[發(fā)明專利]銅納米顆粒摻雜制備的高矯頑力和高耐蝕性燒結(jié)釹-鐵-硼基永磁材料及制備方法

有效

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• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102543342A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉衛(wèi)強;岳明;孫超;張東濤;張久興
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: H01F1/057
• 分類號: H01F1/057;B22F3/16
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備的具有高矯頑力和高耐蝕性的釹-鐵-硼基永磁材料及其制備方法，屬于磁性材料技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

NdFeB永磁材料從20世紀80年代中后期開始發(fā)展，屬國家鼓勵發(fā)展的新材料，主要有燒結(jié)及其他稀土永磁材料，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟各產(chǎn)業(yè)，尤其是電子和汽車工業(yè)的一種不可替代的基礎(chǔ)材料，其種類繁多，廣泛用于電子、汽車、計算機、電力、機械、能源、環(huán)保、國防、醫(yī)療器械等眾多領(lǐng)域，又是節(jié)能、節(jié)材及出口創(chuàng)匯的產(chǎn)品，帶動著各行業(yè)的發(fā)展。?

NdFeB系稀土永磁材料自出現(xiàn)后，在短短的幾十年中得到迅猛的發(fā)展，人們不斷地優(yōu)化其化學組成，改進制造工藝技術(shù)與設(shè)備，使其磁性能不斷得到提高，日本現(xiàn)已能夠批量生產(chǎn)磁能積達400kJ/m³(50MMGOe)的各向異性燒結(jié)NdFeB永磁體，實驗研究的燒結(jié)NdFeB永磁磁能積已達474kJ/m³(59.5MMGOe)，達到了其理論值的93％，從磁能積角度看已沒有太大的提升空間。?

NdFeB基永磁材料主相Nd₂Fe₁₄B具有非常高的各向異性場，其矯頑力的理論極限高達70kOe，但是實際磁體的矯頑力僅為理論值的十分之一到三分之一。NdFeB永磁體的矯頑力之所以遠小于理論各向異性場，是由于其具體的微結(jié)構(gòu)及缺陷造成的。磁體硬磁相晶粒的不規(guī)則形狀決定的自退磁場和晶粒之間相互作用產(chǎn)生的內(nèi)部散磁場合成的有效退磁場(-N_effMs)使磁體的矯頑力降低。晶粒界面結(jié)構(gòu)缺陷是另外一個影響因素。結(jié)構(gòu)缺陷勢必導致磁性結(jié)構(gòu)參數(shù)的畸變，即晶粒表面結(jié)構(gòu)缺陷區(qū)的磁晶各向異性常數(shù)K、交換積分A和飽和磁極化強度J_s(或飽和磁化強度M_s)都會不同于晶粒內(nèi)部相應(yīng)量的取值。它們既是晶粒反磁化的成核中心，又是阻礙晶粒間疇壁位移的釘扎部位，對磁體矯頑力有很大影?響。?

燒結(jié)釹鐵硼磁性能另外一個缺點是耐腐蝕性差，從而大大限制了其進一步應(yīng)用。燒結(jié)NdFeB磁體耐蝕性差的特點首先與其自身晶體結(jié)構(gòu)和相分布有著密切的聯(lián)系。與多數(shù)金屬及合金一樣，燒結(jié)NdFeB永磁合金是由多晶體組成的，其多晶組織由主相Nd₂Fe₁₄B相，富Nd相和富B相Nd_1+εFe₄B₄三相組成。就分布狀態(tài)而言，富Nd相以網(wǎng)絡(luò)狀的方式分布在主相Nd₂Fe₁₄B的晶粒邊界或三角晶界位置，形成所謂的晶界相，此外少量的富B相以顆粒的形式分布于主相的晶界位置。NdFeB磁體的磁性主要由硬磁相Nd₂Fe₁₄B決定；富Nd相的存在可促進磁性材料的燒結(jié)，使磁體致密化，沿晶界分布時，可起磁耦合隔離作用，有利于矯頑力的提高，但會降低飽和磁化強度和剩磁。另一個造成燒結(jié)NdFeB磁體耐蝕性差的原因則與合金中的相的化學特點相關(guān)。具體而言，富Nd相中大量存在的單質(zhì)Nd元素是化學活性最高的金屬元素之一，化學穩(wěn)定性差，較易發(fā)生氧化。一般而言，當磁體處于室溫和干燥環(huán)境(＜15％RH)下，其氧化腐蝕過程十分緩慢，化學穩(wěn)定性較好。但是當合金處于干燥高溫(＞250℃)或電化學環(huán)境中，就會發(fā)生明顯的腐蝕過程。其中在干燥高溫的環(huán)境中，合金中富Nd相會首先轉(zhuǎn)變?yōu)镹d₂O₃，隨后還會逐步發(fā)生主相Nd₂Fe₁₄B的氧化分解成α-Fe和Nd₂O₃，進一步氧化生成Fe₂O₃；而在電化學環(huán)境中，合金組織中相互接觸的三相之間存在著明顯的電位差。三相的電化學電位由低到高依次分別為富Nd相、富B相和主相Nd₂Fe₁₄B，因此三相的腐蝕速率不同。三相間電化學性質(zhì)的不同造成了電偶效應(yīng)，為合金形成原電池提供了可能。富Nd相和富B相會相對于主相Nd₂Fe₁₄B形成陽極，優(yōu)先發(fā)生腐蝕。這兩相作為陽極金屬將承擔很大的腐蝕電流密度，尤其是其中的富Nd相，由于在組織中呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，腐蝕速度很快。它的腐蝕會導致主相Nd₂Fe₁₄B晶粒之間結(jié)合界面消失，出現(xiàn)晶粒脫落現(xiàn)象，最終導致合金的整體腐蝕。由此可見，無論在哪種腐蝕環(huán)境中，燒結(jié)NdFeB合金的腐蝕過程就其本質(zhì)而言都屬于選擇性腐蝕。發(fā)生這一過程的原動力在于合金中富Nd相既具有強烈的化學活性，又與主相Nd₂Fe₁₄B之間有明顯的電位差。與此同時，由于合金中?的富Nd相是呈網(wǎng)絡(luò)狀分布在主相晶粒邊界上，使得NdFeB磁體的腐蝕形態(tài)具有典型的晶間腐蝕特征，大大加速了合金的腐蝕速度。可見，富Nd相的化學特性及其分布狀態(tài)是決定NdFeB磁體耐腐蝕性的關(guān)鍵因素。?