含有微量氮REFEB系永磁材料的制备方法.pdf

本发明涉及含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，包括步骤(1)将原材料按设计配方要求配料，(2)速凝鳞片，(3)氢粉碎，(4)低温氮气保护或氩气保护的中破碎，(5)低温氮气保护或氩气保护的气流磨，(6)混料，(7)成型，(8)烧结，(9)时效，(10)加工检测，所有物料转化过程采用全密封控制。本发明制备的Re-Fe-B系稀土永磁体只含有微量氮，且磁体的防腐性能大大提高。

1、  含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，包括步骤(1)将原材料按设计配方要求配料；(2)速凝薄带；(3)把速凝薄带放入旋转式氢化炉中，吸氢再脱氢，脱氢完之后采用反应釜风冷或水冷使氢化粉冷却到室温；(4)用高速磨机或锥磨等设备使氢化粉进一步磨细至20目以下；(5)利用气流将粉末颗粒加速到音速使之磨成2.8-4um的细粉；(6)将粉末压制成压坯；(7)将压坯在真空烧结炉中烧结；(8)将烧结后的压坯在真空烧结炉中两级进行热处理，其特征在于所述步骤(3)中把速凝薄带放入旋转式氢化炉中，升温至100～200℃保温30～60分钟充入分压为0.03～0.05的氩气环境下吸氢，吸氢压力为0.1～0.2MPa，脱氢时采用真空，温度为480℃～580℃脱氢且每隔30分钟内充入0.01Mpa-0.05Mpa的分压氩气，最终脱氢到真空度0.5pa以下。

2、  根据权利要求1所述的含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(4)中通过使循环气体达到小于等于10℃氮气保护或氩气保护用设备使氢化粉进一步磨细。

3、  根据权利要求1所述的含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(5)中保护气体用氩气或保持小于10℃的氮气作循环气体保护利用气流将粉末颗粒磨成细粉。

4、  根据权利要求1所述的含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(7)中烧结过程在250～600℃毛坯收缩阶段充入100-500pa的氩气，并在600℃～650℃时烧结炉内真空度p＜5pa时再继续升温。

5、  根据权利要求1所述的含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(3)脱氢完之后采用冷却设备使氢化粉冷却到室温。

6、  根据权利要求1或3所述的含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(5)用纯氧或经过干燥的压缩空气调节气流磨氧含量使细粉少量吸氧表面钝化。

7、  根据权利要求4所述的含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(7)中所述毛坯收缩阶段每间隔5～30分钟充入氩气。

含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种稀土永磁材料的制备方法，具体涉及一种制备含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的方法。
背景技术
以Re₂Fe₁₄B型化合物为主相的烧结Re-Fe-B系稀土磁体，作为永磁材料中最高性能而为人所知，已被广泛应用于能源、交通、机械、医疗、计算机、家电等领域。为适应当今产品轻、薄、小的需求发展趋势，要求磁体性能大幅提高。目前现有技术中用于采用氢气破碎法制造高性能烧结Re-Fe-B系永磁材料，氮含量不能控制在300ppm以内。采用将鳞片薄带(SC)合金在氢气气氛下吸氢破碎后仍有800-2000ppm的氢气量保留在氢化粉中，因氢气在氢化粉中储存大大降低了钕铁硼化合物吸氮的温度，基本上在50℃时就有吸氮现象，甚至在高压(0.6-0.8Mpa时)30℃就开始与氮发生反应。
目前采用的制备方法为：1原材料→2速凝薄带→3氢粉碎→4中破碎5气流磨→6混料→7成型→8烧结→9时效→10加工检测。从第4步开始中破碎、气流磨、混料、成型、烧结的过程中，都会与氮接触而使氮含量逐步增加，从而使磁体达到400-2000ppm的氮含量，在已公开采用全密封工艺条件下也只能保证氮含量在436-675ppm以内，从而影响磁体的性能提高和防腐性能的改善。目前在专利文献中只是提到氮作为杂质元素在磁体是不可避免的存在，均未指出使磁体含有微量氮(≤300ppm)的作用以及使磁体含微量氮(≤300ppm)的制造方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种制备的Re-Fe-B系稀土永磁体只含有微量氮，且磁体的防腐性能大大提高的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，包括步骤(1)将原材料按设计配方要求配料；(2)速凝薄带；(3)把速凝薄带放入旋转式氢化炉中，吸氢再脱氢，脱氢完之后采用反应釜风冷或水冷使氢化粉冷却到室温；(4)用高速磨机或锥磨等设备使氢化粉进一步磨细至20目以下；(5)利用气流将粉末颗粒加速到音速使之磨成2.8-4um的细粉；(6)将粉末压制成压坯；(7)将压坯在真空烧结炉中烧结；(8)将烧结后的压坯在真空烧结炉中两级进行热处理，所述步骤(3)中把速凝薄带放入旋转式氢化炉中，升温至100～200℃保温30～60分钟充入分压为0.03～0.05的氩气环境下吸氢，吸氢压力为0.1～0.2MPa，脱氢时采用真空，温度为480℃～580℃脱氢且每隔30分钟内充入0.01Mpa-0.05Mpa的分压氩气，最终脱氢到真空度0.5pa以下，使氢化粉的氢含量在小于等于600ppm。
含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，所述的步骤(4)中通过使循环气体达到小于等于10℃氮气保护或氩气保护用设备使氢化粉进一步磨细。
含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，所述的步骤(5)中保护气体用氩气或保持小于10℃的氮气作循环气体保护利用气流将粉末颗粒磨成细粉。
含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，所述的步骤(7)中烧结过程在250～600℃毛坯收缩阶段充入100-500pa的氩气，并在600℃时烧结炉内真空度p＜5pa时再继续升温。
含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，所述的步骤(8)中所述的两级热处理为900～920℃时2～4小时和440～600℃时2～4小时进行热处理。
含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，所述的步骤(3)脱氢完之后采用设备使氢化粉冷却到室温。
含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，所述的步骤(5)用纯氧或经过干燥的压缩空气调节气流磨氧含量使细粉少量吸氧表面钝化。
含有微量氮Re-Fe-B系永磁材料的制备方法，所述的步骤(7)中所述毛坯收缩阶段每间隔5～30分钟充入氩气。
本发明采用特殊吸氢脱氢工艺和低温氮气或氩气中破碎和气流磨工艺以及特殊烧结脱氢等技术降低磁体的氮含量，当氮含量≤300ppm以后，氮的有害作用已降至微乎其微，且磁体的防腐性能大大提高，本发明通过对熔炼到烧结全流程相关设备根据低氮工艺特殊控制要求的改造以及设备参数调整而实现。
本发明的含微量氮的烧结Re-Fe-B系磁体具有以下优点：
1、不需要因氮含量存在消耗部分稀土，降低了稀土总量，特别是昂贵的重稀土镝和铽(Dy，Tb)的用量可以进一步减少且到达相同的性能。
2、容易使磁体性能达到：
Hcj+(BH)max≥63或Hcj+(BH)max≥64(当hcj大于20时)或Hcj+(BH)max≥65(当hcj大于25时)以上高品质烧结Re-Fe-B系永磁体，能达到相同磁路效果减少磁体用量。
3、耐蚀性显著的提高，本发明方案作出的磁体在0.2Mpa、100％RH湿度失重测试条件下504小时磁体失重控制在1.8mg/cm2以内，为作风力发电机和汽车电机以及特种大功率电机用表面不涂覆的磁体打下基础。
对普通工艺制备的磁体和本发明方法制备的含微量氮的磁体各项参数的对比如下表所示：


由此可知磁体氮含量的增加导致密度、矫顽力(jhc)、剩磁(Br)、磁能积和矫顽力之和(jhc+(BH)max)以及最大磁能积(BH)max都下降，jhc+(BH)max在氮含量平均201ppm的条件下达到66.0MGsOe，而氮含量平均702ppm时为62.1MGsOe；磁体失重在144小时时相差7.16mg/cm2，而磁体失重在504小时普通方案和本发明方案分别为37.28mg/cm2和1.53mg/cm2，反应了本发明方案含氮量低的磁体长时间防腐的能力，当超过876ppm时各项指标急剧恶化。
具体实施方式
实施例1
(1)原材料采用各种纯金属Nd，Pr，Dy，Al，Ga.Co，Fe和合金B-Fe，Nb-Fe等按设计配方要求配料；
(2)通过真空熔炼法使各种原材料形成熔融的合金液，然后将熔融的合金液浇铸冷却在1m/s线速度有急冷铜辊上，使钢液形成0.3mm厚的速凝薄带；
(3)氢粉碎：把速凝薄带放入旋转式氢化炉中，升温至100℃保温30分钟充入分压为0.03的氩气环境下吸氢，吸氢压力为0.1MPa，脱氢时采用真空高温480℃脱氢且每隔30分钟内充入0.01Mpa的分压氩气，最终脱氢到真空度0.5pa以下，脱氢完之后采用反应釜风冷或水冷使氢化粉冷却到室温，使氢化粉的氢含量在600ppm以内，使氢化粉留下少量氢在烧结时具有还原性气氛又不至于氢含量太高使Re-Fe-B系粉末在过程中吸氮；
(4)中破碎，通过使循环气体达到10℃以内氮气保护或氩气保护用高速磨机或锥磨等设备使氢化粉进一步磨细至20目以下；
(5)气流磨微粉碎：用纯氧或经过干燥的压缩空气调节气流磨氧含量使微粉少量吸氧表面钝化，减少后续过程的吸氧使微粉温度升高导致吸氮，气流磨的保护气体用氩气或系统永远保持10℃以下的氮气作循环气体保护磨成4um的细粉。
(6)压型，模压加冷等静压或橡皮模压支将粉末压制成压坯，压型的过程在全密封的环境下完成。
(7)烧结，将压坯在真空烧结炉中1040-1080℃温度下烧结，在250℃毛坯收缩阶段每5分钟充入到100pa的氩气，并使产品在600℃时烧结炉内真空度p＜5pa时再继续升温。
(8)时效，将烧结后的压坯在真空烧结炉中两级(900-920)℃*(2-4)小时和(440-600)℃*(2-4)小时进行热处理，改善组织中富稀土相的分布，提高永磁体的Hcj。
实施例2
步骤(3)的氢粉碎：把速凝薄带放入旋转式氢化炉中，升温至200℃保温60分钟充入分压为0.05的氩气环境下吸氢，吸氢压力为0.2MPa，脱氢时采用真空高温580℃脱氢且每隔30分钟内充入0.05Mpa的分压氩气，最终脱氢到真空度0.5pa以下，脱氢完之后采用反应釜风冷或水冷使氢化粉冷却到室温，使氢化粉的氢含量在500ppm，使氢化粉留下少量氢在烧结时具有还原性气氛又不至于氢含量太高使Re-Fe-B系粉末在过程中吸氮；
步骤(7)烧结，将压坯在真空烧结炉中1040-1080℃温度下烧结，在600℃毛坯收缩阶段每30分钟充入到500pa的氩气，并使产品在650℃时烧结炉内真空度p＜5pa时再继续升温。
其余步骤同实施例1。
实施例3
步骤(3)的氢粉碎：把速凝薄带放入旋转式氢化炉中，升温至150℃保温45分钟充入分压为0.04的氩气环境下吸氢，吸氢压力为0.15MPa，脱氢时采用真空高温500℃脱氢且每隔18分钟内充入0.04Mpa的分压氩气，最终脱氢到真空度0.3pa以下，脱氢完之后采用反应釜风冷或水冷使氢化粉冷却到室温，使氢化粉的氢含量在550ppm，使氢化粉留下少量氢在烧结时具有还原性气氛又不至于氢含量太高使Re-Fe-B系粉末在过程中吸氮；
步骤(7)烧结，将压坯在真空烧结炉中1040-1080℃温度下烧结，在630℃毛坯收缩阶段每18分钟充入到350pa的氩气，并使产品在620℃时烧结炉内真空度p＜5pa时再继续升温。
其余步骤同实施例1。