一种钕铁硼磁体和调控钕铁硼磁体粗晶层晶粒尺寸及粒径分布的方法技术

本发明专利技术涉及稀土永磁材料技术领域，公开了一种调控钕铁硼磁体粗晶层晶粒尺寸的方法，以酸性溶液对钕铁硼快淬磁粉进行酸洗处理、洗涤后进行热压制备各向同性的钕铁硼磁体和各向异性的钕铁硼磁体。本发明专利技术利用酸对钕铁硼快淬磁粉表面的氧含量降低，对酸性溶液的pH和酸洗时间的严格控制，可有效降低钕铁硼磁体中界面粗晶层的晶粒尺寸，获得较窄的粒径分布，这对提高磁体的剩磁和矫顽力都有较好的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种钕铁硼磁体和调控钕铁硼磁体粗晶层晶粒尺寸及粒径分布的方法
本专利技术涉及稀土永磁材料
，具体涉及一种钕铁硼磁体和调控钕铁硼磁体粗晶层晶粒尺寸及粒径分布的方法。
技术介绍
作为第三代稀土永磁材料，钕铁硼(Nd-Fe-B)被广泛应用在通信、计算机、航空航天、交通运输、汽车工业等领域。热压/热变形技术是制备全密度高各向异性钕铁硼稀土永磁材料的主要方法之一。该技术相比目前普遍采用的烧结技术而言具有工艺流程短、稀土用量少、无需外加磁场取向、易于实现近终成型等优点。从微观结构来看，该技术制备的钕铁硼热变形磁体具有片状纳米晶结构，这种纳米晶的厚度仅80-120纳米，宽度为300-800纳米，该晶粒尺寸明显小于烧结钕铁硼磁体中微米尺寸的晶粒(2-5微米)，由于纳米晶的优异特性，热变形磁体的耐腐蚀性能等使役性能要明显优于烧结磁体。然而，热变形磁体内部组成颗粒之间的界面处通常都存在无取向的粗大晶粒层(简称粗晶层)，粗晶层内晶粒的形状均为等轴晶粒，晶粒尺寸约为1-3微米。这种微米尺寸的粗大晶粒为多磁畴结构，它能够导致钕铁硼磁体矫顽力的大幅降低。研究表明，界面粗晶层的形成与低熔点晶界相在颗粒边界处的富集密切相关(JournalofRareEarths,2013,31:679-684)。为此，研究人员开发出通过添加高熔点相的方法来抑制界面粗晶层，减小粗晶层的晶粒尺寸。CN105321645A公开了一种高矫顽力纳米晶热变形稀土永磁材料及其制备方法，将难熔的碳化物、氮化物、氧化物中的至少一种与合金粉末混合制备混合磁粉，依次进行热压成型及热变形成型，得到高矫顽力纳米晶热变形稀土永磁材料，利用晶界添加高熔点WC纳米合金的方法减小粗晶层的宽度和晶粒尺寸，从而大幅提高钕铁硼热变形磁体的矫顽力；WO2010063142A1中公开了了通过晶界添加高熔点纳米相(NiAl、SiC、TiC、AlN、TiN、ZrN)的方法来抑制烧结钕铁硼磁体的晶粒尺寸，从而提高磁体矫顽力；Tang等人则报道了通过在原料快淬粉中添加高熔点Nb元素的方法能够减小粗晶层宽度和晶粒尺寸并提高热变形钕铁硼磁体的矫顽力(ScriptaMaterialia,2018,147:108-113)；本申请人在CN107464647A公开了一种高微观均匀度热变形纳米晶稀土永磁材料及其制备方法，通过在快淬磁粉表面均匀分布高熔点h-BN的方法来抑制粗晶层进而获得高微观均匀度钕铁硼热变形磁体的技术。如何降低钕铁硼磁体粗晶层的晶粒尺寸，获得晶粒尺寸细小且分布均匀的钕铁硼磁体仍然是值得继续探究的课题，掌握了如何调控晶粒尺寸，将对提高钕铁硼热变形磁体的矫顽力等磁性能有重要意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种有效调控钕铁硼磁体颗粒界面粗晶层晶粒尺寸及粒径分布的方法，可获得粗晶层晶粒尺寸小且分布均匀的钕铁硼磁体。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种调控钕铁硼磁体粗晶层晶粒尺寸及粒径分布的方法，包括如下步骤：(1)以酸性溶液对钕铁硼快淬磁粉进行酸洗处理；(2)用去离子水、乙醇或乙醇水溶液对步骤(1)酸洗后的钕铁硼快淬磁粉冲洗，冲洗后干燥；酸洗后钕铁硼快淬磁粉表层的氧含量降低至少200ppm；(3)将干燥后钕铁硼快淬磁粉压制成各向同性的钕铁硼磁体；(4)将步骤(3)得到的各向同性的钕铁硼磁体压制成各向异性的钕铁硼磁体。专利技术人在深入研究磁体的粗晶层发现，热变形磁体中的粗晶层在热变形之前的热压过程中就能够形成。热压所得到的各向同性钕铁硼磁体中界面粗晶层的晶粒尺寸存在显著差异，靠近颗粒界面处的晶粒尺寸更大，这种晶粒尺寸的差异主要是由于原料快淬磁粉颗粒表层的氧元素含量过高导致的。因此降低快淬磁粉表层的氧含量，将有助于调控热压各向同性磁体中粗晶层的晶粒尺寸和粒径分布，进而实现热变形制备的各向异性磁体中粗晶层内晶粒尺寸的减小和粒径分布的改善，提高钕铁硼磁体的磁性能。本专利技术中酸洗过程的目的就在于降低钕铁硼快淬磁粉表层的氧含量，氧含量降低越多晶粒的尺寸越小且粒径分布更均匀。优选地，酸洗处理后钕铁硼快淬磁粉的氧含量降低至少500ppm。氧含量最低的磁粉，此时磁粉的氧化层的去除效果最好，氧化层对于晶粒尺寸的诱导作用最低，晶粒尺寸越小，分布越均匀。在步骤(1)中，本专利技术利用酸性溶液对钕铁硼快淬磁粉原料酸处理，以降低快淬磁粉表层的氧含量，所述酸性溶液为硫酸、硝酸、盐酸、乙酸、硫酸铵中任一种或多种的溶液。这些酸溶于水后产生H+，H+对磁粉表层的氧化层进行腐蚀，从而降低快淬磁粉表面的氧含量。所述酸性溶液的pH值不低于0.3；酸性溶液pH太低对于磁粉表层的腐蚀作用不明显，消耗时间且腐蚀效果不好，达不到对晶粒尺寸和粒径分布的有效控制；酸性溶液pH太高容易导致磁粉表层过度腐蚀造成富Nd相大量损失对磁体性能极为不利，同时过度的腐蚀容易加剧二次氧化。优选地，所述酸性溶液的pH值为0.3-2。酸性溶液的pH在这个范围内，可使得快淬磁粉表层的氧含量有效降低，最终获得的钕铁硼磁体中粗晶层的晶粒尺寸细小，且粒径分布窄，此微观结构对后续热变形过程中晶粒的各向异性生长极为有利，同时有效避免晶粒在热变形过程中异常长大，这对于提高磁体的剩磁和矫顽力都有很大帮助。进一步优选地，优选地，所述酸性溶液的pH值为0.6-2。酸性溶液的pH在这个范围内，最终获得的钕铁硼磁体中粗晶层的晶粒尺寸最佳，且粒径分布窄，磁体的剩磁和矫顽力提高较多。所述酸性溶液的溶剂可以为去离子水或乙醇等极性溶剂且不损伤磁粉原有结构的溶液。酸洗处理的时间不高于15min。优选10s-15min，酸洗处理的时间太短，对于钝化层的腐蚀不充分；酸洗处理的时间太长，会导致腐蚀过度造成严重的二次氧化，低磁体的抗腐蚀能力以及磁体的磁性能，因此需要严格控制酸洗处理的时间。优选地，酸洗处理的时间不高于10min，优选为1-10min，在这个时间内，钕铁硼快淬磁粉表层的氧化程度最合适。所述钕铁硼快淬磁粉为富稀土相纳米晶磁粉。步骤(2)中，用去离子水、乙醇或乙醇水溶液对磁粉进行冲洗，以去除酸性溶液的残留，因为残留的酸性溶液会对磁体本身继续产生腐蚀作用，降低磁体的抗腐蚀能力以及磁体的磁性能。冲洗后的磁体干燥为40℃-100℃条件下烘干或在室温条件下采用真空抽滤机进行干燥；否则在热压/热变形过程中磁粉残留的溶液可能与表层富稀土相发生反应生成氧化物及产生蒸汽在磁体内部形成较多的气孔，在气孔的影响下会形成较大的杂散场对磁体的矫顽力不利。专利技术人还发现，磁体在热压过程中，当热压温度高于670℃时，热压所得到的磁体颗粒界面处就会出现粗晶层；而且热压温度越高，粗晶层的晶粒尺寸越大。但温度太低不利于磁体致密化，该情况会造成在热变形过程中富稀土相的偏聚不利于片状晶的择优取向以及诱发晶粒异常长大，因此步骤(3)中压制温度为500-700℃；步骤(4)中压制温度为600-900℃。本专利技术还提供一种根据所述的方法制备的钕铁硼磁体，所述的钕铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调控钕铁硼磁体粗晶层晶粒尺寸及粒径分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)以酸性溶液对钕铁硼快淬磁粉进行酸洗处理；/n(2)用去离子水、乙醇或乙醇水溶液对步骤(1)酸洗后的钕铁硼快淬磁粉冲洗，冲洗后干燥；酸洗后的钕铁硼快淬磁粉表面的氧含量至少降低200ppm；/n(3)将干燥后钕铁硼快淬磁粉压制成各向同性的钕铁硼磁体；/n(4)将步骤(3)得到的各向同性的钕铁硼磁体压制成各向异性的钕铁硼磁体。/n

【技术特征摘要】
1.一种调控钕铁硼磁体粗晶层晶粒尺寸及粒径分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以酸性溶液对钕铁硼快淬磁粉进行酸洗处理；
(2)用去离子水、乙醇或乙醇水溶液对步骤(1)酸洗后的钕铁硼快淬磁粉冲洗，冲洗后干燥；酸洗后的钕铁硼快淬磁粉表面的氧含量至少降低200ppm；
(3)将干燥后钕铁硼快淬磁粉压制成各向同性的钕铁硼磁体；
(4)将步骤(3)得到的各向同性的钕铁硼磁体压制成各向异性的钕铁硼磁体。


2.根据权利要求1所述的调控钕铁硼磁体粗晶层晶粒尺寸及粒径分布的方法，其特征在于，所述酸性溶液为硫酸、硝酸、盐酸、乙酸、硫酸铵中任一种或多种的溶液。


3.根据权利要求1所述的调控钕铁硼磁体粗晶层晶粒尺寸及粒径分布的方法，其特征在于，所述酸性溶液的pH值为0.3-3。


4...

【专利技术属性】
技术研发人员：都业源，陈仁杰，尹文宗，唐旭，剧锦云，闫阿儒，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33