王庆凯 (中国山东省烟台市经济技术开发区珠江路22号, Shandong 6, 264006, CN)
YU, Yongjiang (22. Zhujiang Rd, Economic and Technical Development ZoneYantai, Shandong 6, 264006, CN)
烟台正海磁性材料股份有限公司 (中国山东省烟台市经济技术开发区珠江路22号, Shandong 6, 264006, CN)
WANG, Qingkai (22. Zhujiang Rd, Economic and Technical Development ZoneYantai, Shandong 6, 264006, CN)
王庆凯 (中国山东省烟台市经济技术开发区珠江路22号, Shandong 6, 264006, CN)
| 权 利 要 求 1、 一种梯度矫顽力钕铁硼磁体的生产方法， 其特征在于： 按照如下步骤进行： ( 1 ) 制备成分为 R-Fe-B-M的两种或两种以上的合金， 其中至少包括合金 A和 B， R为 Pr、 Nd、 Dy、 Tb稀土类元素的一种或两种以上， M为 Co、 Cu、 Ga、 Nb、 Al、 Mn、 Zr、 Ti 等元素的一种或两种以上， M的质量总含量低于 5%， 其中合金 A中的 Dy、 Tb含量大于合 金 B中的 Dy、 Tb含量， 合金 B中的 Dy、 Tb含量大于其他合金中 Dy、 Tb含量； (2)用粉碎设备将步骤（1 ) 中制备的合金制成粉末， 粉末的制备过程可以采用如下生产 方式中的一种或多种进行组合： (a) 将合金片分别进入氢处理炉内进行氢粉碎， 在惰性气体或 N2气保护下的环境中， 再经气流磨进行微粉碎； (b) 将合金片分别进行研磨粉碎， 然后经气流磨进行微粉碎， (3 )将步骤（2) 中制备的粉末在磁取向成型装置中成型， 事先放置一片或一片以上的隔 板， 将粉末分别填入到分隔的不同腔体内， 粉末填充完成后将隔板取出， 其中由合金 A制成 的粉末填充在至少一个最外层的腔体内； (4) 将成型体送入烧结炉进行 1000〜1120°C x l〜6hr的烧结， 最后进行 850-950°C x l-6hr 和 450-600°C x l-6hr的时效处理， 得到梯度矫顽力钕铁硼磁体。 2、根据权利要求 1所述的梯度矫顽力钕铁硼磁体的生产方法，其特征在于：所述步骤（2) 中微粉碎的粒径为 3-4微米。 3、根据权利要求 1所述的梯度矫顽力钕铁硼磁体的生产方法，其特征在于：所述步骤（3 ) 可以将步骤 （2) 制备的粉末沿取向方向进行逐层填充， 然后进行取向压制， 其中由合金 A 制成的粉末填充在至少一侧的最外层。 4、根据权利要求 3所述的梯度矫顽力钕铁硼磁体的生产方法，其特征在于：所述步骤（3 ) 中由合金 A制成的粉末所填充的厚度占填充总厚度的 50%以下。 5、 根据权利要求 1至 4所述之一的梯度矫顽力钕铁硼磁体的生产方法， 其特征在于： 所 述步骤 （3 ) 中将磁取向成型装置进行惰性气体或 ^^2气保护， 或着在粉末中添加防氧化剂。 6、 一种梯度矫顽力钕铁硼磁体， 其特征在于： 包括至少两层不同矫顽力的钕铁硼磁性材 料层， 其中包括一层表面高矫顽力层和至少一层中间低矫顽力层， 所述表面高矫顽力层沿取 向方向通过烧结层与中间低矫顽力层连接在一起。 7、 根据权利要求 6所述的梯度矫顽力钕铁硼磁体， 其特征在于： 所述若干中间低矫顽力 层沿取向方向通过烧结层连接在一起。 8、 根据权利要求 6或 7所述的梯度矫顽力钕铁硼磁体， 其特征在于： 还包括另一层表面 高矫顽力层， 所述另一层表面高矫顽力层沿取向方向通过烧结层与最外层的中间低矫顽力层 连接在一起。 9、 根据权利要求 8所述的梯度矫顽力钕铁硼磁体， 其特征在于： 所述两层表面高矫顽力 层的材料相同。 10、 根据权利要求 9所述的梯度矫顽力钕铁硼磁体， 其特征在于： 所述表面高矫顽力层 的厚度之和占磁体总厚度的 50%以下。 |
本发明涉及一种钕铁硼永磁材料， 特别是涉及一种具有梯度矫顽力的钕铁硼磁体 及其生 产方法。
背景技术
钕铁硼系稀土永磁体， 以其优良的磁性能得到越来越多的应用， 被广泛应用在核磁共振、 计算机、 混合动汽车、 各种电动机和风力发电机等领域。 根据钕铁硼系稀土永磁体使用领域 的不同， 其性能和成分组成也有明显的差异。通常情况 下， 使用稀土 Pr、 Nd制作的钕铁硼磁 体， 其矫顽力较低， 耐反向磁场和高温的能力较差， 较易失磁， 只能应用在低反向磁场和温 度不太高的环境中。 而通过在磁体成分中添加 Dy、 Tb等重稀土元素， 可以有效地提高磁体 的矫顽力， 磁体的耐高温特性和耐反向磁场的能力随着 Dy、 Tb含量的增加而提高。 近几年 随着混合动力汽车、 风力发电机等行业的飞速发展， 对这类耐高温磁体的需求也有成倍的增 长。
但是该类磁体的缺点也很明显， 首先是随着 Dy、 Tb 的升高， 磁体的表磁和磁能积也有 了较大幅度的降低。 对于电机而言， 降低磁能积， 相同的功率输出需要更多的磁体， 体积和 重量也相应增加。 另外， Dy、 Tb是稀缺资源， 价格是 PrNd合金的几倍甚至十几倍， 也限制 了该类磁体的更广泛应用。
我们通过对 46H磁体（Hcj=17.8KOe)在温度为 150°C的条件下进行试验， 结果表明， 永 磁体在电机中的失磁是不均匀的， 对于粘接在磁轭上的磁体， 失磁部分总是在靠近感应线圈 的磁体的表面部分， 而磁体的内部基本不失磁； 对于嵌入到硅钢片中的磁体， 其失磁部分则 集中到磁体的两个外表面。 这种现象产生的原因是磁体与线圈接近的部分 ， 受到的反向磁场 比内部要大很多； 对于粘贴式的磁体， 磁体靠近线圈的一侧由于涡流等原因， 温度也要高于 磁体的另一侧。
电机的工作温度通常可达 150°C以上， 如果想保持磁体的失磁较少， 则必须使用矫顽力 大于 20 KOe的磁体。因此我们使用矫顽力更高的 40SH、 38UH磁体在温度为 150°C的条件下 进行试验， 结果表明磁体失磁很小， 这是由于矫顽力提高后， 磁体的抗失磁能力提高， 但矫 顽力的提高会导致磁体磁的能积下降， 导致电机的输出明显下降， 如果想保持电机中磁体的 表磁不变， 则必须增加磁体的数量， 这样就会增加成本。
发明内容 本发明要解决的技术问题是提供一种高磁性能 、 高耐退磁性能的梯度矫顽力钕铁硼磁体 及其生产方法。
本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体的生产方法， 按照如下步骤进行：
( 1 ) 制备成分为 R-Fe-B-M的两种或两种以上的合金， 其中至少包括合金 A和 B， R为 Pr、 Nd、 Dy、 Tb稀土类元素的一种或两种以上， M为 Co、 Cu、 Ga、 Nb、 Al、 Mn、 Zr、 Ti 等元素的一种或两种以上， M的质量总含量低于 5%， 其中合金 A中的 Dy、 Tb含量大于合 金 B中的 Dy、 Tb含量， 合金 B中的 Dy、 Tb含量大于其他合金中 Dy、 Tb含量；
(2)用粉碎设备将步骤（1 ) 中制备的合金制成粉末， 粉末的制备过程可以采用如下生产 方式中的一种或多种进行组合：
(a) 将合金片分别进入氢处理炉内进行氢粉碎， 在惰性气体或 N 2 气保护下的环境中， 再经气流磨进行微粉碎；
(b) 将合金片分别进行研磨粉碎， 然后经气流磨进行微粉碎，
(3 )将步骤（2) 中制备的粉末在磁取向成型装置中成型， 事先放置一片或一片以上的隔 板， 将粉末分别填入到分隔的不同腔体内， 粉末填充完成后将隔板取出， 其中由合金 A制成 的粉末填充在至少一个最外层的腔体内；
(4)将成型体送入烧结炉进行 1000〜1120°C x l〜6hr的烧结，最后进行 850-950°C x l-6hr 和 450-600°C x l-6hr的时效处理， 得到梯度矫顽力钕铁硼磁体。
本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体的生产方法， 其中所述步骤 （2) 中微粉碎的粒径为 3-4微 米。
本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体的生产方法， 其中所述步骤 （3 ) 可以将步骤 （2) 制备的 粉末沿取向方向进行逐层填充， 然后进行取向压制， 其中由合金 A制成的粉末填充在至少一 侧的最外层。
本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体的生产方法， 其中所述步骤 （3 ) 中由合金 A制成的粉末 所填充的厚度占填充总厚度的 50%以下。
本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体的生产方法， 其中所述步骤（3 ) 中将磁取向成型装置进行 惰性气体或 N 2 气保护， 或着在粉末中添加防氧化剂。 本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体， 包括至少两层不同矫顽力的钕铁硼磁性材料层 ， 其中包 括一层表面高矫顽力层和至少一层中间低矫顽 力层， 所述表面高矫顽力层沿取向方向通过烧 结层与中间低矫顽力层连接在一起。
本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体及其生产方法， 其中所述若干中间低矫顽力层沿取向方向 通过烧结层连接在一起。
本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体及其生产方法， 其中还包括另一层表面高矫顽力层， 所述 另一层表面高矫顽力层沿取向方向通过烧结层 与最外层的中间低矫顽力层连接在一起。
本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体及其生产方法， 其中所述两层表面高矫顽力层的材料相同。 本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体及其生产方法， 其中所述表面高矫顽力层的厚度之和占磁 体总厚度的 50%以下。
本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体及其生产方法提 供了一种至少具有两层矫顽力不同的烧结 钕铁硼磁体， 与原来的大块整体磁钢相比， 该种梯度矫顽力钕铁硼磁体涡流损失大大降低 。 另外梯度矫顽力钕铁硼磁体的表面高矫顽力层 具有更高的耐温性能， 在高温安装以及设备运 转过程中可有效的抵抗高温和反向磁场的作用 ， 从而降低磁体的热减磁， 使内层磁体的工作 环境得到改善， 因此内层可以使用低矫顽力高剩磁磁钢， 这样不仅可以减少镝、 铽等重稀土 的使用量， 降低材料成本， 减少资源浪费， 而且可以提高复合磁钢的整体剩磁， 进而可使用 体积更小的磁钢。
具体实施方式
实施例 1
48H-42SH梯度矫顽力钕铁硼磁体：
将配方为 Nd^Pi^Dy^a^Cu^GaiuAl^BiNb iFe 的原料在真空带坯连铸炉中熔炼为 合金 A， 将配方为 ^的原料在真空带坯连铸炉中熔炼为合 金 B， 将合金片 A、 B分别进入氢处理炉内进行氢粉碎， 氢碎之后， 在^^ 2 气保护下的无氧环 境中， 再经气流磨进行微粉碎得到粉末粒度为 3.6μιη ;
在氧含量小于 1%的气氛的垂直磁取向成型装置中成型； 在长度为 72mm， 取向方向为 22mm的模腔中事先放置长度为 71.9mm， 高度为 105mm， 厚度为 0.5mm的铜隔板， 将模腔 的取向方向分成 1、 2两个腔体， 腔体 1、 2的体积比为 1 : 3， 模腔深度为 100mm, 然后将合 金 A的粉末填充到腔体 1中，再将合金 B粉末填充到腔体 2中，粉末填充完成后将隔板取出， 然后进行取向压制。
将成型体在氧含量小于 1%的气氛环境中送入烧结炉， 进行 1100°C x4hr的烧结， 最后进 行 900°C x4hr和 500°C x3hr的时效处理， 得到尺寸为 60.3 x40.8x l5.4mm的毛坯。合金 A的粉 末烧结形成表面高矫顽力层， 合金 B的粉末烧结形成中间低矫顽力层。
分别在磁体的表面高矫顽力层和中间低矫顽力 层分别加工 D10x3.5的样柱进行磁性能的 测量， 得到磁体性能结果如表 1。
表 1 Br Hcb Hcj (BH)max Hk
Hk Hcj kGs kOe kOe MGOe kOe
A 13.25 12.88 24.08 42.42 23.59 0.98
B 13.9 13.53 18.1 47.09 17.67 0.98 以磁体表面高矫顽力层和中间低矫顽力层分界 线为中心加工 D10x3.5 的样柱 1， 并在表 面高矫顽力层加工矫顽力为 24.08， 尺寸为 D10X3.5的样柱 2; 在中间低矫顽力层加工矫顽力 为 18.1， 尺寸为 D10X3.5尺寸的样柱 3， 做磁通不可逆实验， 温度分别为 120°C和 150°C， 时 间 2小时， 所做样品均贴在铁板上进行实验， 1 号样品需将成中间低矫顽力层的一侧贴到铁 板上。 所得结果如表 2。
表 2
实施例 2
44H-38UH梯度矫顽力钕铁硼磁体：
将配方为 的原料在真空带坯连铸炉中熔炼为合 金 A， 将配方为 中 熔炼为合金 B， 将合金片 、 B分别进入氢处理炉内进行氢粉碎， 氢碎之后， 在 ^^ 2 气保护下 的无氧环境中， 再经气流磨进行微粉碎得到粉末粒度为 3.5μιη ; 在氧含量小于 1%的气氛的平 行磁取向成型装置中成型， 在长度方向为 75mm， 宽度方向为 50mm的模腔中先填充合金 A 的粉末 5.5mm高， 然后填充合金 B的粉末 16.5mm高， 粉末填充完成后进行取向压制。
将成型体在氧含量小于 1%的气氛环境中送入烧结炉， 进行 1090°C x4hr的烧结， 最后进 行 900°C x3hr和 540°C x4hr的时效处理， 得到尺寸为 62.6x41.7x 15 mm的毛坯。 合金 A的粉 末烧结形成表面高矫顽力层， 合金 B的粉末烧结形成中间低矫顽力层。
分别在磁体的表面高矫顽力层和中间低矫顽力 层分别加工 D10x3.5的样柱进行磁性能的 表 3
Br Hcb Hcj (BH)max Hk xf
Hk Hcj
kGs kOe kOe MGOe kOe g/cm A 3
A 12.46 12.15 27.47 37.65 23.97 0.87 7.63
B 13.36 13.05 18.19 43.74 17.39 0.95 7.6 以磁体表面高矫顽力层和中间低矫顽力层分界 线为中心加工 D10x3.5 的样柱 1， 并在表 面高矫顽力层加工矫顽力为 27.47， 尺寸为 D10X3.5的样柱 2; 在中间低矫顽力层加工矫顽力 为 18.19， 尺寸为 D10X3.5尺寸的样柱 3， 做不可逆实验， 温度 180°C， 时间 2小时， 所做样 品均贴在铁板上进行实验， 1 号样品的需将在中间低矫顽力层的一侧贴到铁 板上。 所得结果 如表 4
表 4
实施例 3
42SH-48H-42SH梯度矫顽力钕铁硼磁体：
将配方为 Nd^Pi^Dy^a^Cu^GaiuAl^BiNb iFe 的原料在真空带坯连铸炉中熔炼为 合金 A， 将配方为 ^的原料在真空带坯连铸炉中熔炼为合 金 B， 将合金片 A B分别进入氢处理炉内进行氢粉碎， 氢碎之后， 在^^ 2 气保护下的无氧环 境中， 再经气流磨进行微粉碎得到粉末粒度为 3.6μιη ;
在氧含量小于 1%的气氛的垂直磁取向成型装置中成型； 在长度为 72mm， 取向方向为 22mm的模腔中事先放置长度为 71.9mm， 高度为 105mm， 厚度为 0.5mm的铜隔板 2片， 将 模腔的取向方向分成 1 2 3三个腔体， 1 2 3腔体的体积比为 1 : 3 : 1，模腔深度为 100mm, 然后将合金 A的粉末填充到腔体 1 3中， 再将合金 B的粉末填充到腔体 2中， 粉末填充完 成后将隔板取出， 然后进行取向压制。
将成型体在氧含量小于 1%的气氛环境中送入烧结炉， 进行 1100°C x5hr的烧结， 最后进 行 900°C x4hr和 500°C x3hr的时效处理， 得到尺寸为 60.3 x40.8x l5.4mm的毛坯。合金 A的粉 末烧结形成表面高矫顽力层， 合金 B的粉末烧结形成中间低矫顽力层。
分别在磁体的表面高矫顽力层和中间低矫顽力 层分别加工 D10x3.5的样柱进行磁性能的 测量， 得到磁体性能结果如表 5
表 5
Br Hcb Hcj (BH)max Hk
Hk Hcj
kGs kOe kOe MGOe kOe
A 13.23 12.88 23.59 42.42 23.12 0.98
B 13.92 13.53 17.98 47.05 17.62 0.98 以磁体中间低矫顽力层为中心加工 D10x l4的样柱 1，并在表面高矫顽力层加工矫顽力为 23.59, 尺寸为 D 10x 14的样柱 2; 在中间低矫顽力层加工矫顽力为 17.98， 尺寸为 D10x l4尺 寸的样柱 3， 做不可逆实验， 温度 150°C， 时间 2小时， 所做样品均贴在铁板上进行实验， 所 得结果如表 6。
表 6
实施例 4
42H-36UH梯度矫顽力钕铁硼磁体：
将配方为 Ti 0 .iFe ^的原料在真空感应炉中熔炼为宽度为 20mm的铸锭 A， 将配方为 Nd^Pi^DysCof CuQ^GafuAlQ^BiNbiMFe余量的原料在真空感应炉 中熔炼为宽度为 20mm的铸锭 B， 将铸锭 A、 B分别经过旋风分离器粉碎后， 再经过气流磨 进行微粉碎得到粉末粒度为 3.8μιη ; 在粉末中添加 1%的防氧化剂后， 将粉末在垂直磁取向成 型装置中成型； 在长度为 65mm， 取向方向为 24mm的模腔中事先放置长度为 64.9mm， 高度 为 95mm， 厚度为 0.5mm的铜隔板 1片， 将模腔的取向方向分成 1、 2三个腔体， 1、 2腔体 的体积比为 1 : 4， 模腔深度为 90mm， 然后将铸锭 A的粉末填充到腔体 1中， 再将铸锭 B的 粉末填充到腔体 2中， 粉末填充完成后将隔板取出， 然后进行取向压制。
将成型体在氧含量小于 1%的气氛环境中送入烧结炉， 进行 1100°C x5hr的烧结， 最后进 行 900°C x4hr和 500°C x3hr的时效处理， 得到尺寸为 53.9x38.7x 17mm的毛坯。 合金 A的粉 末烧结形成表面高矫顽力层， 合金 B的粉末烧结形成中间低矫顽力层。
分别在磁体的表面高矫顽力层和中间低矫顽力 层分别加工 D10x3.5的样柱进行磁性能的 测量， 得到磁体性能结果如表 5。
表 7
以磁体表面高矫顽力层和中间低矫顽力层的分 界线为中心加工 D10x3.5 的样柱 1， 并在 表面高矫顽力层加工矫顽力为 28.34， 尺寸为 D10X3.5的样柱 2; 在中间低矫顽力层加工矫顽 力为 19.23， 尺寸为 D10x3.5尺寸的样柱 3， 做磁通不可逆实验， 温度 180°C， 时间 2小时， 所做样品均贴在铁板上进行实验， 1 号样品的需将中间低矫顽力层的一侧贴到铁板 上。 所得 结果如表 8
表 8
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施 方式进行描述， 并非对本发明的范围进行 限定， 在不脱离本发明设计精神的前提下， 本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出 的 各种变形和改进， 均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内 。
工业实用性
本发明梯度矫顽力钕铁硼磁体及其生产方法所 采用的原料都为现有的制造永磁体的原 料， 所使用的生产设备也都属于现有的成熟设备， 其产品能够广泛应用在耐高温永磁体领域 中， 并产生积极地效果， 因此具有很大的市场前景和很强的工业实用性 。