[發(fā)明專利]基于晶界重構(gòu)的高矯頑力高穩(wěn)定性釹鐵硼磁體及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310035675.5
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103106991A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴(yán)密;金佳瑩;馬天宇;梁麗萍;張培
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01F1/057
• 分類號: H01F1/057;H01F7/02;H01F41/02;B22F9/04;B22F3/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于晶界重構(gòu)的高矯頑力高穩(wěn)定性釹鐵硼磁體及制備方法。

背景技術(shù)

Nd-Fe-B具有高磁能積、高性價比等其他類型永磁材料無法比擬的優(yōu)勢，是目前應(yīng)用最廣泛的稀土永磁材料。到2015年，釹鐵硼產(chǎn)品的世界需求量將高達(dá)20萬噸，可見在未來較長的時間，釹鐵硼材料仍會在現(xiàn)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中擔(dān)當(dāng)重要的角色。

衡量釹鐵硼永磁性能的主要技術(shù)指標(biāo)包括剩磁B_r，最大磁能積(BH)_max，矯頑力H_c和居里溫度T_c。經(jīng)過多年的努力，基于較為成熟的合金成分設(shè)計理論和制備工藝優(yōu)化，?B_r已達(dá)到1.555T，為理論值的96%以上；（BH）_max已達(dá)到474kJ/m3，為理論值的92%以上。而H_c?雖然實現(xiàn)了一定的提升，但仍僅為理論值的1/10~1/3，使磁體的溫度穩(wěn)定性較差，大大限制了磁體在精密儀器儀表、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，提高釹鐵硼矯頑力，提升磁體的溫度穩(wěn)定性是進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍的關(guān)鍵，是亟需攻克的難題。

添加摻雜型元素，通過細(xì)化晶粒，改善微結(jié)構(gòu)等可以在一定程度上增大磁體的矯頑力，但增幅不會很高，并且大的添加量導(dǎo)致的磁稀釋作用會使磁體的磁性能降低。添加Dy、Tb等重稀土元素，形成高各向異性場的RE₂Fe₁₄B化合物取代Nd₂Fe₁₄B，是提高磁體內(nèi)稟矯頑力最直接也是最常用的方法。但是，目前商用的釹鐵硼產(chǎn)品，重稀土采用傳統(tǒng)的熔煉添加方式，高達(dá)5-10wt.％的重稀土添加量不僅極大地增加了磁體的生產(chǎn)成本，消耗了寶貴的重稀土資源，而且重稀土元素與Fe的反鐵磁性耦合會使磁體的剩磁和最大磁能積等指標(biāo)迅速下降。因此，在低重稀土添加量的條件下，實現(xiàn)磁體矯頑力的大幅提升成為了迫在眉睫的關(guān)鍵課題，磁性材料工作者開展了大量的相關(guān)研究。以TDK、日立、信越化工等企業(yè)和大阪大學(xué)、筑波大學(xué)、京都大學(xué)等科研單位為主的研發(fā)人員開展了對主相晶粒邊界層進(jìn)行磁硬化以提高反向疇形核場從而提升磁體矯頑力的研究，主要是通過濺射、氣相沉積、漿料涂覆等手段在磁體表面形成富Dy、Tb的金屬或氟化物、氧化物表面層，然后通過長時間的高溫?zé)崽幚硎笵y、Tb通過晶界向磁體中擴(kuò)滲，并在主相晶粒邊界形成富重稀土的殼層結(jié)構(gòu)，增大晶粒邊界層的反向疇形核場，從而在保持剩磁的同時提高矯頑力。用這種晶界擴(kuò)散法獲得同樣的矯頑力提高值，所需要的重稀土含量僅是傳統(tǒng)添加方法的1/3左右。在國內(nèi)，浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京科技大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等單位也開展了NdF₃、DyF₃、Dy納米顆粒等摻雜提高矯頑力的研究。但是，擴(kuò)滲等強(qiáng)化晶粒邊界層的技術(shù)對磁體厚度有很大限制，只適用于數(shù)毫米以下厚度的磁體，而且工藝復(fù)雜，長時間的高溫擴(kuò)散退火更顯著增加了能耗和生產(chǎn)成本。因此，該方法僅適用于少量特殊用途的磁體，很難實現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

矯頑力是一對磁體顯微組織結(jié)構(gòu)敏感的磁參量，大量研究表征：不理想的顯微組織結(jié)構(gòu)式造成磁體實際矯頑力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其理論值的重要原因。一般認(rèn)為：一層厚度約2-4nm的富Nd晶界相薄層包圍Nd₂Fe₁₄B主相晶粒，使彼此相對孤立的晶粒之間不存在磁交換耦合作用；與富Nd相薄層相接觸的Nd₂Fe₁₄B晶粒表面層的成分及結(jié)構(gòu)與晶粒內(nèi)部均勻一致，不存在外延層；Nd₂Fe₁₄B晶粒細(xì)小、分布均勻、形狀規(guī)則近似球形，晶粒取向高度一致且化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)均勻一致。在傳統(tǒng)工藝下，富釹晶界相是自然形成的，很難實現(xiàn)有效的調(diào)控。但是，雙合金工藝的出現(xiàn)和發(fā)展使我們能夠?qū)Ы缦噙M(jìn)行人工的設(shè)計和合成，改善晶界相的理化性質(zhì)，控制其組織和分布，從而為實現(xiàn)上述理想結(jié)構(gòu)提供了一種巨大的可能。