一种钕铁硼磁体的制备方法与流程

本发明涉及磁体制备，具体涉及一种钕铁硼磁体的制备方法。

背景技术：

1、钕铁硼磁体又称钕铁硼稀土永磁材料，磁体材料通过烧结、粘接以及热压/热变形等三种成型方式得到，钕铁硼磁体具有较高的矫顽力和高磁能级，因此能够在风力发电、电子元器件、航空航天以及新能源汽车等领域大量使用，在钕铁硼磁体中主要由nd2fe14b主相晶粒、富钕相和富硼相组成，决定钕铁硼磁体剩磁与磁能积的是nd2fe14b主相晶粒，富钕相分布于主相晶粒之间，形成磁交换耦合隔离，防止反磁化畴核的形成，进而提高矫顽力，因此对于提高nd2fe14b主相晶粒的性能矫顽力，主要是提高晶粒的连续均匀分布，将各个晶粒完美间隔开来，使得晶粒与晶粒之间的交换耦合作用降低。

2、现有技术在制备钕铁硼磁体前，主要通过化学的方法对钕铁硼的粉末进行表面改性，使得磁粉的表面形态得到改变，从而减少在稀土元素的影响下，钕铁硼粉末的化学活性增高所带来的易腐蚀氧化等现象，例如公开号为cn117831926a的专利文件中使用kh550对钕铁硼的磁粉进行表面改性，从而有利于磁粉与树脂的粘合，使磁体具备良好的防氧化效果，但是在期刊《矿业》2022年no.2中83-87熊君的研究中指出改性剂的添加量为2%时，就会使得钕铁硼磁粉的表面呈现“分布杂乱不规则且具有明显团聚现象”，在后续烧结过程中硅烷偶联剂在高温高压下会加速水解产生不必要的杂质，引入非磁物质，对于磁体的矫顽力的提升有着较大的不利影响。

3、因此在此基础上发展了晶界扩散这一技术手段，起初是通过增加晶界相的流动性，使得钕相包裹nd2fe14b主相晶粒实现矫顽力的大幅跃升，之后再加入低熔点合金进行扩散，从而增加晶界相的数量来提高矫顽力，最新的研究大多是通过磁控溅射在钕铁硼磁体表面镀上一层稀土元素dy再进行热处理，从而在晶界处形成（nd,dy）2fe14b的外壳，提高了稀土元素的利用率，例如公开号为cn117012537a的专利文件中将稀土元素与金属元素复合形成扩散层，然后制粉涂抹在钕铁硼磁体的表面进行二阶段高温处理，在钕铁硼主相晶界处形成重稀土包覆核壳结构，提升了磁体的室温磁性能，但是在烧结过程中，稀土元素在钕相中扩散较慢，在长时间的加热处理下，nd2fe14b主相晶粒异常长大，晶粒的结构被破坏，使得磁性丧失，矫顽力下降。

技术实现思路

1、为了解决晶界扩散过程中晶界扩散源运动较慢，导致nd2fe14b主相晶粒异常长大，从而降低钕铁硼磁体的矫顽力这一问题，本发明提供一种钕铁硼磁体的制备方法，具体包括以下步骤：

2、s1、将合金原料熔炼成合金片，氢破粉碎后得到钕铁硼磁粉，将钕铁硼磁粉与金属碳化物混合，金属碳化物的添加比例为钕铁硼磁粉重量的1-3%；

3、s2、混合后的磁粉压制形成生胚，生胚经热处理成型得到烧结钕铁硼永磁体；

4、s3、对烧结钕铁硼永磁体进行双层的蒸发镀、磁控溅射镀或多弧离子镀处理，形成双层扩散层，再次进行热处理，所述双层扩散层为铜扩散层与铜合金扩散层；

5、s4、对覆有双层扩散层的钕铁硼永磁体进行第一次退火，退火温度在675-845℃，时间为2-3h；再进行第二次退火，温度在400-500℃，保温4-5h，得到钕铁硼磁体。

6、本发明通过在钕铁硼的组分中添加特定量的金属碳化物，并在初步烧制完成得到的粗胚的基础上，进行晶界扩散用以提升钕铁硼磁体的性能，在粗胚的表面进行沉淀镀膜处理，形成特定的金属扩散层，在热处理过程中扩散层中的铜先进行扩散，并与之前加入的金属碳化物形成特殊的低熔点相进行扩散，cu能够充分润湿nd2fe14b主相晶粒的晶界，进而有助于双层扩散层中外层合金元素的扩散，在短时间内进行充分扩散，增加了晶界层的厚度，杜绝了nd2fe14b主相晶粒晶胞的异常生长，增加了钕铁硼磁体的矫顽力。

7、本发明除了金属碳化物与双层扩散层配合加速合金元素的扩散以外，还通过特定温度的两次退火处理，能够对金属碳化物中的碳元素进行溶解与偏析，从而使得碳原子在高温下稳定溶解于晶界相中，在降温过程中，碳原子从晶界相中偏析到晶界相的边界处，形成以nd2fe14b主相晶粒作为核，碳偏析所形成的金属碳化物为壳的核壳结构，从而间隔开各个nd2fe14b主相晶粒，提高钕铁硼磁体的矫顽力与其它性能。

8、在第一次退火温度的选择上，碳原子在675-845℃的温度范围内溶解于金属碳化物的金属体相中，过高温度会使得碳原子溶解于nd2fe14b主相晶粒中，过低则不会溶解；均匀扩散后，碳原子会在第二次退火温度400-500℃中缓慢地从金属体相中偏析至金属相的外部，第二次退火温度过高会使得偏析无法形成，温度过低则会造成偏析分布不均，核壳结构不完整。

9、进一步的，所述钕铁硼磁粉的粒径为3-15μm，所述金属碳化物为碳化铼、碳化镍或碳化铝中的一种，所述金属碳化物的粒径在3-7μm。

10、钕铁硼磁体的晶核越小其性能越强，其中nd2fe14b主相晶粒之间间隔的效果越好，但是过于细小的磁粉会导致加热过程中不正常的氧化，从而降低矫顽力。

11、进一步的，所述s2中生胚在1.4-2.0t的磁场中压制成型，所述压制的压力220-360mpa，压制时间为3-5min。

12、进一步的，所述s2热处理步骤中的温度为1030-1075℃，时间为3-6h，步骤s3热处理步骤中的温度为1030-1075℃，时间为1-3h。

13、在进行晶界扩散过程中能够缩短扩散时间即可达到较好的矫顽力提升。

14、进一步的，所述s3中双层扩散层的铜扩散层厚度为1-4μm，所述铜合金扩散层的厚度为6-10μm。

15、进一步的，所述铜合金的成分为cux-rey合金，所述20＜x＜30，70＜y＜80。

16、进一步的，所述所述re包括dy、tb、pr、sc、ce、pm、tm、yb中的一种或二种以上的组合。

17、经过铜元素对晶界的“润湿”，可以增加re元素的流动扩散速度，从而缩短热处理时间，减少nd2fe14b主相晶粒晶胞的生长。

18、进一步的，所述钕铁硼磁体中含有如下摩尔百分比的组分：nd10-16wt%，fe76-84wt%，b5-9wt%。

19、本发明的另一目的在于提供一种钕铁硼磁体，该钕铁硼磁体上述制备方法制备得到。

20、该钕铁硼磁体在发电、家电以及电机领域能够进行相关的应用。

21、本发明的有益效果为：

22、1、本发明使用的金属碳化物中先充分的与磁粉颗粒混合，在烧结过程中能够均匀的深入钕铁硼磁体内部，相比于通过晶界扩散将金属碳化物与钕铁硼相结合，提前混合不仅使得各组分分布均匀，而且在后续进行铜与稀土元素的扩散过程中，不会增加晶界中富钕流动相的体积，富钕相在热处理过程中形成流动相，主要存在于晶粒与晶粒之间的三重区域，三重区域内过多的富钕相会稀释钕铁硼磁体的磁，对于矫顽力、剩磁以及磁能积有着负面作用，因此本发明上述所说的将金属碳化物与磁粉混合，在与晶界扩散的外层金属元素进行结合能够较强的提升磁体的矫顽力，对于剩磁与磁能积也有着较好的提升作用。

23、2、本发明所使用的金属碳化物是碳化铼、碳化镍或碳化铝中的一种，其中金属铼与铜原子形成的cu-re相熔点低，在高温热处理下，扩散速度快，结合铜对nd2fe14b主相晶粒的“润湿”，可以对双层扩散层中的外层扩散层产生较好的扩散效应，使得稀土元素re随着cu-re相在晶界中流动产生跟随扩散，根据实施例中实验结果表明碳化镍与碳化铝也能够部分提升扩散效果，从而提升钕铁硼磁体的矫顽力与其他磁性能。

24、3、本发明选取金属的碳化物与钕铁硼磁粉相混合，而不是选取纯金属或者金属氧化物进行混合，采用金属的碳化物后，不会影响高温下金属与铜元素形成较低熔点的流动相，而且还会在后续退火温度下进行偏析，于晶界处产生碳化物壳层，碳化物壳层位于nd2fe14b主相晶粒外部，将晶粒与晶粒进行隔开，从而保证主相晶粒不会团聚，增加磁体取向度，最终增加了钕铁硼磁体的矫顽力。