[发明专利]一种矫顽力增强的钕铁硼系热变形磁体、制备方法及其应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种钕铁硼永磁体、制备方法及其应用，特别是一种矫顽力增强的钕铁硼系热变形磁体、制备方法及其应用。

 

背景技术

钕铁硼磁体由稀土元素R与铁、硼组成的金属间化合物。R主要是钕或钕与其他稀土元素的组合，有时也用钴、铝、钒等元素取代部分铁。钕铁硼磁体有很强的磁晶各向异性和很高的饱和磁化强度，其代表性的磁体成分为Nd15Fe77B8（原子比）。在永磁材料中，烧结Nd-Fe-B磁体性能最高，商业产品的最大磁能积（BH）max=360kJ/m³，内禀矫顽力iHc达到800～1400kA/m。但该磁体的居里温度较低（314℃），温度稳定性和耐蚀性较差，限制了在较高温度下使用，而且在多数情况下需采用保护涂层。钕铁硼磁体的制造工艺有粉末冶金法和熔体快淬法。因磁性能优异，Nd-Fe-B型磁体获得了广泛的应用，主要用于电动机、发电机、声波换能器、各种传感器、医疗器械和磁力机械等。

钕铁硼磁体是由日本当代科学家左川真人发明的一种新型永磁体，它是由钕，铁，硼三种元素组成的合金磁体，是现在磁性最强的永磁体，因为钕原子是扁形的，电子云的受限，限制堆积原子偏移，从而形成稳定的不变的磁力。

1983年11月29届金属学术讨论会上，日本住友特殊金属公司最先提出钕、铁、硼永久磁性材料的制造，真是“一石激起千层浪”，此后，引起了钕铁硼新磁性金属研究的热潮，十多年来，这方面的专利与日俱增, 日本住友特殊金属公司在这方面还保持新磁性金属专利的“霸王”地位。

钕铁硼磁铁作为第三代稀土永磁材料，具有很高的性能，具有高磁能积、高性价比等其他类型永磁材料无法比拟的优势，其广泛应用于能源、交通、机械、医疗、IT、家电等行业，特别是随着信息技术为代表的知识经济的发展，给稀土永磁钕铁硼产业等功能材料不断带来新的用途，这为钕铁硼产业带来更为广阔的市场前景。到2015年，钕铁硼产品的世界需求量将高达20 万吨，可见在未来较长的时间，钕铁硼材料仍会在现代信息技术产业中担当重要的角色。

衡量钕铁硼永磁性能的主要技术指标包括剩磁(Br)——是永磁体在外加磁场中充磁后，撤去外场后磁体所保有的磁矩。剩磁越大，则磁能积越大；最大磁能积(BH)max——定义为单位体积磁体所能储存的最大静磁能。磁能积越大，产生相同磁场所需的永磁体体积越小；矫顽力(Hcj)——指为使永磁体磁性消失，在与磁体磁化方向相反方向施加的外场强度，即Br=0时所对应的反向磁场强度。矫顽力越大，磁体抗干扰力越强，亦即保持磁性的能力越强；工作温度(Tw)——指为保持永磁体正常工作能承受的最高温度。

近年NdFeB 烧结磁体已广泛用于诸多用途：如计算机硬盘驱动器上读写头致动器的音圈电机(VCM) 磁片，即是典型例子，它对硬盘存储驱动器的小型化起了促进和关键的作用。此外，它也广泛用于空调压缩电机和混合动力汽车的牵引电机，这类电机要求电机极端的小型化，而工作温度往往很高，约高达180-220℃。所以不仅要求高的剩磁，还要求高的矫顽力。而（Hcj）虽然实现了一定的提升，但仍仅为理论值的1/10~1/3，使磁体的温度稳定性较差，大大限制了磁体在精密仪器仪表、航空航天等领域的应用。因此，提高钕铁硼矫顽力，提升磁体的温度稳定性是进一步扩大应用范围的关键，是亟需攻克的难题。

添加掺杂型元素，通过细化晶粒，改善微结构等可以在一定程度上增大磁体的矫顽力，但增幅不会很高，并且大的添加量导致的磁稀释作用会使磁体的磁性能降低。添加重稀土元素，能有效提高磁体内禀矫顽力，但重稀土元素与Fe的反铁磁性耦合会使磁体的剩磁和最大磁能积等指标迅速下降。如一定添加量的镝（Dy）可有效地提高耐热性和矫顽力 。但是，镝（Dy）的磁矩是与Fe逆平行，从而导致其磁化强度和最大磁能积的减少。此外，镝（Dy）的天然含量是相当低的，在永久磁铁中采用镝（Dy）是相当昂贵的。但是，目前商用的钕铁硼产品，重稀土采用传统的熔炼添加方式，高达5-10wt％的重稀土添加量不仅极大地增加了磁体的生产成本，消耗了宝贵的重稀土资源。

虽然DS Li等人报道了一个名为“晶界扩散的过程” 的新方法。散装烧结磁体均覆盖有重稀土（HRE = Dy和Tb）的氧化物或氟化物的粉末，然后进行热处理，矫顽力得到显著提高，同时，减少了镝（Dy）的消耗。然而，在该方法中用于增强矫顽力的有效厚度通常仅为在磁体表面的几个毫米，对钕铁硼磁铁性能改善能力有限。

 

发明内容