[发明专利]一种提高烧结Nd‑Fe‑B磁体抗腐蚀性能的表面晶界改性方法及其制备的产品

说明书

技术领域

本发明涉及永磁材料领域，尤其是永磁材料改性领域，具体为一种提高烧结Nd-Fe-B磁体抗腐蚀性能的表面晶界改性方法及其制备的产品。

背景技术

Nd-Fe-B磁体作为应用最广泛的稀土功能材料，具有优异的磁性能，其剩磁和最大磁能积分别已经达到理论值的97%和93%以上，被称为“磁王”。经过多年的发展，烧结Nd-Fe-B磁体已经成为社会经济建设和人们日常生活中必不可少的材料，被广泛应用于航空航天、发电机、电子计算机、汽车、通讯、医疗器械等各个领域。

烧结Nd-Fe-B磁体主要由硬磁性Nd2Fe14主相和弱磁性富Nd晶界相组成。其中，硬磁性Nd2Fe14主相的化学性质较为稳定，但弱磁性富Nd晶界相的化学性质非常活泼，是腐蚀发生的优先位置。目前，烧结Nd-Fe-B磁体较差的抗腐蚀性能已成为其广泛应用的最大限制因素。

烧结Nd-Fe-B磁体的腐蚀主要分为：电化学腐蚀和化学腐蚀两种类型。其中，电化学腐蚀的动力主要来自于主相与晶界相的电极电位差。富Nd相中Nd的原子百分比一般占到约80%，Nd的化学性质非常活泼，其外层电子非常容易失去，导致其标准电极电位很低(-2.431 V)；而Nd2Fe14主相则相对稳定；由于两相共存，组成了有较大电极电位差的原电池。同时，富Nd相在磁体中所占的体积分数小于10%，因此，在磁体中形成了小阳极、大阴极的结构。在腐蚀介质中，阳极的富Nd相会优先被腐蚀和溶解，从而导致主相晶粒的脱落和磁性器件的失效。

此外，由于晶界Nd具有活泼的化学性质，其会与空气中的氧和水反应，反应进程与温度、湿度和压强有密切关系。研究发现，磁体表面的富Nd相与氧反应生成Nd2O3，然后沿着晶界相向磁体内部扩展。在有水参与的情况下，富Nd晶界相与H2O反应，反应会生成部分氢气，稀土吸氢后会发生体积膨胀，从而导致主相颗粒粉化脱落。

近年来，随着海上风力发电、混合动力汽车的迅速发展和国家政策的扶持，对高磁性能高抗腐蚀性能磁体的需求将越来越大，同时对磁体的抗腐蚀性能和使用寿命也将提出更高的要求。

为了提高烧结Nd-Fe-B磁体的抗腐蚀性能，研究者主要从两方面入手，一是在磁体表面镀防护镀层，二是提高磁体本征抗腐蚀性。前者主要通过隔绝磁体和腐蚀环境，从而起到保护磁体的效果。后者从磁体的晶界相入手，通过改变磁体成分和显微结构提高晶界相的电极电位和化学稳定性，达到改善磁体抗腐蚀性能的目的。

商业烧结Nd-Fe-B磁体普遍采用电镀金属、化学镀金属、电泳涂层和磷化处理等方法，在烧结磁体表面镀上一层保护层，用来隔离磁体和腐蚀环境，从而延长磁体的使用寿命。而提高磁体本征抗腐蚀性能的方法包括：元素合金化和基于双合金工艺的晶界重构等方法。元素合金化是指在制备Nd-Fe-B磁体的配料环节，通过调整成分配方，在原有的成分中添加一种或者几种金属、合金或者化合物，通过共同熔炼、甩片等步骤，制备烧结Nd-Fe-B磁体。很多研究者研究了Al、Co、Cu、Ga、P、Cr、Ti、Zr、Pb等少量元素合金化，以提高磁体的耐腐蚀性能。这些元素能够与晶界相中的Nd、Fe或B元素发生化学反应，生成较为稳定的晶界相，抑制晶界相在腐蚀环境中的腐蚀和溶解，从而防止主相晶粒的脱落和磁性器件的失效。

表面防护镀层虽然能够将磁体与外界的腐蚀环境隔绝，有效改善磁体的抗腐蚀性能，但镀层会大大增加磁体的生产成本，并造成环境污染，同时表面镀层还存在着结合力较差，以及出现开裂、起泡与脱落的风险。元素合金化能够在一定程度上提高磁体的抗腐蚀性能，但添加元素会部分进入Nd2Fe14主相，造成磁稀释作用，降低磁体的磁性能。

为此，迫切需要一种新的方法，以解决上述问题。

发明内容