[发明专利]一种复合扩散制备高矫顽力钕铁硼磁体的方法

说明书

一种复合扩散制备高矫顽力钕铁硼磁体的方法，属于稀土永磁材料领域。将低熔点、高润湿性的R1‑M型合金附着在钕铁硼磁体的表面，在600‑800℃进行预扩散处理，并在450‑550℃进行预退火处理，得到晶界相网络，并为后续扩散提供通道；再将R2‑M型合金作为扩散源，在850‑950℃对磁体进行进一步晶界扩散处理，使R2元素在2:14:1主相晶粒的外层形成均匀的磁硬化壳层，并进行退火处理，得到最终磁体。R1为La、Ce、Nd、Pr、Sm中的至少一种，R2为Gd、Tb、Dy和Ho中的至少一种，M为Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、In、Sn、Zn中的至少一种。本发明制备的磁体不仅在引入低重稀土元素条件下获得高的矫顽力，而且扩散距离长且组织均匀，适合尺寸较大的磁体。

技术领域

本发明属于稀土永磁材料领域，特别涉及一种复合扩散制备高矫顽力钕铁硼磁体的方法。

背景技术

烧结钕铁硼永磁材料已成为电力、电讯、汽车、计算机、生物医学及家用电器等领域的核心功能材料。矫顽力是烧结钕铁硼永磁材料关键的性能指标，原因在于：其一，全球对新能源汽车和风力发电产业的重视和推广将对高端稀土永磁产生重大影响，风力发电的直驱永磁机组和新能源汽车的驱动电机都要大量使用高矫顽力烧结钕铁硼磁体；其二，如果H_cj大幅提高，可带动H_k/H_cj、hirr和rec等其它性能的提高；其三，烧结钕铁硼磁体的H_cj还有很大的提升空间，因为实际烧结钕铁硼磁体的H_cj还不足理论值的30％。传统的提升烧结钕铁硼磁体矫顽力的手段是在熔炼时添加重稀土元素来提高晶粒的各向异性场，从而提高矫顽力。限于重稀土资源紧缺，从成本考虑，重稀土的集约化利用是当下亟待解决的问题。

近年来，晶界扩散重稀土作为一种集约化利用重稀土的方法得到了广泛研究。晶界扩散重稀土是指通过热处理工艺使烧结钕铁硼磁体表面附着的重稀土元素沿熔融的晶界扩散至烧结钕铁硼磁体内部的工艺。微磁学研究表明，烧结钕铁硼磁体晶粒表层区域各向异性场最低的区域最容易形成反向畴。理想状态下，如果每个晶粒表面都由极薄的磁硬化层包裹，即可实现矫顽力提升的目的。通过晶界扩散工艺，可以使重稀土集中分布在烧结钕铁硼磁体晶界附近，重稀土用量少，但可显著提升矫顽力，同时避免剩磁大幅降低。因此，相比于传统的熔炼时添加重稀土元素的方法，晶界扩散方法更有利于获得高综合性能的烧结钕铁硼磁体，并实现重稀土的集约化利用。

现有的晶界扩散工艺主要针对薄块磁体的改性，这是由于扩散反应服从菲克定律，元素扩散的驱动力来源于化学势，通常取决于浓度梯度，而基于目前技术，钕铁硼晶界扩散的有效扩散深度有限，且容易形成重稀土元素含量分布不均，使磁体方形度H_k/H_cj大幅下降，同时易造成材料组织的不均匀性，成为力学性能失稳的潜在因素。同时，元素在实际扩散过程中，部分重稀土元素富集在磁体表层，造成表层晶粒磁硬化壳层过厚，是对Dy、Tb等元素的浪费。

鉴于此，设计一种提高重稀土元素扩散效率，优化重稀土元素扩散效果，提高重稀土元素利用率的晶界扩散方法具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高重稀土元素扩散效率，优化重稀土元素扩散效果，提高重稀土元素利用率的晶界扩散方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种复合扩散制备高矫顽力钕铁硼磁体的方法，其特征在于：第一步通过预扩散将具有较低熔点、高润湿的R1-M合金相引入到钕铁硼初始磁体的晶界处；第二步进行预退火处理，促进R1-M晶界相合金网络连续且均匀分布，既增强相邻主相晶粒间的去磁交换耦合作用，又为后续重稀土合金提供有利的扩散通道，得到中间态磁体；第三步在第二步完成的中间态磁体的基础上，将含有重稀土元素的R2-M合金作为扩散源进行扩散处理，重稀土元素R2借助第二步形成的晶界相扩散通道，沿晶界快速扩散的同时，在主相晶粒的外层形成高磁晶各向异性的磁硬化壳层；第四步进行退火处理，进一步改善第三步形成的边界结构及均匀性，得到最终磁体。