本發(fā)明涉及一種高矯頑力及低剩磁溫度敏感性的燒結(jié)釹鐵硼磁體的制備方法，屬于稀土永磁材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

釹鐵硼永磁材料因其優(yōu)異的永磁性能目前被廣泛應(yīng)用于航空航天、電力電子、醫(yī)療器械及交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。近年來隨著風(fēng)力發(fā)電、電動汽車等新能源產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，對能夠滿足高溫下應(yīng)用的釹鐵硼磁體的需求急劇增加。在磁體取向度良好的情況下，剩磁和矯頑力是影響其磁能積的兩個主要參數(shù)。由于燒結(jié)釹鐵硼磁體的居里溫度較低(312℃)，其剩磁和矯頑力的溫度系數(shù)較大。目前，在不能有效降低剩磁和矯頑力溫度系數(shù)的情況下，為了滿足高溫下釹鐵硼磁體較高的矯頑力要求，工業(yè)上是通過重稀土元素鏑對釹元素的替換加入來實現(xiàn)的。然而，重稀土元素的加入帶來的矯頑力的增加是以剩磁的下降為代價的，這樣就限制了磁能積的提高。近年來，國內(nèi)外研究學(xué)者開發(fā)出了重稀土元素的晶界擴散技術(shù)，該技術(shù)有目的將重稀土元素如鏑分布在釹鐵硼的晶粒邊界處。利用晶界擴散技術(shù)既提高了磁體的矯頑力又有效減小了重稀土元素加入對剩磁的降低的不利影響。同時，晶界擴散工藝可以在一定程度上降低了矯頑力的溫度敏感系數(shù)。但是，目前提高釹鐵硼磁體高溫下的剩磁的唯一有效途徑就是提高磁體的居里溫度，以降低剩磁的溫度敏感性。為了實現(xiàn)這一目的，需要利用鈷元素代替鐵元素，因為鈷元素的加入可有效提升磁體的居里溫度。然而，利用常規(guī)的生產(chǎn)工藝在母合金的熔煉階段利用鈷元素部分代替鐵元素將導(dǎo)致磁體矯頑力的降低。此外，鈷屬于戰(zhàn)略性元素，自然儲量少，價格較高，增加鈷的含量也增加了磁體的生產(chǎn)制造成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種利用Dy-Co合金對燒結(jié)釹鐵硼磁體晶界擴散處理制備具有高矯頑力及低剩磁溫度敏感性的燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種高矯頑力及低剩磁溫度敏感性的燒結(jié)釹鐵硼磁體的制備方法，利用Dy-Co合金作為擴散源對燒結(jié)釹鐵硼磁體進行晶界擴散處理，將熔融的Dy-Co合金擴散滲透到釹鐵硼磁體的晶粒邊界，形成富Dy和富Co的復(fù)合殼狀結(jié)構(gòu)，從而有效提升磁體的矯頑力及剩磁溫度穩(wěn)定性。具體包括以下工藝步驟：

步驟一、根據(jù)需要熔煉出成分為Dy_xCo_100-x(50≦x≦75，x為原子百分數(shù))的合金鑄錠，將鑄錠利用線切割機切割成厚度為0.3mm～0.6mm的薄片，利用砂紙將合金薄片打磨干凈，去除掉表層的氧化皮，利用丙酮超聲清洗干凈合金片；

步驟二、將處理好的Dy-Co合金薄片疊放在待處理的釹鐵硼磁體的上下兩面，在真空爐中加熱使Dy-Co合金片融化，通過保溫將熔融的Dy-Co合金擴散到磁體的晶粒邊界處；

步驟三、將擴散處理后的磁體在真空爐中進行低溫退火處理。

步驟一中，Dy-Co合金的成分優(yōu)選Dy₆₀Co₄₀、Dy₆₅Co₃₅。

步驟二中，待處理的釹鐵硼磁體為燒結(jié)態(tài)或退火態(tài)，平均晶粒尺寸在2～10μm之間。擴散時真空度設(shè)定值為1×10^-2Pa以下，溫度設(shè)定值為760～1000℃，保溫時間為1～8h。

步驟三中，高真空爐內(nèi)真空度為1×10^-2Pa，退火處理的溫度為400～600℃，退火處理時間為1～6h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：

1)本發(fā)明所使用的擴散源Dy-Co合金的成分選取均在合金的共晶點附近，共晶附近的合金具有熔點低、流動性好等優(yōu)點。在相同的溫度下有更高的過熱度，從而在擴散過程中達到更大的擴散深度。目前，燒結(jié)釹鐵硼磁體的擴散一般都采用鏑化物或者鏑蒸氣，擴散溫度較高，一般在不低于900℃左右，擴散深度較淺，對擴散磁體的尺寸要求嚴格。相比之下，本發(fā)明所設(shè)計的Dy-Co合金擴散劑可以在較低的溫度下進行晶界擴散，更加節(jié)能環(huán)保，適用性更廣。

2)Nd₂Co₁₄B的形成能為-0.113eV，Dy₂Fe₁₄B的形成能-0.112eV，二者的形成能遠低于Nd₂Fe₁₄B的形成能為-0.058eV。由于大的化學(xué)勢差異，大大增加了擴散的驅(qū)動力。實驗研究表明利用Dy-Co合金擴散后，在Nd₂Fe₁₄B晶粒邊緣形成富Dy和Co的復(fù)合殼狀結(jié)構(gòu)。該復(fù)合殼狀結(jié)構(gòu)中Dy的殼狀結(jié)構(gòu)的存在提高了晶粒邊界的磁晶各向異性能，提高了反向磁疇的形核場，從而大大提高了磁體的矯頑力；另一方面，該富Co的殼狀結(jié)構(gòu)的存在可以有效提高晶粒內(nèi)部磁矩的抗熱擾動能力，大大降低磁體的剩磁溫度敏感性。而目前報道的Dy的晶界擴散工藝只形成單一的Dy的殼狀結(jié)構(gòu)，僅能提高矯頑力，而不能提高剩磁的溫度穩(wěn)定性。

本發(fā)明方法制備出的富Dy和Co的復(fù)合殼狀結(jié)構(gòu)既可以提升矯頑力，又可以提高剩磁溫度穩(wěn)定性。

按照本發(fā)明提供的晶界擴散工藝擴散改性后的燒結(jié)釹鐵硼磁體具有擴散劑擴散深度大，晶界相分布均勻，矯頑力高，磁體剩磁的溫度的敏感系數(shù)低等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為利用本發(fā)明晶界擴散方法處理的燒結(jié)釹鐵硼磁體的一實施例距離擴散表面50微米處的電子探針元素面分布圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

由于本發(fā)明設(shè)計出的擴散用Dy_xCo_100-x(50≦x≦75，x為原子百分數(shù))低熔點合金成分附近組合較多，其擴散實施過程和作用機理基本相同，下面僅以具有代表性的幾組低熔點合金擴散劑對工業(yè)化生產(chǎn)的商業(yè)化的燒結(jié)態(tài)N52磁體進行晶界擴散的實施例為例來證明本發(fā)明的有益效果。同時，本發(fā)明以初始態(tài)的燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體和無Co低熔點Dy₇₀Cu₃₀共晶合金晶界擴散處理的N52磁體作為對比例。用于本發(fā)明所有實施例和對比例的磁體均出自同一批次產(chǎn)品。

實施例1

1)電弧熔煉合金鑄錠Dy₅₀Co₅₀，利用電火花切割機將鑄錠切割成0.6mm的薄片，用砂紙打磨掉表層氧化皮，利用丙酮超聲清洗干凈合金片；

2)將燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體加工成尺寸為15×15×5mm³的樣品，用砂紙打磨掉表層氧化層，用丙酮超聲清洗干凈；

3)將兩片Dy₅₀Co₅₀合金片分別放在步驟2所準備的磁體的上下兩面上(15×15面)，升溫到1000℃，擴散4h，隨后在600℃退火2h，真空度1×10^-2Pa。

實施例2

1)電弧熔煉合金鑄錠Dy₅₅Co₄₅，利用電火花切割機將鑄錠切割成0.5mm的薄片，用砂紙打磨掉表層氧化皮，利用丙酮超聲清洗干凈合金片；

2)同實施例1步驟2；

3)將兩片Dy₅₅Co₄₅合金片分別放在步驟2所準備的磁體的上下兩面上(15×15面)，升溫到900℃，擴散1h，隨后在500℃退火6h，真空度1×10^-2Pa。

實施例3

1)電弧熔煉合金鑄錠Dy₆₀Co₄₀，利用電火花切割機將鑄錠切割成0.3mm的薄片，用砂紙打磨掉表層氧化皮，利用丙酮超聲清洗干凈合金片；

2)同實施例1步驟2；

3)將兩片Dy₆₀Co₄₀合金片分別放在步驟2所準備的磁體的上下兩面上(15×15面)，升溫到760℃，擴散8h，隨后在450℃退火1h，真空度6×10^-3Pa。

實施例4

1)電弧熔煉合金鑄錠Dy₆₅Co₃₅，利用電火花切割機將鑄錠切割成0.5mm的薄片，用砂紙打磨掉表層氧化皮，利用丙酮超聲清洗干凈合金片；

2)同實施例1步驟2；

3)將兩片Dy₆₅Co₃₅合金片分別放在步驟2所準備的磁體的上下兩面上(15×15面)，升溫到800℃，擴散5h，隨后在400℃退火6h，真空度8×10^-3Pa。

實施例5

1)電弧熔煉合金鑄錠Dy₇₀Co₃₀，利用電火花切割機將鑄錠切割成0.4mm的薄片，用砂紙打磨掉表層氧化皮，利用丙酮超聲清洗干凈合金片；

2)同實施例1步驟2；

3)將兩片Dy₇₀Co₃₀合金片分別放在步驟2所準備的磁體的上下兩面上(15×15面)，升溫到900℃，擴散3h，隨后在500℃退火2h，真空度7×10^-3Pa。

實施例6

1)電弧熔煉合金鑄錠Dy₇₅Co₂₅，利用電火花切割機將鑄錠切割成0.6mm的薄片，用砂紙打磨掉表層氧化皮，利用丙酮超聲清洗干凈合金片；

2)同實施例1步驟2；

3)將兩片Dy₇₅Co₂₅合金片分別放在步驟2所準備的磁體的上下兩面上(15×15面)，升溫到900℃，擴散5h，隨后在550℃退火3h，真空度6×10^-3Pa。

對比例1

此對比例為本發(fā)明選用的燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體；

對比例2

1)電弧熔煉合金鑄錠Dy₇₀Cu₃₀，利用電火花切割機將鑄錠切割成0.5mm的薄片，用砂紙打磨掉表層氧化皮，利用丙酮超聲清洗干凈合金片；

2)同實施例1步驟2；

3)將兩片Dy₇₀Cu₃₀合金片分別放在步驟2所準備的磁體的上下兩面上(15×15面)，升溫到900℃，擴散4h，隨后在480℃退火2h，真空度1×10^-2Pa。采用Physical Property Measurement System(PPMS)測量設(shè)備測試各實施例及對比例在300K到400K溫度范圍內(nèi)的剩余磁極化強度J_r和內(nèi)稟矯頑力H_ci的變化，并根據(jù)測試結(jié)果計算出樣品在這100K溫度范圍內(nèi)剩磁和矯頑力的溫度系數(shù)。

表1 各實施例與對比例的磁性能對照表

從表1測試結(jié)果可以看出：與燒結(jié)態(tài)釹鐵硼磁體(對比例1)和Dy₇₀Cu₃₀擴散的磁體(對比例2)相比，雖然室溫下(300K)Dy-Co擴散處理后的磁體的剩磁低于對比例1和2，但在400K時的剩磁遠大于對比例1和2，剩磁和矯頑力的溫度系數(shù)的絕對值大大降低。Dy-Co擴散后矯頑力的提高歸因于富Dy殼層的形成，而剩磁溫度穩(wěn)定性的提升歸因于富Co殼層的形成，見附圖1。

綜上所述，利用本發(fā)明的方法對燒結(jié)釹鐵硼磁體進行晶界擴散處理可以獲得在高溫下兼具高的矯頑力及高的剩磁的燒結(jié)釹鐵硼磁體。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。