本發(fā)明屬于稀土永磁材料領(lǐng)域，尤其涉及一種改性釹鐵硼磁體和其制造方法。
背景技術(shù)：
磁體是能夠產(chǎn)生磁場的物質(zhì)，具有吸引鐵磁性物質(zhì)如鐵、鎳、鈷等金屬的特性。磁體一般分為永磁體和軟磁體，軟磁體的極性是隨所加磁場極性而變化的，經(jīng)常用作導(dǎo)磁體和電磁體的材料；而永磁體即硬磁體，能夠長期保持其磁性的磁體，不易失磁，也不易被磁化。因而，無論是在工業(yè)生產(chǎn)還是在日常生活中，硬磁體最常用的強(qiáng)力材料之一。
早在18世紀(jì)就出現(xiàn)了人造磁體，但制造更強(qiáng)磁性材料的過程卻十分緩慢，直到20世紀(jì)30年代制造出鋁鎳鈷磁體(AlNiCo)，才使磁體的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。隨后，20世紀(jì)50年代制造出了鐵氧體(Ferrite)，60年代，稀土永磁的出現(xiàn)，則為磁體的應(yīng)用開辟了一個(gè)新時(shí)代，第一代釤鈷永磁SmCo5，第二代沉淀硬化型釤鈷永磁Sm2Co17，迄今為止，發(fā)展到第三代釹鐵硼永磁材料(NdFeB)。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，燒結(jié)釹鐵硼磁體的磁性能不斷提高，其中剩磁Br和最大磁能積(BH)max已經(jīng)接近極限值，然而燒結(jié)NdFeB的實(shí)際矯頑力只有理論值的30％左右，因此，提高矯頑力是提高燒結(jié)釹鐵硼磁體綜合性能的關(guān)鍵。而目前提高矯頑力的方法主要通過直接在熔煉釹鐵硼磁體時(shí)加入重稀土來提高矯頑力，但這種方法在提高矯頑力的同時(shí)會(huì)明顯降低剩磁和磁能積。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種改性釹鐵硼磁體和其制制造方法，本發(fā)明中的改性釹鐵硼磁體能有效提高磁體矯頑力，同時(shí)剩磁和磁能積基本不變。
本發(fā)明提供一種改性釹鐵硼磁體，由釹鐵硼磁體和改性劑制得；
所述改性劑包括輕稀土、Al、Cu和Ga中的一種或幾種。
優(yōu)選的，所述改性劑選自Al、Cu和Ga中的一種或幾種，或者選自Al、Cu和Ga中一種或幾種與輕稀土的組合。
優(yōu)選的，所述輕稀土包括鐠和/或釹。
優(yōu)選的，當(dāng)所述改性劑選自Al、Cu和Ga中一種或幾種與輕稀土的組合時(shí)，所述輕稀土在改性劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60～98％。
優(yōu)選的，所述改性劑的粒徑為1～20μm。
優(yōu)選的，所述釹鐵硼磁體為SH釹鐵硼磁體或UH釹鐵硼磁體。
本發(fā)明提供一種改性釹鐵硼磁體的制備方法，包括以下步驟：
A)將改性劑的懸浮液涂覆在釹鐵硼磁體的表面，得到釹鐵硼磁體半成品；
所述改性劑的懸浮液包括改性劑和有機(jī)溶劑；
所述改性劑包括輕稀土、Al、Cu和Ga中的一種或幾種；
B)將釹鐵硼磁體半成品進(jìn)行熱處理，得到改性釹鐵硼磁體。
優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑包括汽油、乙醇和丙烯酸中的一種或幾種。
優(yōu)選的，所述改性劑的懸浮液的質(zhì)量濃度為20～50％。
優(yōu)選的，所述熱處理具體包括以下步驟：
將釹鐵硼磁體半成品依次進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散熱處理和低溫回火熱處理，得到改性釹鐵硼磁體；
所述高溫?cái)U(kuò)散處理的溫度為700～1000℃；所述低溫回火處理的溫度為350～750℃。
本發(fā)明提供一種改性釹鐵硼磁體，由釹鐵硼磁體和改性劑制得；所述改性劑包括輕稀土、Al、Cu和Ga中的一種或幾種。本發(fā)明采用輕稀土、Al、Cu和Ga中的一種或幾種對(duì)釹鐵硼磁體進(jìn)行改性，改性劑被磁體吸收后有效提高了釹鐵硼磁體的矯頑力，同時(shí)有效抑制了剩磁和磁能積的下降。另外，本發(fā)明中改性劑于現(xiàn)有的重稀土改性劑而言，原料來源豐富，成本低廉。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本申請(qǐng)中的改性釹鐵硼磁體的矯頑力相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)最高提高50％，并且剩磁和磁能積基本沒有下降。
本發(fā)明還提供了一種改性釹鐵硼磁體的制造方法，本發(fā)明采用表面滲透的方法制備改性釹鐵硼磁體，先將含有改性劑的懸浮液涂覆在釹鐵硼磁體表面，然后進(jìn)行擴(kuò)散熱處理，使改性劑中的輕稀土元素和金屬元素沿晶界擴(kuò)散到主相晶粒表層。與現(xiàn)有的熔煉時(shí)加入重稀土的制備方法相比，本申請(qǐng)中表面滲透的方法能夠進(jìn)一步的提高釹鐵硼磁體的矯頑力。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種改性釹鐵硼磁體，由釹鐵硼磁體和改性劑制成；
所述改性劑包括輕稀土、Al、Cu和Ga中的一種或幾種。
本發(fā)明對(duì)所述釹鐵硼磁體的來源沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的普通釹鐵硼磁體即可。為了更好的提高釹鐵硼磁體的性能，本發(fā)明優(yōu)選采用與成品尺寸接近的釹鐵硼磁體。本發(fā)明對(duì)釹鐵硼磁體的牌號(hào)種類沒有特殊的限制，可采用低矯頑力N類釹鐵硼磁體、中等矯頑力M類釹鐵硼磁體、高矯頑力H類釹鐵硼磁體、特高矯頑力SH類釹鐵硼磁體、超高矯頑力UH類釹鐵硼磁體或者極高矯頑力EH、AH類釹鐵硼磁體，本發(fā)明優(yōu)選采用SH釹鐵硼磁體或UH釹鐵硼磁體，具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可采用38UH、40UH、42SH、48SH或50SH型號(hào)的釹鐵硼磁體。
在本發(fā)明中，所述改性劑包括輕稀土、Al、Cu和Ga中的一種或幾種，優(yōu)選選自Al、Cu和Ga中的一種或幾種，或者選自Al、Cu和Ga中一種或幾種與輕稀土的組合。在本發(fā)明中，所述輕稀土可以是鐠(Pr)、釹(Nd)、鑭、鈰、钷、釤、銪、釓，優(yōu)選為鐠(Pr)和/或釹(Nd)。
當(dāng)所述改性劑選自Al、Cu和Ga中的一種或幾種時(shí)，所述改性劑可以是Al、Cu或Ga，也可以是Al、Cu和Ga這三種元素中任意兩種或三種的組合，如，Al和Cu，Al和Ga，或者Cu和Ga。
當(dāng)所述改性劑選自Al、Cu和Ga中一種或幾種與輕稀土的組合時(shí)，所述輕稀土在改性劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為60～98％，更優(yōu)選為70～95％，具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以是60％、70％、75％、80％、85％或90％。在本發(fā)明中，所述改性劑可以是輕稀土、Al和Cu，可以是輕稀土、Al和Ga，也可以是輕稀土、Cu和Ga。具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，組合方案可以是以下幾種：80％Nd+20％Al、50％Nd40％Pr+10％Cu、80％Nd+15％Al5％Ga、70％Pr+30％Cu、98％Pr+2％Al、75％Pr+10％Cu15％Al、70％Nd+30％Cu、60％Nd+10％Al、90％Nd+5％Ga5％Al、70％Pr 20％Nd+10％Cu、60％Pr20％Nd+20％Al或85％Pr+5％Ga10％Al。
在本發(fā)明中，所述改性劑優(yōu)選采用改性劑粉末，所述改性劑的粒徑優(yōu)選為1～20μm，更優(yōu)選為1～15μm，最優(yōu)選為2～6μm。
本發(fā)明還提供了一種改性釹鐵硼磁體的制造方法，包括以下步驟：
A)將改性劑的懸浮液涂覆在釹鐵硼磁體的表面，得到釹鐵硼磁體半成品；
所述改性劑的懸浮液包括改性劑和有機(jī)溶劑；
所述改性劑包括輕稀土、Al、Cu和Ga中的一種或幾種；
B)將釹鐵硼磁體半成品進(jìn)行熱處理，得到改性釹鐵硼磁體。
本發(fā)明優(yōu)選先將釹鐵硼磁體進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理的釹鐵硼磁體，然后在預(yù)處理的釹鐵硼磁體表面涂覆改性劑的懸浮液，得到釹鐵硼磁體半成品。
本發(fā)明為更好的提高釹鐵硼磁體的性質(zhì)，還優(yōu)選將釹鐵硼磁體加工為接近成品的尺寸的半成品，半成品取向方向的尺寸接近成品的尺寸，更優(yōu)選在此基礎(chǔ)上，將釹鐵硼磁體再進(jìn)行除油、清潔等預(yù)處理，使其表面平整、潔凈，以達(dá)到更好的涂覆效果。
本發(fā)明對(duì)所述釹鐵硼磁體的來源沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的釹鐵硼磁體即可，即釹鐵硼原料經(jīng)過配料、熔煉、破碎制粉、粉末取向壓制成型以及真空燒結(jié)等步驟后得到的釹鐵硼磁體，即再經(jīng)過表面處理和加工后，就可作為本發(fā)明中改性的基體釹鐵硼磁體。本發(fā)明中的釹鐵硼磁體與上文中的釹鐵硼磁體種類一致。
在本發(fā)明中，所述改性劑的懸浮液包括改性劑和有機(jī)溶劑，所述改性劑的懸浮液優(yōu)選為飽和狀態(tài)，其質(zhì)量濃度優(yōu)選為200～500％，更優(yōu)選為300～500％。所述改性劑的種類、用量和來源與上文中改性劑的種類、用量和來源一致，在此不再贅述。
在本發(fā)明中，所述有機(jī)溶劑優(yōu)選采用易揮發(fā)的有機(jī)溶劑，如汽油、乙醇和丙烯酸中的一種或幾種。本發(fā)明對(duì)改性劑和有機(jī)溶劑混合的條件沒有特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求或是質(zhì)量控制進(jìn)行調(diào)整，以能夠均勻混合并分散成懸浮液為優(yōu)選方案。
在本發(fā)明中，所述涂覆工藝優(yōu)選為涂抹、噴灑、浸泡或浸漬等方式，本發(fā)明優(yōu)選采用浸泡，即將釹鐵硼磁體浸入改性劑的懸浮液中，得到釹鐵硼磁體的半成品。本發(fā)明對(duì)所述涂覆的用量、時(shí)間、溫度等條件沒有特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況、產(chǎn)品要求以及質(zhì)量要求進(jìn)行自行調(diào)整，本發(fā)明優(yōu)選為滿足均勻全面涂覆即可。
然后，本發(fā)明將釹鐵硼磁體半成品進(jìn)行熱處理，得到改性釹鐵硼磁體。在本發(fā)明中，所述熱處理的溫度要低于磁體的燒結(jié)溫度。本發(fā)明優(yōu)選將所述熱處理分兩級(jí)進(jìn)行，首先將釹鐵硼磁體進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散處理，所述高溫?cái)U(kuò)散處理的溫度優(yōu)選為700～1000℃，更優(yōu)選為810～900℃，具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用810℃、880℃或850℃；所述高溫?cái)U(kuò)散熱處理的時(shí)間優(yōu)選為3～20小時(shí)，更優(yōu)選為5～15小時(shí)，最優(yōu)選為8～10小時(shí)，具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以是8小時(shí)、8.5小時(shí)或9小時(shí)；所述低溫回火處理的溫度優(yōu)選為350～750℃，更優(yōu)選為400～700℃，最優(yōu)選為500～600℃，具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以是500℃、510℃或520℃；所述低溫回火處理的時(shí)間優(yōu)選為1～8小時(shí)，更優(yōu)選為3～6小時(shí)，最優(yōu)選為4～5.5小時(shí)，具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以是4.5小時(shí)、5小時(shí)或5.5小時(shí)。
本發(fā)明優(yōu)選在真空或惰性氣體氣氛下進(jìn)行上述熱處理，所述真空度優(yōu)選為10-2MPa以下，本發(fā)明優(yōu)選將所述釹鐵硼磁體半成品放入燒結(jié)石墨盒中，然后將放有釹鐵硼磁體半成品的燒結(jié)石墨盒放入燒結(jié)爐中，進(jìn)行熱處理。
本發(fā)明提供一種改性釹鐵硼磁體，由釹鐵硼磁體和改性劑制得；所述改性劑包括輕稀土、Al、Cu和Ga中的一種或幾種。本發(fā)明采用輕稀土、Al、Cu和Ga中的一種或幾種對(duì)釹鐵硼磁體進(jìn)行改性，改性劑被磁體吸收后有效提高了釹鐵硼磁體的矯頑力，同時(shí)有效抑制了剩磁和磁能積的下降。另外，本發(fā)明中改性劑于現(xiàn)有的重稀土改性劑而言，原料來源豐富，成本低廉。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本申請(qǐng)中的改性釹鐵硼磁體的矯頑力相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)最高提高50％，并且剩磁和磁能積基本沒有下降。
本發(fā)明還提供了一種改性釹鐵硼磁體的制備方法，本發(fā)明采用表面滲透的方法制備改性釹鐵硼磁體，先將含有改性劑的懸浮液涂覆在釹鐵硼磁體表面，然后進(jìn)行擴(kuò)散熱處理，使改性劑中的輕稀土元素和金屬元素沿晶界擴(kuò)散到主相晶粒表層。與現(xiàn)有的熔煉時(shí)加入重稀土的制備方法相比，本申請(qǐng)中表面滲透的方法能夠進(jìn)一步的提高釹鐵硼磁體的矯頑力。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種改性釹鐵硼磁體和其制造方法進(jìn)行詳細(xì)描述，但不能將其理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
實(shí)施例1
將Al的粉末加入汽油中，形成質(zhì)量濃度為300％的懸濁液。
將經(jīng)熔煉、制粉、成型、燒結(jié)步驟制備的40UH磁體毛坯，加工為39*21.7*1.8mm(1.8為取向方向)的半成品，將半成品進(jìn)行加工、除油等預(yù)處理使其表面清潔平整；
然后將預(yù)處理后的半成品放入懸濁液中浸泡涂敷，使其表面均勻的涂有一層Al薄膜，再將半成品放置于燒結(jié)石墨盒中，將放有產(chǎn)品的石墨盒放入燒結(jié)爐中，抽真空至10-2Pa以下，氬氣中在880℃的溫度下，進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散一級(jí)熱處理8h，接著在510℃的溫度下，進(jìn)行低溫回火二級(jí)熱處理5.5h后，得到改性釹鐵硼磁體。
實(shí)施例2～3
按照實(shí)施例1中的方法制得改性釹鐵硼磁體，不同的是，分別采用Cu代替Al、乙醇代替汽油配制質(zhì)量濃度為350％的懸濁液；采用Ga代替Al、丙烯酸代替汽油配制質(zhì)量濃度為420％的懸濁液。
實(shí)施例4
將80％Nd+20％Al(重量比)的粉末加入乙醇中，形成懸濁液。
將經(jīng)熔煉、制粉、成型、燒結(jié)步驟制備的38UH磁體毛坯，加工為59.5*33.6*2mm(2為取向方向)的半成品，將半成品進(jìn)行加工、除油等預(yù)處理使其表面清潔平整；
然后將預(yù)處理后的半成品放入懸濁液中浸泡涂敷，使其表面均勻的涂有一層含Al的輕稀土的薄膜，再將半成品放置于燒結(jié)石墨盒中，將放有產(chǎn)品的石墨盒放入燒結(jié)爐中，抽真空至10-2Pa以下，氬氣中在810℃的溫度下，進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散一級(jí)熱處理8.5h，接著在520℃的溫度下，進(jìn)行低溫回火二級(jí)熱處理4.5h后，得到改性釹鐵硼磁體。
實(shí)施例5～6
按照實(shí)施例4中的方法制得改性釹鐵硼磁體，不同的是，分別采用50％Nd40％Pr+10％Cu代替80％Nd+20％Al、采用汽油代替乙醇配制質(zhì)量濃度為280％的懸濁液；采用80％Nd+15％Al5％Ga代替80％Nd+20％Al、采用丙烯酸能代替乙醇配制質(zhì)量濃度為500％的懸濁液。
實(shí)施例7
將70％Pr+30％Cu(重量比)的粉末加入汽油中，形成質(zhì)量濃度為360％懸濁液。
將經(jīng)熔煉、制粉、成型、燒結(jié)步驟制備的48SH磁體毛坯，加工為44.3*21*1.7mm(1.7為取向方向)的半成品，將半成品進(jìn)行加工、除油等預(yù)處理使其表面清潔平整；
然后將預(yù)處理后的半成品放入懸濁液中浸泡涂敷，使其表面均勻的涂有一層含Cu的輕稀土薄膜，再將半成品放置于燒結(jié)石墨盒中，將放有產(chǎn)品的石墨盒放入燒結(jié)爐中，抽真空至10-2Pa以下，氬氣中在850℃的溫度下，進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散一級(jí)熱處理9h，接著在500℃的溫度下，進(jìn)行低溫回火二級(jí)熱處理5h后，得到改性釹鐵硼磁體。
實(shí)施例8～9
按照實(shí)施例7中的方法制得改性釹鐵硼磁體，不同的是，分別采用98％Pr+2％Al代替70％Pr+30％Cu、采用乙醇代替汽油配制質(zhì)量濃度為420％的懸濁液；采用75％Pr+10％Cu15％Al代替70％Pr+30％Cu、采用丙烯酸代替汽油配制質(zhì)量濃度為280％的懸濁液。
實(shí)施例10
將70％Nd+30％Cu(重量比)的粉末加入汽油中，形成質(zhì)量濃度為300％懸濁液。
將經(jīng)熔煉、制粉、成型、燒結(jié)步驟制備的42SH磁體毛坯，加工為40*21*1.8mm(1.8為取向方向)的半成品，將半成品進(jìn)行加工、除油等預(yù)處理使其表面清潔平整；
然后將預(yù)處理后的半成品放入懸濁液中浸泡涂敷，使其表面均勻的涂有一層含Cu的輕稀土薄膜，再將半成品放置于燒結(jié)石墨盒中，將放有產(chǎn)品的石墨盒放入燒結(jié)爐中，抽真空至10-2Pa以下，氬氣中在930℃的溫度下，進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散一級(jí)熱處理7h，接著在550℃的溫度下，進(jìn)行低溫回火二級(jí)熱處理4.5h后，得到改性釹鐵硼磁體。
實(shí)施例11～12
按照實(shí)施例10中的方法制得改性釹鐵硼磁體，不同的是，分別采用60％Nd+10％Al代替70％Nd+30％Cu、采用乙醇代替汽油配制質(zhì)量濃度為260％的懸濁液；采用90％Nd+5％Ga5％Al代替70％Nd+30％Cu、采用丙烯酸代替汽油配制質(zhì)量濃度為400％的懸濁液。
實(shí)施例13
將70％Pr 20％Nd+10％Cu(重量比)的粉末加入汽油中，形成質(zhì)量濃度為420％懸濁液。
將經(jīng)熔煉、制粉、成型、燒結(jié)步驟制備的50SH磁體毛坯，加工為40*21*1.8mm(1.8為取向方向)的半成品，將半成品進(jìn)行加工、除油等預(yù)處理使其表面清潔平整；
然后將預(yù)處理后的半成品放入懸濁液中浸泡涂敷，使其表面均勻的涂有一層含Cu的輕稀土薄膜，再將半成品放置于燒結(jié)石墨盒中，將放有產(chǎn)品的石墨盒放入燒結(jié)爐中，抽真空至10-2Pa以下，氬氣中在750℃的溫度下，進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散一級(jí)熱處理10h，接著在450℃的溫度下，進(jìn)行低溫回火二級(jí)熱處理5h后，得到改性釹鐵硼磁體。
實(shí)施例14～15
按照實(shí)施例10中的方法制得改性釹鐵硼磁體，不同的是，分別采用60％Pr20％Nd+20％Al代替70％Pr 20％Nd+10％Cu、采用乙醇代替汽油配制質(zhì)量濃度為300％的懸濁液；采用85％Pr+5％Ga10％Al代替70％Pr20％Nd+10％Cu、采用丙烯酸代替汽油配制質(zhì)量濃度為360％的懸濁液。
本發(fā)明分別測試了實(shí)施例1～15中釹鐵硼磁體改性前后的性能，結(jié)果如表1所示。
表1本發(fā)明實(shí)施例1～15中釹鐵硼磁體改性前后的磁性能
由表1可以看出，40UH、38UH、42SH、48SH和50SH分別為熔煉時(shí)加入了重稀土的釹鐵硼磁體，其矯頑力只有17～20，而本申請(qǐng)實(shí)施例1～15中的改性釹鐵硼磁體的矯頑力均有明顯的提高，并且剩磁和磁能積基本不變。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。