一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法与流程

1.本发明涉及永磁体制备技术领域，具体为一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法。


背景技术：

2.烧结钕铁硼又称ndfeb，是指由稀土元素钕、铁和硼组成的一种强磁性材料，属于一种磁性极高的永磁材料，钕铁硼永磁体具有较高的磁能积和矫顽力，能在低温、高磁场和高频等条件下保持稳定的磁性能。因此，被广泛应用于电机、发电机、声学器件、磁力存储等众多领域，钕铁硼永磁体是由钕铁硼四元合金组成的，其中nd为稀土元素，fe为过渡金属元素，b为非金属元素，ndfeb合金因其优异的磁性能被视为当今所有永磁体中最具应用潜力的材料之一，广泛应用于电子、通信、汽车和航空等领域。
3.比较于nd2fe
14
b化合物，dy2fe
14
b与tb2fe
14
b具有更高的磁晶各向异性场，因此，添加dy、tb等重稀土元素，可以使钕铁硼磁体获得更高的矫顽力。但是，直接通过合金化的方式加入重稀土元素会导致剩磁降低，而且重稀土元素储量稀少，价格昂贵，加入重稀土会增加磁体的制作成本，因此我们提出了一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，解决了现有技术中直接通过合金化的方式加入重稀土元素会导致剩磁降低，而且重稀土元素储量稀少，价格昂贵，加入重稀土会增加磁体的制作成本的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，包括以下具体步骤：
6.步骤一、通过高能球磨法对钕铁硼合金、ce元素合金和la元素合金进行预处理，得到混合原料；
7.步骤二、此时将步骤一中得到的混合原料与重稀土元素进行混合，放置于惰性气体下，进行熔炼，得到均匀的熔体；
8.步骤三、将熔体浇铸成块状，通过研磨方法将其还原为粉末，对得到的粉末进行磨粉以去除金属夹杂物和氧化物等杂质；
9.步骤四、将磨粉后的钕铁硼粉末中再次加入ce元素粉末并混合，同时在其中加入重稀土元素合金粉末(nd、pr、y、dy、tb)，制得稀土合金粉末，随后通过使用晶界扩散法扩散重稀土元素，得到烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体初品；
10.步骤五、将步骤四中得到的烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体初品进行后处理，得到烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体；
11.步骤六、将步骤五中得到的烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体，采用nim大块永磁测量仪测试样品的磁性能。
12.优选的，所述步骤一中，所述高能磨球法的具体步骤如下：
13.s1、将钕铁硼合金、ce元素合金和la元素合金分别加入装有高能球磨球的球磨罐中
14.s2、加入适量的惰性气体使反应体系保持惰性氛围，防止粉末氧化。
15.s3、通过高能球磨使得粉末中的钕铁硼合金、ce元素合金和la元素合金发生反应，并将反应产物均匀地分布在粉末中，形成粒径均一的粉末。
16.优选的，所述步骤二和s2步骤中，所述惰性气体为氦气、氩气、氖气、氪气、氙气中的一种或者多种。
17.优选的，所述步骤三的具体步骤如下：
18.①
、将熔体块状物放入研磨机中，进行钨钢球研磨方法，将其还原成细小颗粒的粉末；
19.②
、通过一组不同孔径的筛网进行筛分，去除粒径过大和过小的颗粒；
20.③
、用超声波清洗仪清洗粉末，去除附着在粉末表面的氧化层、油脂和污染物，将清洗过的粉末放入高温烤箱中进行干燥，去除粉末中的水分和残留的有机物质；
21.④
、使用强磁分选器，将精细粉末放入，通过磁场去除杂质；
22.⑤
、使用不同细度的筛网进行筛分，将粉末分为不同的细度等级。
23.优选的，所述步骤四中，所述晶界扩散法的具体步骤如下：
[0024]ⅰ、将稀土合金粉末放入模具中压制成磁芯，并在高温条件下进行烧结处理；
[0025]ⅱ、将烧结后的磁芯进行化学蚀刻，去除晶界处的氧化物，将溶液滴在磁芯晶粒上，形成富集重稀土的壳层结构；
[0026]ⅲ、将磁芯进行二次烧结处理，形成具有核壳结构的晶粒。
[0027]
优选的，所述ⅰ中，所述烧结温度控制在1045～1085℃，所述烧结时长控制在2～6小时。
[0028]
优选的，所述ⅲ步骤中，所述二次烧结温度控制在450～920℃，所述烧结时长控制在2～5小时。
[0029]
优选的，所述ⅱ步骤中，所述溶液为盐酸或者硝酸。
[0030]
优选的，所述步骤五中，所述后处理的具体步骤如下：
[0031]
⑴
、磁场再取向处理：用高强磁场将样品置于常温下进行再取向处理；
[0032]
⑵
、金相组织观察：通过金相显微镜等设备观察并分析材料的晶粒结构、晶界、相间结构的微观结构；
[0033]
⑶
、高温脱钙：将烧结好的样品置于高温下进行脱钙处理；
[0034]
⑷
、氧化还原处理：将材料置于氧化还原气氛中进行处理。
[0035]
本发明提供了一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法。具备以下有益效果：
[0036]
1、本发明通过双合金法和晶界扩散法的相结合而产生的制备工艺，制得多层结构的r2fe
14
b稀土永磁体(r＝la，ce，nd，pr，y，dy，tb)，晶粒由里到外，主要稀土成分依次为轻稀土，中重稀土，重稀土，优化磁体组织结构，显著提升磁体磁性能，同时轻稀土la、ce含量占稀土总量质量分数不低于10％，重稀土使用的质量分数不超过0.5％，继而提高稀土元素的利用效率。
[0037]
2、本发明通过采用双合金法利用ce部分地取代nd以形成(ce，nd)2fe
14
b相为主相
的化合物，是制备具有实际应用价值永磁材料的有效方式，将使用储量丰富的轻稀土部分代替镨钕，同时减少重稀土的使用，均衡稀土资源的利用，减少稀有资源的消耗，创造较大的经济效益和社会效益，同时减少了成本的投入。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
实施例：
[0040]
本发明实施例提供一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，包括以下具体步骤：
[0041]
步骤一、通过高能球磨法对钕铁硼合金、ce元素合金和la元素合金进行预处理，得到混合原料，高能磨球法的具体步骤如下：
[0042]
s1、将钕铁硼合金、ce元素合金和la元素合金分别加入装有高能球磨球的球磨罐中
[0043]
s2、加入适量的惰性气体使反应体系保持惰性氛围，防止粉末氧化，惰性气体为氦气、氩气、氖气。
[0044]
s3、通过高能球磨使得粉末中的钕铁硼合金、ce元素合金和la元素合金发生反应，并将反应产物均匀地分布在粉末中，形成粒径均一的粉末；
[0045]
步骤二、此时将步骤一中得到的混合原料与重稀土元素进行混合，放置于惰性气体下，惰性气体为氖气、氪气、氙气，进行熔炼，得到均匀的熔体；
[0046]
步骤三、将熔体浇铸成块状，通过研磨方法将其还原为粉末，对得到的粉末进行磨粉以去除金属夹杂物和氧化物等杂质，具体步骤如下：
[0047]
①
、将熔体块状物放入研磨机中，进行钨钢球研磨方法，将其还原成细小颗粒的粉末；
[0048]
②
、通过一组不同孔径的筛网进行筛分，去除粒径过大和过小的颗粒；
[0049]
③
、用超声波清洗仪清洗粉末，去除附着在粉末表面的氧化层、油脂和污染物，将清洗过的粉末放入高温烤箱中进行干燥，去除粉末中的水分和残留的有机物质，晶界扩散法的具体步骤如下：
[0050]ⅰ、将稀土合金粉末放入模具中压制成磁芯，并在高温条件下进行烧结处理，烧结温度控制在1085℃，烧结时长控制在6小时；
[0051]ⅱ、将烧结后的磁芯进行化学蚀刻，去除晶界处的氧化物，将溶液滴在磁芯晶粒上，形成富集重稀土的壳层结构，溶液为盐酸；
[0052]ⅲ、将磁芯进行二次烧结处理，形成具有核壳结构的晶粒，二次烧结温度控制在920℃，烧结时长控制在5小时；
[0053]
④
、使用强磁分选器，将精细粉末放入，通过磁场去除杂质；
[0054]
⑤
、使用不同细度的筛网进行筛分，将粉末分为不同的细度等级；
[0055]
步骤四、将磨粉后的钕铁硼粉末中再次加入ce元素粉末并混合，同时在其中加入
重稀土元素合金粉末(nd、pr、y、dy、tb)，制得稀土合金粉末，随后通过使用晶界扩散法扩散重稀土元素，得到烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体初品；
[0056]
通过采用双合金法利用ce部分地取代nd以形成(ce，nd)2fe
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b相为主相的化合物，是制备具有实际应用价值永磁材料的有效方式，将使用储量丰富的轻稀土部分代替镨钕，同时减少重稀土的使用，均衡稀土资源的利用，减少稀有资源的消耗，创造较大的经济效益和社会效益，同时减少了成本的投入；
[0057]
步骤五、将步骤四中得到的烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体初品进行后处理，得到烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体，后处理的具体步骤如下：
[0058]
⑴
、磁场再取向处理：用高强磁场将样品置于常温下进行再取向处理；
[0059]
⑵
、金相组织观察：通过金相显微镜等设备观察并分析材料的晶粒结构、晶界、相间结构的微观结构；
[0060]
⑶
、高温脱钙：将烧结好的样品置于高温下进行脱钙处理；
[0061]
⑷
、氧化还原处理：将材料置于氧化还原气氛中进行处理；
[0062]
通过双合金法和晶界扩散法的相结合而产生的制备工艺，制得多层结构的r2fe
14
b稀土永磁体(r＝la，ce，nd，pr，y，dy，tb)，晶粒由里到外，主要稀土成分依次为轻稀土，中重稀土，重稀土，优化磁体组织结构，显著提升磁体磁性能，同时轻稀土la、ce含量占稀土总量质量分数不低于10％，重稀土使用的质量分数不超过0.5％，继而提高稀土元素的利用效率；
[0063]
步骤六、将步骤五中得到的烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体，采用nim大块永磁测量仪测试样品的磁性能，采用empyrean型x射线衍射仪对磁体进行物相结构的表征，用于分析晶界扩散后物相的变化。采用mla650f型发射扫描电镜进行微观形貌观察主相与富钕相的分布情况，并使用配备的能谱仪对其微区进行eds能谱成分分析。此外还采用日本电子生产的jxa-8530型电子探针对钕铁硼磁体的微区成分分布进行分析，epma的成分分析精确度更高，有利于进一步分析各元素在磁体间的分布及其作用。
[0064]
对比结论：针对于现有技术中，比较于nd2fe14b化合物，dy2fe14b与tb2fe14b具有更高的磁晶各向异性场，因此，添加dy、tb等重稀土元素，可以使钕铁硼磁体获得更高的矫顽力，但是现有技术中通过合金化的方式加入重稀土元素继而降低了剩磁，同时重稀土元素储量稀少，价格昂贵，加入重稀土会增加磁体的制作成本，对比与现有技术来说，本技术采用双合金法和晶界扩散法的相结合的工艺，利用ce部分地取代nd以形成(ce，nd)2fe14b相为主相的化合物，保持了永磁体具有较强的矫顽力下，有效的节约了成本，同时扩散重稀土元素，节约紧缺型稀土的使用，平衡稀土利用，同时降低生产成本。
[0065]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤一、通过高能球磨法对钕铁硼合金、ce元素合金和la元素合金进行预处理，得到混合原料；步骤二、此时将步骤一中得到的混合原料与重稀土元素进行混合，放置于惰性气体下，进行熔炼，得到均匀的熔体；步骤三、将熔体浇铸成块状，通过研磨方法将其还原为粉末，对得到的粉末进行磨粉以去除金属夹杂物和氧化物等杂质；步骤四、将磨粉后的钕铁硼粉末中再次加入ce元素粉末并混合，同时在其中加入重稀土元素合金粉末(nd、pr、y、dy、tb)，制得稀土合金粉末，随后通过使用晶界扩散法扩散重稀土元素，得到烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体初品；步骤五、将步骤四中得到的烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体初品进行后处理，得到烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体；步骤六、将步骤五中得到的烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体，采用nim大块永磁测量仪测试样品的磁性能。2.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，其特征在于，所述步骤一中，所述高能磨球法的具体步骤如下：s1、将钕铁硼合金、ce元素合金和la元素合金分别加入装有高能球磨球的球磨罐中s2、加入适量的惰性气体使反应体系保持惰性氛围，防止粉末氧化；s3、通过高能球磨使得粉末中的钕铁硼合金、ce元素合金和la元素合金发生反应，并将反应产物均匀地分布在粉末中，形成粒径均一的粉末。3.根据权利要求2所述的一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，其特征在于，所述步骤二和s2步骤中，所述惰性气体为氦气、氩气、氖气、氪气、氙气中的一种或者多种。4.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤如下：
①
、将熔体块状物放入研磨机中，进行钨钢球研磨方法，将其还原成细小颗粒的粉末；
②
、通过一组不同孔径的筛网进行筛分，去除粒径过大和过小的颗粒；
③
、用超声波清洗仪清洗粉末，去除附着在粉末表面的氧化层、油脂和污染物，将清洗过的粉末放入高温烤箱中进行干燥，去除粉末中的水分和残留的有机物质；
④
、使用强磁分选器，将精细粉末放入，通过磁场去除杂质；
⑤
、使用不同细度的筛网进行筛分，将粉末分为不同的细度等级。5.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，其特征在于，所述步骤四中，所述晶界扩散法的具体步骤如下：ⅰ、将稀土合金粉末放入模具中压制成磁芯，并在高温条件下进行烧结处理；ⅱ、将烧结后的磁芯进行化学蚀刻，去除晶界处的氧化物，将溶液滴在磁芯晶粒上，形成富集重稀土的壳层结构；ⅲ、将磁芯进行二次烧结处理，形成具有核壳结构的晶粒。6.根据权利要求5所述的一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，其特征
在于，所述ⅰ中，所述烧结温度控制在1045～1085℃，所述烧结时长控制在2～6小时。7.根据权利要求5所述的一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，其特征在于，所述ⅲ步骤中，所述二次烧结温度控制在450～920℃，所述烧结时长控制在2～5小时。8.根据权利要求5所述的一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，其特征在于，所述ⅱ步骤中，所述溶液为盐酸或者硝酸。9.根据权利要求1所述的一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，其特征在于，所述步骤五中，所述后处理的具体步骤如下：
⑴
、磁场再取向处理：用高强磁场将样品置于常温下进行再取向处理；
⑵
、金相组织观察：通过金相显微镜等设备观察并分析材料的晶粒结构、晶界、相间结构的微观结构；
⑶
、高温脱钙：将烧结好的样品置于高温下进行脱钙处理；
⑷
、氧化还原处理：将材料置于氧化还原气氛中进行处理。

技术总结
本发明涉及永磁体制备技术领域，公开了一种烧结钕铁硼多层核壳结构永磁体制备关键方法，包括以下具体步骤：步骤一、通过高能球磨法对钕铁硼合金、Ce元素合金和La元素合金进行预处理，得到混合原料；步骤二、此时将步骤一中得到的混合原料与重稀土元素进行混合，放置于惰性气体下，进行熔炼，得到均匀的熔体；步骤三、将熔体浇铸成块状，通过研磨方法将其还原为粉末，对得到的粉末进行磨粉以去除金属夹杂物和氧化物等杂质。通过采用双合金法利用Ce部分地取代Nd以形成(Ce，Nd)2Fe


技术研发人员：吴庆昌 王可长 伍全球 周青 李伟 张明亮 张书来 贾小武 蔡盛龙 胡剑林 潘孝玮 刘苏苏 汤万君 骆振荣
受保护的技术使用者：江西粤磁稀土新材料科技有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/9