阅读说明：本技术 提高烧结钕铁硼磁体性能的方法 (Method for improving performance of sintered neodymium-iron-boron magnet ) 是由 陈秀雷 彭众杰 朱晓男 相春杰 丁开鸿 于 2019-11-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种提高烧结钕铁硼磁体性能的方法,其属于钕铁硼磁体制作方法技术领域。包括如下工艺步骤：先将钕铁硼合金片进行粗破碎处理；将粗破碎后的合金片进行吸氢处理,然后再进行脱氢处理,向脱氢处理的钕铁硼合金片中加入润滑剂,使用气流磨以氮气介质进行磨粉,得到磁粉；向磁粉中混入润滑剂,经过磁场取向、成型、等静压、烧结、时效等过程,得到钕铁硼烧结磁体。本发明的有益效果是：改进的脱氢处理工艺能有效降低磁粉的氮化率,降低磁体中氮元素的含量,并且磁体中碳元素的含量也得到降低,从而在不降低剩磁的前提下,提高了矫顽力；改进的烧结工艺有效抑制了烧结过程中磁体微裂纹的产生,使磁体的力学性能得到改善。(The invention relates to a method for improving the performance of a sintered neodymium-iron-boron magnet, and belongs to the technical field of manufacturing methods of neodymium-iron-boron magnets. The method comprises the following process steps: firstly, coarsely crushing the neodymium iron boron alloy sheet; carrying out hydrogen absorption treatment on the alloy sheet after coarse crushing, then carrying out dehydrogenation treatment, adding a lubricant into the neodymium iron boron alloy sheet after dehydrogenation treatment, and grinding the neodymium iron boron alloy sheet into powder by using a nitrogen medium through an air flow mill to obtain magnetic powder; and mixing a lubricant into the magnetic powder, and performing the processes of magnetic field orientation, molding, isostatic pressing, sintering, aging and the like to obtain the neodymium iron boron sintered magnet. The invention has the beneficial effects that: the improved dehydrogenation treatment process can effectively reduce the nitridation rate of the magnetic powder, reduce the content of nitrogen element in the magnet and reduce the content of carbon element in the magnet, thereby improving the coercive force on the premise of not reducing residual magnetism; the improved sintering process effectively inhibits the generation of micro-cracks of the magnet in the sintering process, and improves the mechanical property of the magnet.)

提高烧结钕铁硼磁体性能的方法

技术领域

本发明涉及一种提高烧结钕铁硼磁体性能的方法，其属于钕铁硼磁体制作方法技术领域。

背景技术

钕铁硼磁体因优异的磁性能广泛应用于存储设备、电子元件、风力发电、电机等领域，随着应用领域的扩展，为了在恶劣条件下使用并满足其对磁性能要求，需要进一步提高其磁性能。目前批量钕铁硼产品的剩磁已经可以达到钕铁硼理论饱和磁化强度的百分之九十左右，而矫顽力在不加重稀土的条件下，尚难以达到理论值的三分之一，具有较大的提升空间。

钕铁硼磁体当前提高矫顽力最有效的方法是通过添加重稀土元素Dy、Tb等，取代主相Nd₂Fe₁₄B中的Nd元素。Nd₂Fe₁₄B的磁晶各向异性场常数HA＝5600KA/m，Dy₂Fe₁₄B的磁晶各向异性场常数HA＝12000KA/m，Tb₂Fe₁₄B的磁晶各向异性场常数为HA＝17600KA/m，由此可见，通过重稀土元素取代可以显著提高钕铁硼磁体的矫顽力。但是重稀土的价格较高，为了降低重金属元素用量，常采用晶界扩散方法对磁体进行重稀土元素渗透，但因扩散深度有限，该种方法仅适用于薄片磁体。

为了降低原料成本，减少重稀土使用量，依靠技术进步，优化生产过程中各工序的工艺方法成为重要的手段。近年来，晶粒细化工艺成为烧结钕铁硼行业内的重要趋势，为了获得较细的磁粉，行业内常用的工艺是先对钕铁硼合金进行氢破碎处理，再使用气流磨进行制粉，最后经过成型、烧结、时效等工序，得到钕铁硼磁体。经氢破碎的钕铁硼磁粉在气流磨磨粉过程中，因表面积增加，极易氧化和氮化，虽然磁粉粒度变细能够提高磁性能，但氧含量和氮含量的增加却会牺牲一部分磁性能。

中国专利CN106504838A提供了一种在550℃～600℃脱氢，控制脱氢时间在8h以下的工艺，目的是使氢处理粉具有较高的氢含量，增加了氢处理粉的脆性，达到提高磨粉效率的目的。中国专利CN106683814B将钕铁硼合金吸氢后脱氢再气流磨磨粉的工艺调整为合金吸氢后先气流磨制粉再脱氢。该方法提高了气流磨磨粉的效率，同时氢化物在磨粉过程中起到保护作用，减轻了粉的氧化和氮化，磨粉后再脱氢也可以提高磁粉成型取向时的取向度。但如果使用传统脱氢工艺即在500℃～600℃脱氢，仅通过减少脱氢时间达到部分脱氢的目的，残留的氢元素会以Nd₂Fe₁₄BH_X和Re-H_y的形式存在，其中Nd₂Fe₁₄BH_X会影响到成型过程中的取向度，不利于剩磁的提高。且如果残留的氢较多，后续烧结工艺不做特殊处理的话会导致脱氢过快，容易产生磁体裂纹，而如果在磨粉后再完全脱氢，则在之后的工序中磁粉因缺少氢元素保护，也容易氧化和氮化，且磁粉中添加的润滑剂在后续烧结脱气过程中会产生较多的碳元素残留，不利于性能的提高。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供一种提高烧结钕铁硼磁体性能的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种提高烧结钕铁硼磁体性能的方法，包括如下工艺步骤：

步骤一：先将由速凝薄带方法制备的钕铁硼合金片进行粗破碎处理；

步骤二：将粗破碎处理后的钕铁硼合金片在0.10Mpa～0.25Mpa的吸氢压力下进行吸氢处理，吸氢时间为1h～3.5h，然后再进行脱氢处理，得到脱氢处理后的钕铁硼合金片，脱氢处理的温度为300℃～400℃，脱氢处理时间为0.5h～5h；

步骤三：向脱氢处理后的钕铁硼合金片中加入润滑剂，使用气流磨以氮气介质进行磨粉，得到磁粉；

步骤四：向磁粉中混入润滑剂，经过磁场取向、成型、等静压、烧结、时效等过程，得到钕铁硼烧结磁体，烧结时首先从常温升温至250℃并保温2h，然后升温至550℃并保温2h，再升温至750℃并保温2h，最后升温至1010℃～1040℃并保温2h～5h。

优选地，步骤二中所述脱氢处理的温度为340℃～380℃，脱氢处理时间为1～3h。

优选地，步骤二中脱氢处理后的磁粉中的氢元素含量范围为300ppm～850ppm。

优选地，步骤四中烧结时，温度从550℃升温至750℃时，控制升温速率在1℃/min～4℃/min之间。

优选地，步骤四中烧结时，温度从550℃升温至750℃时，控制升温速率在2℃/min～3℃/min。

优选地，步骤四中成型后的生坯单重为最高600g。

本发明的有益效果是：钕铁硼合金片在吸氢后，形成Re₂Fe₁₄BHx和Re-Hy两种氢化物，其中Re为稀土类元素，由于脱氢温度为300℃-400℃，脱氢时间为0.5h-5h，在此温度范围内主要发生的反应为Re₂Fe₁₄BHx+Re-Hy—Re₂Fe₁₄B+x/2H₂+Re-Hy，即主要发生Re₂Fe₁₄BHx相的脱氢反应，而Re-Hy相则几乎没有发生脱氢反应。在气流磨磨粉过程中，比较容易氧化和氮化的富稀土相以Re-Hy的形式存在，可以有效的降低磁粉的氧化和氮化率。同时，富稀土相以氢化物的形式存在提高了磨粉效率。在之后的磁场取向成型过程中，主相中基本不含氢，也有利于提高磁粉取向度，增加磁体的剩磁。烧结过程中750℃温度段发生反应Re-Hy—Re+y/2H₂，释放出的氢与磁粉中残留的碳元素结合生成烃，排出毛坯，降低了毛坯中碳元素的含量，有利于提高磁体的矫顽力。而在550℃升温至750℃时，控制升温速率在1℃/min～4℃/min之间，能有效防止因脱氢过快而在磁体内部产生微裂纹，从而使磁体的力学性能得到保障。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

将成分PrNd含量为31.0wt.％，Dy含量为1.50wt.％，B含量为0.96wt.％，Co含量为1.0wt.％，Al含量为0.45wt.％，Cu含量为0.15wt.％，Ga含量为0.10wt.％，Ti含量为0.08wt.％，余量为Fe及不可避免的杂质，用速凝薄带方法制成薄带合金片，经过粗破碎后进行吸氢处理，吸氢压力为0.10Mpa～0.25Mpa，吸氢时间为1h～3.5h，然后在300℃～400℃脱氢，脱氢时间为0.5h～5h。脱氢后测试钕铁硼合金片中的氢元素含量。在进行脱氢处理后的磁粉中加入常规的酯类润滑剂，加入量为0.05wt.％，并混匀。使用气流磨进行磨粉，磨粉气体为氮气，磨粉粒度3.8μm，在气流磨粉中加入质量分数为0.10wt.％的酯类润滑剂。经过磁场取向、成型、等静压、烧结、时效过程，得到钕铁硼烧结磁体；磁场取向和成型在保护性气氛下进行(氩气或氮气气氛)，取向磁场强度为1.8T，压制生坯的单重为600g或以下。烧结、时效过程均在真空炉中进行，真空度在5×10^-1Pa以下；烧结工艺首先从常温升温至250℃保温2h，再升温至550℃保温2h，再升温至750℃保温2h，550℃升温至750℃时，控制升温速率在1℃/min～4℃/min之间。最后升温至1010℃～1040℃保温2h～5h，再进行常规时效处理。对最终得到的磁体进行碳、氮、氢元素含量测试，磁性能测试，并加工成5mm*5mm*35mm的标准件进行抗弯强度测试，测试五组。

实施例1

将成分PrNd含量为31.0wt.％，Dy含量为1.50wt.％，B含量为0.96wt.％，Co含量为1.0wt.％，Al含量为0.45wt.％，Cu含量为0.15wt.％，Ga含量为0.10wt.％，Ti含量为0.08wt.％，余量为Fe及不可避免的杂质，使用速凝薄带工艺制成薄带合金片后经过粗破碎后进行吸氢处理，吸氢压力为0.10Mpa，吸氢时间为3.5h，然后在300℃脱氢，脱氢时间为0.5h。脱氢后测试合金片中的氢元素含量，在进行脱氢处理后的磁粉中加入常规的酯类润滑剂，加入量为0.05wt.％，并混匀。使用气流磨进行磨粉，磨粉气体为氮气，磨粉粒度3.8μm，在气流磨粉中加入质量分数为0.10wt.％的酯类润滑剂。取向磁场强度为1.8T，压制生坯的单重为600g。烧结、时效过程均在真空炉中进行，真空度在5×10^-1Pa以下；烧结过程中，先升温至250℃保温2h，再升温至550℃保温2h，再升温至750℃保温2h，550℃升温至750℃时，控制升温速率为1℃/min。最后升温至1010℃保温5h，再进行常规时效处理。对最终得到的磁体进行碳、氮、氢元素含量测试，磁性能测试，并加工成5mm*5mm*35mm的标准件进行抗弯强度测试，测试五组。

表1实施例1样品测试结果

实施例2

按照与实施例1相同的成分，使用速凝薄带工艺制成薄带合金片后经过粗破碎，进行吸氢处理，吸氢压力为0.25Mpa，吸氢时间为1h，然后在400℃脱氢，脱氢时间为5h。在进行脱氢处理后的磁粉中加入常规的酯类润滑剂，加入量为0.05wt.％，并混匀。使用气流磨进行磨粉，磨粉气体为氮气，磨粉粒度3.8μm，在气流磨粉中加入质量分数为0.10wt.％的酯类润滑剂。取向磁场强度为1.8T，压制生坯的单重为600g。烧结、时效过程均在真空炉中进行，真空度在5×10^-1Pa以下；烧结过程中先升温至250℃保温2h，再升温至550℃保温2h，再升温至750℃保温2h，550℃升温至750℃时，控制升温速率为4℃/min。最后升温至1040℃保温2h后，进行常规时效处理。对最终得到的磁体进行碳、氮、氢元素含量测试，磁性能测试，并加工成5mm*5mm*35mm的标准件进行抗弯强度测试，测试五组。

表2实施例2样品测试结果

实施例3

按照与实施例1相同的成分，使用速凝薄带工艺制成薄带后经过粗破碎进行吸氢处理，吸氢压力为0.1Mpa，吸氢时间为3.5h，然后在360℃脱氢，脱氢时间为2h。在进行脱氢处理后的磁粉中加入常规的酯类润滑剂，加入量为0.05wt.％，并混匀。使用气流磨进行磨粉，磨粉气体为氮气，磨粉粒度3.8μm，在气流磨中加入质量分数为0.10wt.％的酯类润滑剂。取向磁场强度为1.8T，压制生坯的单重为400g。烧结、时效过程均在真空炉中进行，真空度在5×10^-1Pa以下；烧结过程中先升温至250℃保温2h，再升温至550℃保温2h，再升温至750℃保温2h，550℃升温至750℃时，控制升温速率为2.5℃/min。最后升温至1040℃保温2h后，进行常规时效处理。对最终得到的磁体进行碳、氮、氢元素含量测试，磁性能测试，并加工成5mm*5mm*35mm的标准件进行抗弯强度测试，测试五组。

表3实施例3样品测试结果

实施例4

按照与实施例1相同的成分，使用速凝薄带工艺制成薄带合金片后经过粗破碎，进行吸氢处理，吸氢压力为0.2Mpa，吸氢时间为2h，然后在350℃脱氢，脱氢时间为3h。在进行脱氢处理后的磁粉中加入常规的酯类润滑剂，加入量为0.05wt.％，并混匀。使用气流磨进行磨粉，磨粉气体为氮气，磨粉粒度3.8μm，在气流磨粉中加入质量分数为0.10wt.％的酯类润滑剂。取向磁场强度为1.8T，压制生坯的单重为500g。烧结、时效过程均在真空炉中进行，真空度在5×10^-1Pa以下；烧结过程中先升温至250℃保温2h，再升温至550℃保温2h，再升温至750℃保温2h，550℃升温至750℃时，控制升温速率为2℃/min。最后升温至1040℃保温3h后，进行常规时效处理。对最终得到的磁体进行碳、氮、氢元素含量测试，磁性能测试，并加工成5mm*5mm*35mm的标准件进行抗弯强度测试，测试五组。

表4实施例4样品测试结果

对比例1

按照与实施例1相同的成分，使用速凝薄带工艺制成薄带合金片经过粗破碎后进行吸氢处理，吸氢压力为0.1Mpa，吸氢时间为3.5h，然后在550℃脱氢，脱氢时间为5h。脱氢处理后的磁粉中加入常规的酯类润滑剂，加入量为0.05wt.％，并混匀。使用气流磨进行磨粉，磨粉气体为氮气，磨粉粒度3.8μm，在气流磨粉中加入质量分数为0.10wt.％的酯类润滑剂。取向磁场强度为1.8T，压制生坯的单重为600g。烧结、时效过程均在真空炉中进行，真空度在5×10^-1Pa以下；烧结过程中先升温至250℃保温2h，再升温至550℃保温2h，再升温至750℃保温2h，550℃升温至750℃时，控制升温速率为2.5℃/min。最后升温至1040℃保温2h后，进行常规时效处理。对最终得到的磁体进行碳、氮、氢元素含量测试，磁性能测试，并加工成5mm*5mm*35mm的标准件进行抗弯强度测试，测试五组。

表5对比例1样品测试结果

对比例2

按照与实施例1相同的成分，使用速凝薄带工艺制成薄带合金片后经过粗破碎后进行吸氢处理，吸氢压力为0.1Mpa，吸氢时间为3.5h，吸氢后先不脱氢。在吸氢磁粉中加入常规的酯类润滑剂，加入量为0.05wt.％，并混匀。使用气流磨进行磨粉，磨粉气体为氮气，磨粉粒度3.8μm。然后对气流磨粉进行脱氢处理，脱氢温度为550℃，脱氢时间为5h，测试脱氢粉的氢含量。在脱氢磁粉中加入质量分数为0.10wt.％的酯类润滑剂。取向磁场强度为1.8T，压制生坯的单重为600g。烧结、时效过程均在真空炉中进行，真空度在5×10^-1Pa以下；烧结过程中先升温至250℃保温2h，再升温至550℃保温2h，再升温至750℃保温2h，550℃升温至750℃时，控制升温速率为2.5℃/min。最后升温至1040℃保温2h后，进行常规时效处理。对最终得到的磁体进行碳、氮、氢元素含量测试，磁性能测试，并加工成5mm*5mm*35mm的标准件进行抗弯强度测试，测试五组。

表6对比例2样品测试结果

对比例3

按照与实施例1相同的成分，使用速凝薄带工艺制成薄带合金片经过粗破碎后进行吸氢处理，吸氢压力为0.1Mpa，吸氢时间为3.5h，然后在360℃脱氢，脱氢时间为2h。在脱氢处理后的磁粉中加入常规的酯类润滑剂，加入量为0.05wt.％，并混匀。使用气流磨进行磨粉，磨粉气体为氮气，磨粉粒度3.8μm，在气流磨粉中加入质量分数为0.10wt.％的酯类润滑剂。取向磁场强度为1.8T，压制生坯的单重为750g。烧结、时效过程均在真空炉中进行，真空度在5×10^-1Pa以下；烧结过程中先升温至250℃保温2h，再升温至550℃保温2h，再升温至750℃保温2h，550℃升温至750℃时，控制升温速率为7℃/min。最后升温至1040℃保温2h后，进行常规时效处理。对最终得到的磁体进行碳、氮、氢元素含量测试，磁性能测试，并加工成5mm*5mm*35mm的标准件进行抗弯强度测试，测试五组。

表7对比例3样品测试结果

实施例1、2、3、4与对比例1比较可知，当使用本发明中的脱氢工艺时，氢处理粉中的氢含量明显高于常规脱氢工艺后的氢含量，能有效的抑制气流磨粉磨时稀土相的氮化，明显降低最终磁体中的N含量。实施例1、2、3、4样品所对应的平均N含量分别为354ppm、445ppm、408ppm、417ppm，而对比例1样品的N含量却高达695ppm。本发明实施例中样品的C含量也明显低于实施例1中的C含量，说明氢处理粉中一定范围氢元素的存在可以在烧结过程中起到脱碳的作用。同时，因氢处理粉中残留的氢并不是在主相中存在，所以不会影响到成型取向过程中磁粉的取向，因此实施例样品的Br与对比例1和对比例2相比几乎没有降低，而矫顽力却因为N和C含量的降低而得到较大改善；比较实施例1、2、3、4与对比例3可以看出，当使用本发明改进的烧结工艺时，控制550℃至750℃段的升温速率在1℃/min～4℃/min之间，可避免因脱氢过快而在磁体中产生微裂纹，表现为实施例样品的抗弯强度明显高于对比例3样品。实施例中控制压坯的单重也是为了实现烧结过程中更好的脱氢，改善力学性能；比较实施例与对比例2，虽然对比例2通过先磨粉再脱氢的方式，降低了样品中的N含量，Hcj得到一定的改善，但对比例2中气流磨粉脱氢后，磁粉中H含量太低，几乎没有起到脱碳的作用。所以与实施例相比，对比例2样品的碳元素含量较高，矫顽力偏低。综上所述，本发明中提供的方法能有效降低磁体中N和C含量，提高磁性能，并改善力学性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。