CN108831646A

CN108831646A - 氢碎直接添加铝粉和铈铁混合物生产烧结钕铁硼的工艺

Info

Publication number: CN108831646A
Application number: CN201810492815.4A
Authority: CN
Inventors: 张亚波; 张书凯
Original assignee: Aluminum Shandong Yinuowei Strong Magnetic Material Ltd Co
Current assignee: Aluminum Shandong Yinuowei Strong Magnetic Material Ltd Co
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2018-11-16

Abstract

本发明为氢碎直接添加铝粉和铈铁混合物生产烧结钕铁硼的工艺，与现有技术相比，本发明直接利用原料来源最丰富价格最低的稀土合金铈铁（CeFe，Ce70%)作为辅合金，把铈铁直接氢碎并按一定比例混合能提高烧结钕铁硼矫顽力的纳米铝粉，再按双合金工艺和母合金混合后成型烧结制成烧结钕铁硼永磁体。使用本发明工艺提高了烧结钕铁硼性能，并降低了成本，为生产工艺带来便利。

Description

氢碎直接添加铝粉和铈铁混合物生产烧结钕铁硼的工艺

技术领域

本发明涉及烧结钕铁硼生产工艺领域，特别涉及一种氢碎直接添加铝粉和铈铁混合物生产烧结钕铁硼的工艺。

背景技术

Nd－Fe－B永磁体是1982年发现的迄今为止磁性能最强的永磁材料。其主要化学成分Nd(钕)、Fe(铁)、B(硼)，其主相晶胞在晶体学上为四方结构，分子式为Nd2Fe14B（简称：2：14：1）。除主相Nd2Fe14B外，Nd－Fe－B永磁体中还含有少量的富Nd相，富B相等其它相。其中主相和富Nd相是决定Nd－Fe－B磁体永磁特性的最重要的二个相。今天，Nd－Fe－B永磁体已广泛应用于计算机、医学器械、通讯器件、电子器件、磁力机械等领域。

Nd－Fe－B磁体分为烧结和粘结二大类。通常的Nd－Fe－B烧结磁体是粉末冶金方法制造的各向异性致密磁体；而通常的Nd－Fe－B粘结磁体是用激冷的方法获得微晶粉末，每个粉末内含有多个Nd－Fe－B微晶晶粒，再用聚合物或其它粘结剂将粉末粘成大块磁体，因而通常的Nd－Fe－B粘结磁体是非常致密的各向同性磁体。因此，通常的Nd－Fe－B烧结磁体的磁性能远高于Nd－Fe－B粘结磁体，但Nd－Fe－B粘结磁体有着许多Nd－Fe－B烧结磁体不可替代的优点：可以用压结、注射等成型方法制作尺寸小、形状复杂、几何精度高的永磁体，并容易实现大规模自动化生产；另外，Nd－Fe－B粘结磁体，还便于任意方向充磁，能方便制作多极乃至无数极的整体磁体，而这对于Nd－Fe－B烧结磁体来说是通常很难实现；由于Nd－Fe－B粘结磁体中主相Nd2Fe14B呈微晶状态，因此它还具有比烧结磁体耐蚀性好等优点。

氢碎（HDDR）工艺：是一种非常有效的生产各向异性NdFeB磁粉的技术手段。氢碎过程包括吸氢－歧化－脱氢－再复合四个阶段。氢碎过程的本质在于稀土金属间化合物吸氢并歧化分解，再在随后的强制脱氢过程中歧化产物复合成晶粒细小的原化合物相，从而实现对材料晶粒的细化（平均晶粒尺寸为300nm），并产生了沿主相C轴方向的晶体结构，从而制备出具有优异磁性能和磁各向异性的磁粉。

现有工艺主要特点是熔炼接近钕铁硼主相（Nd2Fe14B）成分的母合金A,再熔炼接近富稀土相（晶界相，一般稀土原子比20~80%）的辅合金B,然后把主辅合金按照设定比例混合后氢碎制粉。同样成分的钕铁硼烧结体，采用双合金或多合金生产出的磁性能都比单合金要高一个档次。

近年来，由于烧结钕铁硼产业的快速发展，其常用稀土材料镨钕 ( 或钕 )、镝铁( 或镝 )、铽等消耗量增加，导致其价格持续走高，促使烧结钕铁硼永磁材料的成本提高。为提高烧结钕铁硼性能并降低成本（主要是减少稀土特别是重稀土镝、铽用量）制作了本发明。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种氢碎直接谈价铝粉和铈铁混合物生产烧结钕铁硼的工艺，其技术方案为：

包括：步骤1：选取符合烧结钕铁硼磁体工艺标准的镨钕（PrNd），、纯铁、铜（Cu）、铝（Al）、硼铁(BFe)、锆（Zr）和铌铁（NbFe）为原材料，制成母合金成分；

步骤2：按照重量百分比wt%称取以下原材料，镨钕（PrNd）:28～31,铜（Cu）：0～0.5，铝（Al）：0～1.2，铌（Nb）：0～0.5，锆（Zr）：0～0.5，硼（B）：0.9～1.2，其余为铁（Fe）；

步骤3：按照步骤2的重量百分比wt%进行配料，用真空中频感应熔炼速凝炉甩片成母合金，氢碎后气流磨制备成平均粒度3.0~3.2±1μm的母合金粉，即A合金粉；

步骤4：将铈铁（CeFe）直接氢碎，氢碎后的铈铁（CeFe）混入了5-10%的铝粉，铈铁（CeFe）合金经过中碎成0.5-3cm的小块和5-10%的高纯纳米铝粉同时加入旋转式氢碎炉氢碎脱氢，氢碎后的粉料用高压氮气气流磨制备平均粒度3.0~3.5±1μm合金粉末的辅合金，即B合金粉；

步骤5：按（80+x）%A合金粉、（20-x）%B合金粉，且x范围1~19的比例混合并添加防氧化剂搅拌均匀，然后在氮气保护的密封成型压机中取向成型等静压，生坯在氮气保护下入真空烧结炉在10^-2～10^-3Pa真空条件下于1325～1355K烧结3-5h后氩气冷却，于1130-1195K回火处理1-2h，再于730-790K时效热处理3-5h后出炉后测试性能。

进一步地，所述镨钕（PrNd）中镨（Pr）含量为20%，硼铁（BFe）中硼（B）含量为18.6%，铌铁（NbFe）中铌（Nb）含量为65%，铈铁（CeFe）中铈（Ce）含量为70%。

进一步地，步骤2中镨铁（PrNd）可以用钕（Nd）代替。

进一步地，所述的工艺得到的烧结钕铁硼永磁体。

本发明的有益效果为：本发明为氢碎直接添加铝粉和铈铁混合物生产烧结钕铁硼的工艺，与现有技术相比，本发明直接利用原料来源最丰富价格最低的稀土合金铈铁（CeFe，Ce70%)作为辅合金，把铈铁直接氢碎并按一定比例混合能提高烧结钕铁硼矫顽力的纳米铝粉，再按双合金工艺和母合金混合后成型烧结制成烧结钕铁硼永磁体。使用本发明工艺提高了烧结钕铁硼性能，并降低了成本，为生产工艺带来便利。

具体实施方式

本发明为氢碎直接添加铝粉和铈铁混合物产生烧结钕铁硼的工艺，双合金工艺：为提高烧结钕铁硼性能并降低成本（主要是减少稀土特别是重稀土），一种双合金或多合金工艺近几年已在钕铁硼行业发展成熟，主要特点是熔炼接近钕铁硼主相（Nd2Fe14B）成分的母合金A,再熔炼接近富稀土相（晶界相，一般稀土原子比20~30%）的辅合金B,辅合金可以根据不同的重稀土（Ho、Dy、Tb等）含量标记为B1、B2、B3等，然后把主辅合金按照设定比例混合后氢碎制粉（或各种合金分别制粉后再按设定比例混合）。同样成分的钕铁硼烧结体，采用双合金或多合金生产出的磁性能都比单合金要高一个档次，并且只需熔炼出少数几种母合金和少数几种辅合金，就可以很方便的通过氢碎制粉调整出多种不同牌号的烧结永磁体。

本发明利用原料来源最丰富价格最低的稀土合金铈铁（CeFe，Ce70%)直接氢碎后作为辅合金；为减少辅合金的铈稀土元素进入烧结钕铁硼磁体后对磁体矫顽力产生不利影响，氢碎后的铈铁混入了10-30%的高出纳米铝粉；此种双合金方法辅合金的制粉粒度与母合金的制粉粒度要分别制定，根据母合金的具体成分来确定辅合金的制粉粒度，这样才能确定最佳的烧结温度；双合金的的混合比例及工艺要点：按（80+x）%A合金粉、（20-x）%B合金粉（x范围10~19）比例混合并添加一定比例的防氧化剂搅拌均匀。

具体操作步骤如下：

步骤1：选取符合烧结钕铁硼磁体工艺标准的镨钕（PrNd），、纯铁、铜（Cu）、铝（Al）、硼铁(BFe)、锆（Zr）和铌铁（NbFe）为原材料，制成母合金成分；

步骤3：按照步骤2的重量百分比wt%进行配料，用真空中频感应熔炼速凝炉甩片成母合金，氢碎后气流磨制备成平均粒度（3.0~3.2）±1μm的母合金粉，即A合金粉；

步骤4：铈铁（CeFe）合金经过中碎成0.5-3cm的小块和5-10%的高纯纳米铝粉同时加入旋转式氢碎炉氢碎脱氢，氢碎后的粉料用高压氮气气流磨制备平均粒度（3.0~3.5）±1μm合金粉末的辅合金，即B合金粉；

步骤5：按（80+x）%A合金粉、（20-x）%B合金粉，且x范围10~19的比例混合并添加1.0-1.5‰防氧化剂搅拌均匀，然后在氮气保护的密封成型压机中取向成型等静压，生坯在氮气保护下入真空烧结炉在10^-2～10^-3Pa真空条件下于1325～1355K烧结3-5h后氩气冷却，于1130-1195K回火处理1-2h，再于730-790K时效热处理3-5h后出炉后测试性能。

进一步地:所述镨钕（PrNd）中镨（Pr）含量为20%，硼铁（BFe）中硼（B）含量为18.6%，铌铁（NbFe）中铌（Nb）含量为65%，铈铁（CeFe）中铈（Ce）含量为70%。

进一步地，步骤2中镨铁（PrNd）可以用钕（Nd）代替。

进一步地，采用本发明工艺得到的烧结钕铁硼永磁体。

实施例1：按照重量百分比：镨钕（PrNd）:30.5,铜（Cu）：0.2，铝（Al）：0.1，铌（Nb）：0.15，锆（Zr）：0.1，硼（B）：1.0，其余为铁（Fe）配料，再用真空中频感应熔炼速凝炉甩片成母合金，氢碎后气流磨制备成平均粒度3.2±1μm的母合金粉，即A1合金粉；铈铁（CeFe）合金经过中碎成0.5-3cm的小块和8%的高纯纳米铝粉同时加入旋转式氢碎炉氢碎脱氢，氢碎后的粉料用高压氮气气流磨制备平均粒度3.5±1μm合金粉末的辅合金，即B1合金粉；x取值17，按97%A1合金粉、3%B1合金粉，添加1.2‰防氧化剂搅拌均匀，然后在氮气保护的密封成型压机中取向成型等静压，生坯在氮气保护下入真空烧结炉在10^-2～10^-3Pa真空条件下于1345K烧结4h后氩气冷却，于1185K回火处理2h，再于760K时效热处理4h后出炉，测试磁性能结果是Br:12.4kGs Hcj:14.5kOe。达到38M性能，比同样成分的单合金工艺矫顽力提高2.0kOe（相对提高了15%！），每公斤制造成本降低了1.3元。

实施例2：按照重量百分比：镨钕（PrNd）:29.5,铜（Cu）：0.1，铝（Al）：0.2，铌（Nb）：0.15，锆（Zr）：0.1，硼（B）：1.0，其余为铁（Fe）配料，再用真空中频感应熔炼速凝炉甩片成母合金，氢碎后气流磨制备成平均粒度3.3±1μm的母合金粉，即A2合金粉；铈铁（CeFe）合金经过中碎成0.5-3cm的小块和6%的高纯纳米铝粉同时加入旋转式氢碎炉氢碎脱氢，氢碎后的粉料用高压氮气气流磨制备平均粒度3.3±1μm合金粉末的辅合金，即B2合金粉；x取值15，按95%A2合金粉、5%B2合金粉，添加1.2‰防氧化剂搅拌均匀，然后在氮气保护的密封成型压机中取向成型等静压，生坯在氮气保护下入真空烧结炉在10^-2Pa～10^-3Pa真空条件下于1350K烧结4h后氩气冷却，于1170K回火处理2h，再于770K时效热处理4h后出炉，测试磁性能结果是Br:12.9kGs Hcj:13.5kOe。达到N42性能，比同样成分的单合金工艺矫顽力提高1.6kOe（提高了12%！），每公斤制造成本降低了1.6元。

实施例3：按照重量百分比：镨钕（PrNd）:28.5,铜（Cu）：0.15，铝（Al）：0.1，铌（Nb）：0.2，锆（Zr）：0.1，硼（B）：0.96，其余为铁（Fe）配料，再用真空中频感应熔炼速凝炉甩片成母合金，氢碎后气流磨制备成平均粒度3.0±1μm的母合金粉，即A3合金粉；铈铁（CeFe）合金经过中碎成0.5-3cm的小块和9%的高纯纳米铝粉同时加入旋转式氢碎炉氢碎脱氢，氢碎后的粉料用高压氮气气流磨制备平均粒度3.3±1μm合金粉末的辅合金，即B3合金粉；x取值12，按92%A3合金粉、8%B3合金粉，添加1.2‰防氧化剂搅拌均匀，然后在氮气保护的密封成型压机中取向成型等静压，生坯在氮气保护下入真空烧结炉在10^-2Pa～10^-3Pa真空条件下于1340K烧结4h后氩气冷却，于1160K回火处理2h，再于750K时效热处理4h后出炉，测试磁性能结果是Br:12.2kGs Hcj:17.4kOe。达到35 H性能，比同样成分的单合金工艺矫顽力提高2.2kOe（提高了18%！），每公斤制造成本降低了1.8元。

下表以磁体成分（wt%）为：

镨钕（PrNd）28.2，铈（Ce）4.0，铜（Cu）0.2，铝（Al）0.8，铌（Nb）0.15，锆（Zr）0.1，硼（B）1.0，铁（Fe）1.0为例对比采用本发明工艺产品磁性能的提高和执照成本的降低对比表：

本工艺开发试验过程所使用的为一种国产旋转式氢碎炉XZHD-1200B，其包含两端支撑于支撑件上的可旋转炉胆、位于炉胆外层的电加热炉、炉胆旋转驱动机构和用于对炉胆内抽真空、充氢的抽真空装置、配气装置，炉胆的一端为进、出料口，另一端与抽真空装置和配气装置密封相通，电加热炉由可开、合的左、右炉体构成，左、右炉体分别置于下部设有滚轮的支撑架上。在炉胆内设有螺旋片保证吸氢过程和冷却过程对物料进行均匀翻转。

生产流程：配料→铸片→氢碎→粗粉搅拌→气流磨→细粉搅拌→成型→烧结时效→检测。

本发明按照实施例进行了说明，在不脱离本原理的前提下，本装置还可以作出若干变形和改进。应当指出，凡采用等同替换或等效变换等方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.氢碎直接添加铝粉和铈铁混合物生产烧结钕铁硼的工艺，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的氢碎直接添加铝粉和铈铁混合物生产烧结钕铁硼的工艺，其特征在于:所述镨钕（PrNd）中镨（Pr）含量为20%，硼铁（BFe）中硼（B）含量为18.6%，铌铁（NbFe）中铌（Nb）含量为65%，铈铁（CeFe）中铈（Ce）含量为70%。

3.如权利要求1或2所述的氢碎直接添加铝粉和铈铁混合物生产烧结钕铁硼的工艺，其特征在于:步骤2中镨铁（PrNd）可以用钕（Nd）代替。

4.一种如权利要求1所述的工艺得到的烧结钕铁硼永磁体。