一種氫化鏑納米粉末摻雜制備各向異性NdFeB稀土永磁體的方法
【專利摘要】一種熱壓/熱變形法制備氫化鏑納米粉末摻雜NdFeB稀土永磁體的方法，屬于磁性材料【技術領域】。本發明采用放電等離子燒結技術，將NdFeB粉和DyH3納米粉的混合粉末經熱壓/熱變形制得各向異性NdFeB磁體，后經熱處理獲得一種高矯頑力的各向異性納米晶NdFeB磁體。當DyH3的添加量為1.0wt.％時，熱變形磁體經750℃退火后，相較于同溫度下未經摻雜熱變形磁體的矯頑力提高51.4％，剩磁降低3％。與傳統粉末冶金工藝相比，有Dy添加量少、矯頑力提高明顯、剩磁損害小的優勢。而且利用放電等離子燒結制備的熱變形納米晶NdFeB磁體在矯頑力、熱穩定性能、耐腐蝕性能以及力學性能方面也有提高。
【專利說明】一種氫化鏑納米粉末摻雜制備各向異性NdFeB稀土永磁體 的方法 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發明是一種采用放電等離子技術熱壓/熱變形法制備重稀土氫化物納米顆粒 摻雜的高矯頑力的熱變形NdFeB稀土永磁體的方法，屬于磁性材料【技術領域】。 【背景技術】
[0002] 燒結NdFeB稀土永磁體是迄今為止磁性最強的永磁材料，廣泛應用于電子、機電、 儀表和醫療等諸多領域，是當今世界上發展最快，市場前景最好的永磁材料。隨著混合動力 汽車的快速發展，要求工作溫度在200°C以上的高溫永磁體，因此，對NdFeB磁體的高溫磁 性能提出了更高的要求。
[0003] 普通NdFeB磁體在高溫時矯頑力下降劇烈，不能滿足使用要求。目前，主要是采用 在NdFeB磁體中摻雜Dy或者Tb元素來提高磁體的矯頑力，進而提高磁體的高溫磁性能。研 究表明在NdFeB中，Dy優先占據4f晶位，每份Nd被Dy置換形成Dy 2Fe14B，矯頑力會有很大 提高。此外Dy對磁性材料的微觀結構也有影響，能抑制晶粒的長大，這也是提高矯頑力的 另一原因。但是矯頑力并不是隨著Dy含量的增加而線性增加的，Dy含量較低時，矯頑力增 加很快，以后增加變的緩慢，原因是部分Dy溶入晶界夾雜相中，并沒有完全進入主相。Dy元 素的加入帶來的問題是M s與（BH)max降低，這是由于Dy原子的原子磁矩與Fe原子的原子磁 矩反平行，導致飽和磁化強度降低，進而導致M s與（BH)max降低。
[0004] 目前，主要采用熔煉母合金時直接加入Dy金屬的方法，但這種方法存在一些問 題，因為添加的Dy元素均勻分布于磁體中，使重稀土的添加量偏多，且剩磁降低明顯。因 此有人提出晶界擴散法，此種方法是采用重稀土元素 Dy在磁體表面涂覆，然后熱處理，使 重稀土元素擴散進入磁體內部的方法，該方法提出的模型如下：高于650°C時，富Nd相開 始熔融，這時涂覆于磁體表面的Dy通過富Nd相擴散到主相周圍，隨著溫度和時間的增加， Dy取代主相周圍的Nd，從而形成連續均勻的高Dy濃度殼層，形成殼層的厚度只有幾納米， 這就使得Dy2Fe 14B的形成量比較少，從而確保剩磁幾乎不降低，且矯頑力有較大提升。有研 究者通過表面氣相鍍覆Dy的方法，使磁體矯頑力從13. IkOe大幅增加到20. 4k0e，增幅為 55. 7%，剩磁從14. 4kGs降為14. 2kGs，同比降低幅度為1.4%。另外，也有人采用在DyF3 溶液內浸沾燒結NdFeB磁體的辦法，形成一層DyF3薄膜，而后熱處理，使磁體的矯頑力提升 66.7%。晶界擴散法也存在不足，一是受到擴散距離的限制，要求磁體的尺寸不宜過大；二 是這類方法需要在磁體表面涂覆一層稀土，擴散后磁體表面還會有稀土殘余，從而又造成 新的浪費。
[0005] 針對以上兩方面，我們前期提出一種新的制備方法，即首先制備DyH3的稀土納米 粉末，然后與NdFeB粉末混合，采用傳統粉末冶金法制備高矯頑力的NdFeB微米晶磁體,并 已經獲得專利授權。本申請在原有專利的基礎上，提出一項新的專利申請，即將DyH 3的稀 土納米粉末和商用磁粉（MQ粉）混合，采用與原有專利不一樣的方法，即放電等離子燒結 (SPS)技術熱壓/熱變形的方法，制備高矯頑力的各向異性納米晶NdFeB磁體，通過摻雜不 同含量的稀土 DyH3粉末來調整NdFeB磁體的矯頑力和磁性能。本申請與原有專利相比，獲 得的晶粒是納米級的晶粒，而原有專利方法獲得的是微米晶的晶粒。因此，本申請制備的磁 體矯頑力更高，且力學性能和抗腐蝕性能更好。
[〇〇〇6] 放電等離子燒結（SPS)是利用直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結方法，通過 調節脈沖直流電的大小控制升溫速率和燒結溫度。整個燒結過程可在真空環境中進行，也 可在保護氣氛中進行。燒結過程中，脈沖電流直接通過燒結粉體和模具，因此加熱系統的熱 容很小，升溫和傳熱速度快，與此同時，SPS還可在模具的上下壓頭施加一個可以調節的壓 力。所以利用SPS的快速熱壓/熱變形技術，能夠在高壓、低溫、快速的條件下，制備出高矯 頑力的各向異性納米晶的NdFeB磁體。熱壓/熱變形法自1985年Lee等首次報道以后，熱 變形NdFeB磁體的制備就受到大家的廣泛關注，其制備過程主要分為兩個步驟：第一步通 過燒結過程制備出納米晶的熱壓磁體；第二步將熱壓磁體放入變形模具中，通過變形過程 中晶粒之間的轉動及晶粒定向長大制備出納米晶的各向異性磁體。目前，實驗室已經可以 通過熱壓/熱變形方法制備出最大磁能積超過50MG0e的NdFeB磁體，但還沒有采用將DyH 3 與NdFeB粉末混合后采用SPS熱壓/熱變形制備NdFeB磁體。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是提供一種具有更高矯頑力、能夠節約昂貴的重稀土 Dy而降低成 本且使磁體更適宜在混合動力汽車等要求高溫領域使用的各向異性納米晶NdFeB磁體的 制備方法。
[0008] 本發明是一種使用放電等離子技術熱壓/熱變形法制備DyH3納米粉末摻雜的高 矯頑力的各向異性納米晶NdFeB磁體的方法，該方法主要包括下列步驟 ：
[0009] (1)利用氫電弧納米粉制備系統制備并收集DyH3納米粉，其粒徑為10?50nm ;
[0010] ⑵將不同重量百分比的DyH3納米粉與商業NdFeB磁粉（MQ粉）利用混料機進行 混合，一般DyH 3納米粉的摻雜比例為0. 5-2wt. % ;
[0011] ⑶熱壓階段:將步驟⑵混合好的磁粉裝入硬質合金模具內，使用放電等離子燒結 技術，在真空、壓力300MPa、630°C?670°C條件下熱壓獲得各向同性的納米晶NdFeB磁體；
[0012] (4)熱變形階段：將步驟（3)各向同性磁體放入石墨模具內，使用放電等離子燒結 技術，在真空、壓力30MPa、730°C?770°C的條件下熱變形，獲得不同尺寸的塊狀各向異性 納米晶NdFeB磁體；
[0013] (5)將步驟⑷熱壓/熱變形后的各向異性的納米晶NdFeB磁體在1 X l(T3Pa的 真空環境下，750°C下退火5h。
[0014] 本發明的有益效果
[0015] ⑴熱壓/熱變形工藝可以制作大塊磁體，解決了重稀土 Dy粉末涂覆晶界擴散對 磁體尺寸限制的問題，以及對重稀土浪費的問題；
[0016] (2)本發明采用DyH3代替Dy的納米顆粒獲得了具有高矯頑力和良好磁性能的磁 體，與純Dy納米粉相比，氫化物納米粉不易氧化，降低了控制含氧量的難度；
[0017] (3)與具有同等矯頑力的其他摻雜重稀土 Dy粉末的方法制備的磁體相比，本方法 重稀土用量少，可降低生產成本；
[0018] (4)在保證矯頑力明顯提高的同時，且剩磁幾乎不降低；
[0019] (5)獲得的熱變形納米晶NdFeB磁體，具有良好的磁性能、熱穩定性、耐腐蝕性能 及力學性能。
[0020] (6)由于熱壓/熱變形法的熱壓/熱變形溫度明顯低于傳統粉末冶金法的，因而 Dy元素能夠更加集中于晶界處而不擴散進入NdFeB主相晶粒中，因而能夠獲得更高的矯頑 力，并且能夠節約昂貴的重稀土 Dy而降低成本。同時，熱壓/熱變形法制備的磁體其晶粒 更加細小均勻，因而具有更高的矯頑力，且力學性能更好，使磁體更適宜在混合動力汽車等 要求高溫領域的使用。 【具體實施方式】
[0021] 以下結合【具體實施方式】對本發明作進一步說明，但本發明的保護范圍不僅限于下 述實施方式。
[0022] 實施例1
[0023] (1)采用氫電弧納米粉制備系統制備并收集DyH3納米粉，其粒徑為10?50nm ;
[0024] (2)在氬氣保護下，將0· 5wt. % DyH3的納米粉添加到NdFeB磁粉（MQ粉）中，利 用混料機混合均勻；
[0025] (3)熱壓階段：將混合好的磁粉裝入硬質合金模具內，使用放電等離子技術在真 空、300MPa、670°C條件下熱壓，獲得各向同性納米晶磁體；
[0026] (4)熱變形階段：將各向同性的磁體放入預設好尺寸的石墨模具內，使用放電等 離子燒結技術在真空、30MPa、770°C條件下熱變形，獲得塊狀的各向異性納米晶磁體；
[0027] (5)將熱壓/熱變形的各向異性磁體在IX 10_3Pa的真空下，在750°C下退火5h。
[0028] 對比例1
[0029] (1)將未添加 DyH3納米粉的NdFeB磁粉（MQ粉）裝入硬質合金模具內，使用放電 等離子燒結真空、300MPa、670°C熱壓，獲得各向同性磁體；
[0030] (2)熱壓階段：將各向同性磁體放入預設好尺寸的石墨模具內，使用放電等離子 燒結技術在真空、30MPa、750°C條件下熱變形獲得各向異性磁體；
[0031] (3)熱變形階段：將熱壓熱變形的各向異性磁體在lXl(T3Pa的真空環境下750°C 退火5h。
[0032]
【權利要求】
1. 一種熱壓/熱變形法制備高矯頑力的各向異性納米晶NdFeB磁體的方法，其特征在 于，包括下列步驟： (1) 利用氫電弧納米粉制備系統制備并收集DyH3納米粉，其粒徑為10?50nm ; (2) 將不同重量百分比的DyH3納米粉與NdFeB磁粉利用混料機進行混合，一般DyH3納 米粉的摻雜比例為0. 5-2wt. % ; (3) 熱壓階段：將步驟（2)混合好的磁粉裝入硬質合金模具內，使用放電等離子燒結技 術，在真空、壓力300MPa、630°C?670°C條件下熱壓獲得各向同性的納米晶NdFeB磁體； (4) 熱變形階段：將步驟（3)各向同性磁體放入石墨模具內，使用放電等離子燒結技 術，在真空、壓力30MPa、730°C?770°C的條件下熱變形，獲得塊狀各向異性納米晶NdFeB磁 體； (5) 將步驟（4)熱壓/熱變形后的各向異性的納米晶NdFeB磁體在IX l(T3Pa的真空 環境下，750°C下退火5h。
2. 按照權利要求1的方法，其特征在于，DyH3納米粉的摻雜比例為1. Owt. %。
【文檔編號】B22F1/00GK104103415SQ201410324696
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月9日 優先權日:2014年7月9日
【發明者】張東濤, 岳明, 王春國, 路清梅, 劉衛強, 吳瓊, 張紅國 申請人:北京工業大學