專利名稱：全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁性材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料的制備方法。
背景技術(shù)：
NdFeB永磁合金，因其具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積，已經(jīng)在計算機硬磁盤驅(qū)動器、電機、人體核磁共振成像儀、音響器件等許多方面得到應(yīng)用。NdFeB永磁材料的制備方法主要包括燒結(jié)、熱變形和粘結(jié)。粘結(jié)NdFeB由于粘結(jié)劑的加入使得磁性能普遍偏低。而傳統(tǒng)燒結(jié)NdFeB則因組織不均勻性、存在非磁性相以及高溫?zé)Y(jié)誘發(fā)晶粒粗大等原因，致使其溫度穩(wěn)定性差、磁化強度和抗腐蝕性能偏低。與粘結(jié)、傳統(tǒng)燒結(jié)NdFeB相比，熱變形(Hot-Deformation, HD) NdFeB磁體因燒結(jié)后的熱變形處理晶粒會沿著壓力方向(C軸)取 向，并表現(xiàn)出更為優(yōu)異的磁性能、抗腐蝕性及斷裂韌性。目前，研究者們針對熱變形工藝、微觀組織及磁性能三者間關(guān)系已進行了較為深入的研究，并且注意到傳統(tǒng)燒結(jié)和后續(xù)熱變形過程中的晶粒均易發(fā)生長大而導(dǎo)致磁性能惡化。近年來,放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering, SPS)得到了快速發(fā)展,并被視為制備具有超細(xì)晶和納米結(jié)構(gòu)材料較為可行的一種方法。放電等離子燒結(jié)是利用脈沖能、放電脈沖壓力以及焦耳熱產(chǎn)生高頻率、瞬間的局部高溫場來完成燒結(jié)過程的，具有升溫和冷卻速度快、燒結(jié)溫度低和燒結(jié)時間短等優(yōu)點，可有效地抑制晶粒長大。最近，蘇雷斯(K. Suresh)等，于2009年第321期《磁學(xué)和磁性材料》(Journal of Magnetism andMagnetic Materials)上發(fā)表的論文《放電等離子燒結(jié)HDDR (吸氫-歧化-脫氫-再結(jié)合)粉末制備欽鐵硼磁體》(Consolidation of hydrogenation - disproportionation -desorption - recombinationprocessed Nd - Fe - B magnets by spark plasmasintering)中采用SPS燒結(jié)HDDR磁粉，成功制備出了納米晶NdFeB材料，不過其致密度偏低。岳明等，于2010年第107期《應(yīng)用物理》(Journal of Applied Physics)上發(fā)表的論文《放電等離子技術(shù)制備各向同性和各向異性釹鐵硼磁體的組織和磁性能》(Structureand magnetic properties of magnetically isotropic and anisotropic Nd-Fe-Bpermanent magnets prepared by spark plasma sintering technology)中利用 SPS 設(shè)備進行燒結(jié)和后續(xù)熱變形處理則進一步制備出了磁能積高達400kJ/m3的各向異性納米晶NdFeB磁體，但其初始粉末材料價格昂貴，不利于工業(yè)生產(chǎn)。顯然，利用SPS技術(shù)進行燒結(jié)和熱變形制備具有納米晶的各向異性NdFeB磁體有著一定的優(yōu)勢。HDDR是目前制取納米晶NdFeB磁粉的一種有效途徑。鑄態(tài)NdFeB合金經(jīng)過HDDR處理，其組織由幾十微米以上的粗大晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榧s200-300nm的細(xì)小晶粒。HDDR磁粉價格相對便宜且因其晶粒尺寸和Nd2Fe14B單疇體尺寸接近，可成為制備永磁體所需的優(yōu)異原材料。然而，HDDR磁粉在目前主要應(yīng)用于制備粘結(jié)磁體，在燒結(jié)磁體領(lǐng)域的應(yīng)用較少，這是由于，當(dāng)熱變形溫度達到650°C以上，NdFeB磁體中富釹相處于液態(tài)，它會粘著在WC模具上，嚴(yán)重?fù)p壞WC模具，影響生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中采用HDDR磁粉為初始材料，放電等離子燒結(jié)設(shè)備進行熱變形處理時存在WC模具容易損壞等技術(shù)問題，提供一種全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料的制備方法。本發(fā)明利用放電等離子技術(shù)進行快速燒結(jié)制得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料；然后，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)將全 致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料進行熱變形處理，獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料，其制備方法具體包括以下步驟步驟一放電等離子燒結(jié)將粒徑為45 -IOOum的HDDR磁粉裝入石墨模具中后，經(jīng)過40 - 50MPa預(yù)壓后，進行快速燒結(jié)，燒結(jié)工藝條件如下燒結(jié)壓力40- 50MPa燒結(jié)溫度750°C- 850°C升溫速率100- 150°C/min保溫時間10- 20min燒結(jié)真空度彡4Pa經(jīng)快速燒結(jié)即可獲得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料；步驟二 熱變形處理將步驟一獲得的全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料放置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中，并采用鉭片將其與WC模具隔開，然后進行快速熱變形處理，熱變形工藝條件如下熱變形壓力為100 - 300MPa熱變形溫度為750°C _ 850°C升溫速率為100- 150 0C /min保溫時間為10 - 30min燒結(jié)真空度彡4Pa經(jīng)過熱變形處理后，可獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點I)本發(fā)明采用HDDR為初始原料，來源豐富，價格相對低廉，并且利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)成形和熱變形處理，制備的全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料具有組分、粒度分布均勻以及全致密等特點，可以顯著提高材料的磁性能。本發(fā)明所制備的各向異性NdFeB磁體用途廣泛，可應(yīng)用于手機揚聲器、計算機硬磁盤驅(qū)動器等，可充分利用我們豐富的稀土資源，減少我國對高性能NdFeB永磁材料的進口依賴。2)本發(fā)明在熱變形處理過程中采用鉭片將全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料與WC (碳化鎢)模具隔開，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用HDDR磁粉為初始材料時，放電等離子燒結(jié)設(shè)備進行熱變形處理存在WC模具容易損壞等技術(shù)問題，不僅工藝簡單，而且節(jié)約了生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)效率。3)本發(fā)明所制備的各向異性納米晶NdFeB磁體的Nd2Fe14B晶粒呈板條狀，長度為500-800nm,厚度為200_300nm，且沿著壓力方向取向明顯。


圖I為本發(fā)明采用放電等離子設(shè)備進行熱變形處理的工藝示意圖。圖2為實施例2制備的NdFeB塊狀磁體材料熱變形處理前后的X-射線衍射圖譜。圖3為實施例3制備的全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料沿著易磁化軸和難磁化軸方向上的磁滯回線圖。
具體實施方式
通過如下實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的實施方式不僅限于此。實施例I本發(fā)明利用放電等離子技術(shù)進行快速燒結(jié)制得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料；然后，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)將全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料進行熱變形處理，獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料，其制備方法具體包括以下步驟步驟一放電等離子燒結(jié)將粒徑為45 -IOOum的HDDR磁粉裝入石墨模具中后，經(jīng)過40MPa預(yù)壓后，進行快速燒結(jié)，燒結(jié)工藝條件如下燒結(jié)壓力40MPa燒結(jié)溫度750°C升溫速率100°C/min保溫時間IOmin燒結(jié)真空度4Pa經(jīng)快速燒結(jié)即可獲得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料。步驟二 熱變形處理將步驟一獲得的全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料放置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中，采用鉭片4將步驟一中獲得的磁體與WC模具隔開，如圖I熱變形處理的工藝示意圖所示，其中I、上電極，2、下電極，3、WC壓頭，4、鉭片，5、紅外測溫儀，6、真空系統(tǒng)，7、電源，8、各向同性磁體；然后進行快速熱變形處理，熱變形工藝條件如下熱變形壓力為2OOMPa熱變形溫度為750°C升溫速率為150°C/min保溫時間為IOmin燒結(jié)真空度4Pa經(jīng)過熱變形處理后，可獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料。實施例2本發(fā)明利用放電等離子技術(shù)進行快速燒結(jié)制得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料；然后，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)將全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料進行熱變形處理，獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料，其制備方法具體包括以下步驟步驟一放電等離子燒結(jié)將粒徑為45 -IOOum的HDDR磁粉裝入石墨模具中后，經(jīng)過50MPa預(yù)壓后，進行快速燒結(jié)，燒結(jié)工藝條件如下燒結(jié)壓力5OMPa燒結(jié)溫度800°C升溫速率120°C/min保溫時間20min
燒結(jié)真空度2Pa經(jīng)快速燒結(jié)即可獲得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料，其X-射線衍射圖譜如圖2中a曲線所示。步驟二 熱變形處理將步驟一獲得的全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料放置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中，采用鉭片4將步驟一中獲得的磁體與WC模具隔開，如圖I所示；然后進行快速熱變形處理，熱變形工藝條件如下熱變形壓力為300MPa熱變形溫度為800°C升溫速率為100°C/min保溫時間為20min燒結(jié)真空度2Pa經(jīng)過熱變形處理后，可獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料，其X-射線衍射圖譜如圖2中b曲線所示。對比分析圖2中圖譜可知，NdFeB塊狀磁體材料經(jīng)過熱變形處理后衍射峰變化較大，呈現(xiàn)明顯的各向異性。實施例3本發(fā)明利用放電等離子技術(shù)進行快速燒結(jié)制得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料；然后，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)將全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料進行熱變形處理，獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料，其制備方法具體包括以下步驟步驟一放電等離子燒結(jié)將粒徑為45 -IOOum的HDDR磁粉裝入石墨模具中后，經(jīng)過50MPa預(yù)壓后，進行快速燒結(jié)，燒結(jié)工藝條件如下燒結(jié)壓力45MPa燒結(jié)溫度850°C升溫速率150°C/min保溫時間15min燒結(jié)真空度4Pa經(jīng)快速燒結(jié)即可獲得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料。
步驟二 熱變形處理將步驟一獲得的全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料放置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中，采用鉭片4將步驟一中獲得的磁體與WC模具隔開，如圖I所示；然后進行快速熱變形處理，熱變形工藝條件如下熱變形壓力為100MPa熱變形溫度為850°C升溫速率為120°C/min保溫時間為30min燒結(jié)真空度4Pa經(jīng)過熱變形處理后，可獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料，其磁滯回線如圖3所示，對比分析圖3中磁滯回線可知，NdFeB塊狀磁體材料在不同方向的磁性能不相同，表現(xiàn)出明顯的各向異性。上述實施例獲得的全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料的磁性能如表I所
/Jn o表I
權(quán)利要求
1.全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料的制備方法，其特征在于，該方法利用放電等離子技術(shù)進行快速燒結(jié)制得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料；然后，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)將全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料進行熱變形處理，獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料，其制備方法具體包括以下步驟 步驟一放電等離子燒結(jié) 將粒徑為45 -IOOum的HDDR磁粉裝入石墨模具中后，經(jīng)過40 - 50MPa預(yù)壓后，進行快速燒結(jié)，燒結(jié)工藝條件如下 燒結(jié)壓力40 - 5OMPa 燒結(jié)溫度750°C - 850°C 升溫速率:100 - 150。。/min 保溫時間10 - 20min 燒結(jié)真空度<4Pa 經(jīng)快速燒結(jié)即可獲得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料； 步驟二 熱變形處理 將步驟一獲得的全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料放置于放電等離子燒結(jié) 設(shè)備中，并采用鉭片將其與WC模具隔開，然后進行快速熱變形處理，熱變形工藝條件如下 熱變形壓力為100 - 300MPa 熱變形溫度為750°C - 850°C 升溫速率為100 - 150。。/min 保溫時間為10 - 30min 燒結(jié)真空度S 4Pa 經(jīng)過熱變形處理后，可獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料的制備方法，該方法利用放電等離子技術(shù)進行快速燒結(jié)制得全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料；然后，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)將全致密各向同性納米晶NdFeB塊狀磁體材料進行熱變形處理，獲得全致密各向異性納米晶NdFeB塊狀磁體材料。本發(fā)明采用HDDR為初始原料，來源豐富，價格相對低廉，所制備的磁體材料的磁性能顯著提高，可廣泛應(yīng)用于手機揚聲器、計算機硬磁盤驅(qū)動器等。本發(fā)明在熱變形處理過程中采用鉭片將塊狀磁體材料與WC模具隔開，有效地解決了WC模具容易損壞的問題，不僅工藝簡單，而且節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號B22F3/24GK102744406SQ20121015238
公開日2012年10月24日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者屈盛官, 敖敬培, 李小強, 楊超, 陳志成 申請人:華南理工大學(xué)