Fe-B合金磁体的温度变化，通过热电偶或红外测温装置9测出。由内炉壁5形成的腔体通过真空抽气管道10与真空机组11连接，通过真空机组控制内炉壁5形成的腔体内的真空度。另外，由内炉壁5形成的腔体通过循环进气管12与循环气体冷却机组13连接，通过循环气体冷却机组13调节，以不与Nd-Fe-B磁体15发生化学反应的氮气或氩气循环冷却。

本发明的实施方式中，在将Nd-Fe-B永磁合金粉末取向压型之后，通过用微波照射所述成型体，将稀土Nd-Fe-B永磁体烧结。以此方式使Nd-Fe-B永磁体有选择性地快速自加热。在很快将温度升高到900～1100℃。Nd-Fe-B永磁体的自加热所产生的热将该磁体粉末快速烧结，使得整个样品被均匀地升高温度。大幅度提高生产效率，并且Nd-Fe-B永磁合金的内部和外部温度均匀，因而晶粒度和致密度均匀，以其制作的Nd-Fe-B永磁体的最终磁性能的不均匀度大幅度下降。在烧结完成后，用不与Nd-Fe-B合金15发生化学反应的氮气或氩气循环冷却，以进一步提高生产效率。

在本实施例中，微波发生器所产生微波的频率范围：300MHz～3000MHz，真空度范围：大于1000Pa，或小于100Pa，在这一频率和真空度范围，可以使Nd-Fe-B永磁合金在不产生辉光放电的情况下被快速均匀地加热。加热步骤中加热的温度温度控制在900～1100℃，优选900～1080℃。加热步骤中加热的时间控制在5～120分钟，优选15～60分钟。

本发明的实施方式中，在Nd-Fe-B永磁体烧结之后，再进行回火处理步骤。回火温度：450～900℃，保温时间：5～120分钟；优选800～900℃，保温15～60分钟；之后再在450～650℃保温15～60分钟。同样地，在回火完成后，用不与Nd-Fe-B合金15发生化学反应的氮气或氩气循环冷却，以进一步提高生产效率。

采用本发明的方法，Nd-Fe-B合金中氢离子的解析能大幅度降低，氢气从Nd-Fe-B合金中的逸出速度成倍提高。因此，大幅度提高了除氢、烧结和回火在升温、保温过程中的热利用效率，显著缩短周期，降低生产成本，同时明显改善在除氢、烧结和回火过程中炉料表面与心部之间的温度差，提高了工业化大批量生产中Nd-Fe-B永磁体的品质。

Claims (11)

1.一种Nd-Fe-B永磁合金粗粉的除氢方法，包括如下步骤：将经过氢爆工艺处理的Nd-Fe-B永磁合金粗粉(8)装入料盒(7)内；将装有合金粗粉(8)的料盒(7)装载在炉料支坐(6)上，炉料支坐(6)位于由内炉壁(5)形成的腔体中；用真空机组(11)将所述腔体抽成真空，真空度范围为大于1000Pa、小于100Pa；利用位于外炉壁(3)附近的微波发生器(1)产生的微波照射所述合金粗粉(8)，通过Nd-Fe-B永磁合金粗粉(8)自加热所产生的热量使得该合金粗粉(8)中的氢析出；将析出的氢通过所述真空机组(11)排出到由内炉壁(5)形成的腔体之外；所述合金粗粉(8)的加热温度通过热电偶(9)进行监测，并通过循环气体冷却机组(13)进行调节；其中所述合金粗粉(8)的加热温度为400～600℃，加热时间为5～120分钟。

2.根据权利要求1所述的方法，其中微波发生器所产生微波的频率范围为300MHz～3000MHz。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述合金粗粉的加热温度为450～600℃，加热时间控为5～60分钟。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述腔体内的真空度大于2000Pa、小于10Pa。

5.一种Nd-Fe-B永磁合金体的烧结方法，包括如下步骤：将经过取向压型之后的Nd-Fe-B永磁合金体(15)装入料盒(7)内；将装有永磁合金体(15)的料盒(7)装载在炉料支坐(6)上，炉料支坐(6)位于由内炉壁(5)形成的腔体中；用真空机组(11)将所述腔体抽成真空，真空度范围为大于1000Pa、小于100Pa；利用位于外炉壁(3)附近的微波发生器(1)产生的微波照射所述永磁合金体(15)，通过Nd-Fe-B永磁合金体(15)自加热所产生的热量使得该永磁合金体中的残余气体析出；将析出的残余气体通过所述真空机组(11)排出到由内炉壁(5)形成的腔体之外；所述永磁合金体(15)的加热温度通过热电偶(9)进行监测，并通过循环气体冷却机组(13)进行调节；其中所述永磁合金体(15)的加热的温度为900～1100℃，加热时间为5～120分钟。

6.根据权利要求5所述的方法，其中微波发生器所产生微波的频率范围为300MHz～3000MHz。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述永磁合金体的加热温度为900～1080℃，加热时间控为15～60分钟。

8.根据权利要求5所述的方法，还包括回火处理步骤，对Nd-Fe-B永磁体烧结之后随炉进行回火处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其中回火温为450～900℃，保温时间为5～120分钟。

10.根据权利要求9所述的方法，其中回火温为800～900℃，保温时间为15～60分钟。

11.根据权利要求8所述的方法，包括回火之后在450～650℃保温15～60分钟的处理步骤。

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