CN1959878B - 一种纳米晶钕铁硼永磁块体的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种纳米晶钕铁硼永磁块体材料的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：首先将任意一种非晶钕铁硼粉末在没有任何添加剂的基础上直接压制成坯，然后装入电场活化压力辅助烧结设备的两冲头之间并夹紧，在高真空或回填N₂或惰性保护气体后，在压力为0-110MPa，烧结升温速率为0-2000℃/s，烧结温度范围为400-850℃，保温时间为1-45分钟的工艺条件下，实现非晶钕铁硼块体材料的晶化和烧结，冷却至室温时即可得到纳米晶钕铁硼永磁块体材料。这种方法具有瞬间升温，能在较低的温度下通过大电流短时烧结实现非晶粉末的晶化和烧结一体化，能有效抑制晶粒长大，且不破坏粉末的微观组织与性能的特点。

Description

一种纳米晶钕铁硼永磁块体的制备方法

技术领域

本发明是一种纳米晶钕铁硼永磁块体材料的制备方法，属于磁性材料领域。

背景技术

1983年，日本住友金属公司首次发明了钕铁硼永磁，由于它具有高的剩磁、高的矫顽力、高的磁能积以及良好的动态回复特性，迅速在世界范围内掀起一股开发研究热潮。目前纳米晶稀土永磁材料与器件是国内外重点研究和发展的稀土功能材料技术之一，纳米晶快淬NdFeB磁粉及粘结NdFeB磁体是率先走向实际应用的纳米晶稀土永磁材料与器件技术。因其磁性能一致性好、易成型、精度高、材料利用率高等优点，而广泛地应用于国民经济的各个领域，特别是在计算机工业、信息工业、汽车工业、核磁共振成象工业、DVD等音像工业方面，近年来，其市场需求增长量以每年30％的速度增长。钕铁硼永磁的开发和应用，已成为一项跨世纪的朝阳工业。

众所周知，粘结纳米晶钕铁硼永磁体的制备，要经历熔炼、快淬制备非晶薄带、非晶晶化、混料和模压成型等一序列工艺。在非晶晶化阶段，目前普遍采用传统的管式炉加热方法，温度场不均匀，经历时间长，容易造成晶化过程中晶粒长大；同时，从物理特性上看，纳米晶NdFeB磁粉有抗氧化，抗腐蚀能力差等缺陷，而后续制备过程中纳米晶钕铁硼磁粉不可避免要与空气接触，容易造成氧化；再加上粘结纳米晶钕铁硼永磁体是把钕铁硼磁粉与高分子材料及各种添加剂均匀混合制备而成的，引入了较多的非磁性成分而且致密度不高，这些导致了制备的粘结纳米晶钕铁硼永磁体磁性能往往不高，另外，为了获得良好的使用性能不得不在制备过程中增加防腐、防氧化等工序，进一步增加了生产周期，从而导致附加成本上升。为了获得高致密度、高性能、成本低的纳米晶钕铁硼永磁体，人们把制备方法转向了烧结。目前公认性能较好的MQII磁体是采用热压烧结法制备的，其原理是把NdFeB非晶粉末装入模具后，在加压的同时加热使粉末烧结成致密的制品。这种工艺的加热方式有感应加热和直接通电加热两类。直接通电加热的电流一般较小，升温速度一般小于50K/s，加热的时间较长，晶粒易粗化；单体生产，效率较低；模具寿命短，电能和压模消耗高，制品成本高；在MQII磁体的制备过程中，稀土含量一般超过13％，快淬粉末组织以Nd₂Fe₁₄B为主相，富Nd相包围在主相Nd₂Fe₁₄B的晶界上，在一定的温度下，低熔点的富Nd相就会熔化，使Nd₂Fe₁₄B浸泡在富Nd液相里面，因此该烧结过程为液相烧结，极易造成晶粒的长大，同时在一定的压力作用下，与加压方向平行的Nd₂Fe₁₄B晶粒由于应变能高而长大，从而导致晶粒长大不均匀。

针对上述不足，我们采用大电流电场活化压力辅助烧结的方法制备纳米晶钕铁硼永磁块体材料。该方法首先将未添加任何添加剂的非晶粉末直接压制成坯，然后施加连续的大电流作用于非晶块体样品，使其在较短的时间内实现晶化并在压力的辅助作用下使粉末烧结成块。由于该方法采用非晶NdFeB磁粉作为初始原料，有效的防止了后续工序中的氧化；同时，实现了晶化和烧结一体化，缩短了工序，又不需要模具支持，节约了成本；电场烧结不是液相烧结，不会导致经历长大不均匀；更为重要的是该方法具有瞬间升温，能在较低的温度下通过大电流短时烧结实现粉末的晶化和烧结成块，且不会破坏材料的微观组织与性能的特点，克服了传统晶化和烧结过程中的晶粒长大，有效的实现纳米晶钕铁硼的快速烧结。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种纳米晶钕铁硼永磁块体材料的制备方法。

本发明的技术方案是：首先将已经快淬后的非晶钕铁硼粉末在未添加任何添加剂的基础上直接压制成坯，将其装入大电流电场活化压力辅助烧结(the field-activated pressure-assistedsynthesis(FAPAS))设备的两冲头之间并夹紧(见图1)，对工作室抽真空后，保持腔体的高真空或回填N2或惰性保护气体，同时通过两冲头施加0-110MPa轴向压力并进行非晶钕铁硼永磁块体材料的晶化和烧结，保温一段时间后冷却至室温即得到纳米晶钕铁硼永磁块体材料。

电场活化压力辅助烧结(the field-activated pressure-assisted synthesis(FAPAS))设备带有单轴压力为0-110MPa的压力***、直流电流为0-1750A，电压为10V的能量供给体系、真空体系和冷却***。该设备的升温速率范围为0-2000℃/s，烧结温度范围为0-2000℃。升温速率和烧结温度设定后电流大小会根据升温速率和烧结温度自动加载和调节(典型的烧结温度曲线见图2)，其基本原理就是在压力的辅助作用下通过通大电流使样品产生大量的热(Q＝I²Rt)并烧结成块。因而它具有瞬间升温，能在较低的温度下通过大电流短时烧结实现非晶粉末的晶化和烧结成块，且不会破坏材料的微观组织与性能的特点，特别适合纳米晶钕铁硼永磁块体材料的制备。

上述烧结纳米晶钕铁硼永磁体，其烧结温度范围为：400-850℃。

上述烧结纳米晶钕铁硼永磁体，其保温时间为：1-45分钟。

附图说明：

图1.为电场活化压力辅助烧结的设备示意图

图2.为典型的电场活化烧结过程温度-时间曲线

具体实施方式

实施例1：

本实施例中将非晶Nd_11.5Dy_0.5Fe_75.9Nb₁Co_0.5B_6.1磁粉事先在压机上压制成初坯，初坯的密度为6.2g/cm³，成型体都为φ10mm的圆柱状试样。将其装入电场活化压力辅助烧结设备的两冲头之间并夹紧，对工作室抽高真空条件下进行无压烧结。烧结温度为700℃，升温速率为2000℃/s，保温时间5分钟，烧结完成后冷却至室温取出磁体。该烧结纳米晶钕铁硼磁体的磁性能为剩磁Br＝0.67T，磁感矫顽力H_cb＝376kA/m，内禀矫顽力H_cj＝700kA/m，最大磁能积(BH)_m＝68kJ/m³。

实施例2：

本实施例中，采用非晶Nd₁₁Fe₇₃Co₇Zr₃B₆磁粉，在压机上压制成型为初坯，初坯的密度为5.4g/em³，成型体都为φ10mm的圆柱状试样。钕铁硼初坯装入后，对工作室抽高真空，施加50MPa的压力，再在电场活化压力辅助烧结设备中烧结，烧结温度为550℃，升温速率为1000℃/s，保温时间20分钟，烧结完成后冷却至室温取出磁体。该烧结纳米晶钕铁硼磁体的密度为7.4g/cm³，磁性能为剩磁Br＝0.74T，磁感矫顽力H_cb＝410kA/m，内禀矫顽力H_cj＝840kA/m，最大磁能积(BH)_m＝95kJ/m³。

实施例3：

本实施例中，采用非晶Nd₁₁Fe₇₄Co₆Zr₃B₆磁粉，在压机上压制成型为初坯，初坯的密度为6.19g/cm³，成型体都为φ10mm的圆柱状试样。将初坯装入电场活化压力辅助烧结设备中，工作室抽高真空后回填Ar₂气到0.1MPa进行烧结。烧结过程中施加100MPa的压力，烧结温度为490℃，升温速率为1500℃/s，保温时间35分钟，烧结完成后冷却至室温取出磁体。该烧结纳米晶钕铁硼磁体的密度为6.6g/cm³，磁性能为剩磁Br＝0.62T，磁感矫顽力H_cb＝332kA/m，内禀矫顽力H_cj＝627kA/m，最大磁能积(BH)_m＝54kJ/m³。

Claims (3)

1.一种纳米晶钕铁硼永磁块体材料的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：首先将非晶钕铁硼粉末在未添加任何添加剂的基础上直接压制成坯，然后装入电场活化压力辅助烧结设备的两冲头之间并夹紧，再抽高真空或回填N₂或惰性保护气体，同时通过两冲头施加0-110MPa的轴向压力，并施加连续的大电流作用于非晶块体样品较短的时间，实现非晶钕铁硼永磁块体材料的晶化和烧结，冷却至室温时即可得到纳米晶钕铁硼永磁块体材料。

2.权利要求1所述纳米晶钕铁硼永磁块体材料的制备方法，其特征在于电场活化压力辅助烧结的升温速率为1000-2000℃/s，加压压力为0-110MPa，烧结温度范围为400-850℃，保温时间为1-45分钟。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的纳米晶钕铁硼永磁材料制备方法，其特征在于制备的纳米晶钕铁硼永磁块体材料的初始原料为自制或市售的任意一种非晶钕铁硼粉末。

Images