本案是以申请日为2017-11-29，申请号为201711223146.2，名称为“一种钕铁硼磁体的制备方法”的发明专利为母案而进行的分案申请。
本发明涉及磁体制备技术领域，特别涉及一种晶界扩散制备钕铁硼磁体的方法。
背景技术：
作为重要的金属功能材料，烧结ndfeb磁体在航天航海、信息电子、能源、交通、通讯、医疗卫生等众多领域有着广泛的应用。在很多领域，如电动汽车、混合动力汽车及风力发电等领域中需要烧结ndfeb磁体具有更高的矫顽力，以满足一定温度下的使用要求。
用合金化法添加重稀土，形成高磁晶各向异性的(nddy)2fe14b硬磁相，能明显提高磁体的矫顽力，减少高温引起的磁性能衰减，但同时，dy原子与fe原子会形成反铁耦合，造成剩磁的下降，永磁体在高温下的极限环境下，产生的磁场强度也会下降。
作为改进，国内外研究学者开发出的镝的氟化物涂覆晶界扩散和镝的饱和蒸汽蒸汽渗透技术成为烧结钕铁硼磁体性能改进的研究热点。专利cn200810179949.7介绍了在烧结磁体表面布置合金粉末，粉末为稀土金属间化合物，热处理温度为20℃～(ts-10)℃，ts为烧结磁体的烧结温度。烧结磁体包括等于或小于20mm的最小部分。专利cn200810179949.7介绍了一种热处理装置，利用重稀土(tb、dy、ho)氢化物，在700℃～1000℃之间将重稀土元素rh扩散到烧结磁体内部。然而，对于烧结钕铁硼磁体来说，目前的晶界渗透技术的扩散深度有限，重稀土元素无法扩散到较大尺寸磁体内部，对样品的尺寸要求严格，一般只能处理薄片磁体(5mm以内)。如何提高晶界扩散磁体的扩散厚度是目前研究的重点。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种能生产出磁体矫顽力、剩磁且样品厚度均令人满意的晶界扩散制备钕铁硼磁体的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种晶界扩散制备钕铁硼磁体的方法，包括以下步骤：
步骤1：将商业钕铁硼磁体沿取向力方向加工成8～12mm厚，得基础钕铁硼磁体，然后将基础钕铁硼磁体浸泡在体积浓度为3～5％的盐酸溶液或体积浓度为3～5％的硝酸溶液中，然后在真空条件下对浸泡在盐酸溶液或硝酸溶液中的钕铁硼薄片进行超声波处理5～10min，再于120～140℃环境中干燥20～120min；
步骤2：将扩散合金片pr50tb20cu30附着在步骤1处理后的基础钕铁硼磁体的上下表面，然后放在热压炉中，对热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，对热压炉升温，当温度达到700～800℃时，开始施加压力20～30mpa，并保压7～10h，然后泄压至常压，接着又重新热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，继续升温至850～950℃，保温1～2h；
步骤3：将步骤2扩散后的试样在真空炉中于500～600℃条件下进行退火处理，再于400～450℃条件下进行退火处理，得目标产物。
本发明的有益效果在于：1)本发明方法通过对基础磁体进行无机酸溶液浸泡处理后，将扩散合金与基础磁体在低温(700～800℃)加压(20～30mpa)的状态下进行扩散，压力的存在增加了熔融扩散合金的扩散动能使熔融扩散合金中重稀土元素沿晶界扩散分布于晶界相并分布于晶界相，再通过高温(850～950)下进行扩散以使存在晶界相的重稀土元素在在主相晶粒表层形成富重稀土金属壳层结构，实现重稀土元素作为替代元素进入主相内，并在主相的边界处，形成一个连续的、高稀土含量的区域，从而使钕铁硼产品的矫顽力大幅度提升，而剩磁几乎没有影响；同时，晶界被重稀土渗透后，晶界富稀土相更加连续，更加清晰，对隔离交换耦合作用更加有效；(2)本发明方法相对相对传统晶界扩散方法而言，扩散深度更深，对扩散磁体的尺寸要求没有那么苛刻，适用性更广，即通过该方法能制备出磁体矫顽力、剩磁且样品厚度均令人满意的钕铁硼磁体。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。
本发明最关键的构思在于：通过对基础磁体(普通市售钕铁硼)进行无机酸溶液浸泡处理后再通过低温加压方式促使重稀土元素沿晶界扩散再于高温下使分布于晶界相中的重稀土元素在主相晶粒表层形成富稀土元素壳层以制备出磁体矫顽力、剩磁且样品厚度均令人满意的钕铁硼磁体。
本发明提供一种晶界扩散制备钕铁硼磁体的方法，包括以下步骤：
步骤1：将商业钕铁硼磁体沿取向力方向加工成8～12mm厚，得基础钕铁硼磁体，然后将基础钕铁硼磁体浸泡在体积浓度为3～5％的盐酸溶液或体积浓度为3～5％的硝酸溶液中5～20min后再于120～140℃环境中干燥20～120min；
步骤2：将扩散合金片附着在步骤1处理后的基础钕铁硼磁体的上下表面，然后放在热压炉中，对热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，对热压炉升温，当温度达到700～800℃时，开始施加压力20～30mpa，并保压7～10h，然后泄压至常压，接着又重新热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，继续升温至850～950℃，保温1～2h；
步骤3：将步骤2扩散后的试样在真空炉中于500～600℃条件下进行退火处理，再于400～450℃条件下进行退火处理，得目标产物；
其中所述扩散合金片为低熔点扩散合金r1-r2-tm，其中r1为pr或nd，r2为dy或tb，tm为cu、al、zn或fe中的任意一种。
本发明的工作原理为：首先选择现有钕铁硼磁体切成8～12mm厚作为基础磁体，利用对磁体性能没有影响的稀盐酸溶液或稀硝酸溶液去除基础磁体的氧化层及油渍，同时，经过酸浸泡烘干后的磁体有助于促进后期扩散合金中重稀土元素在磁体表面附着，然后与常规晶界扩散(负压、高温)不同的是，接着在低温(700～800℃)加压(20～30mpa)的状态下进行扩散，压力的存在增加了熔融扩散合金的扩散动能，使熔融扩散合金中重稀土元素(tb/dy)沿晶界扩散分布于晶界相并分布于晶界相，同时，压力在一定程度上晶界垂直于压力的方向(c轴)增宽，而研究表明，垂直于c轴方向的a面从晶体学取向上来说是扩散剂难以附着的面，沿着c轴的增宽在一定程度上弥补了这一缺点，再在高温(850～950)下进行扩散以使存在晶界相的重稀土元素在在主相晶粒表层形成富重稀土金属壳层结构，再利用先高温(500～600℃)后低温(400～450℃)的方式退火处理，各步骤之间环环相扣使得重稀土元素作为替代相进入主相内，并在主相的边界处，形成一个连续的、高稀土含量的区域，从而使钕铁硼产品的矫顽力大幅度提升，而剩磁几乎没有影响。同时，晶界被重稀土渗透后，晶界富稀土相更加连续，更加清晰，对隔离交换耦合作用更加有效。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：(1)本发明方法通过对基础磁体进行无机酸溶液浸泡处理后，将扩散合金与基础磁体在低温(700～800℃)加压(20～30mpa)的状态下进行扩散，压力的存在增加了熔融扩散合金的扩散动能使熔融扩散合金中重稀土元素沿晶界扩散分布于晶界相并分布于晶界相，再通过高温(850～950)下进行扩散以使存在晶界相的重稀土元素在在主相晶粒表层形成富重稀土金属壳层结构，实现重稀土元素作为替代元素进入主相内，并在主相的边界处，形成一个连续的、高稀土含量的区域，从而使钕铁硼产品的矫顽力大幅度提升，而剩磁几乎没有影响；同时，晶界被重稀土渗透后，晶界富稀土相更加连续，更加清晰，对隔离交换耦合作用更加有效；(2)本发明方法相对相对传统晶界扩散方法而言，扩散深度更深，对扩散磁体的尺寸要求没有那么苛刻，适用性更广，即通过该方法能制备出磁体矫顽力、剩磁且样品厚度均令人满意的钕铁硼磁体。
进一步的，步骤1的具体操作为：将钕铁硼磁体浸泡在体积浓度为3～5％的盐酸溶液或硝酸溶液中，然后在真空条件下对浸泡在盐酸溶液或硝酸溶液中的钕铁硼薄片进行超声波处理5～10min，再于120～140℃环境中干燥20～120min。
由上述描述可知，无机酸溶液对钕铁硼薄片进行处理时，在真空条件下进行超声波处理缩短了浸泡时间同时保持真空环境，避免表面处理过程中又重新出现氧化层而影响后期重稀土元素的附着。
进一步的，步骤1中超声波处理的功率为700～800w，温度为40～50℃。
进一步的，所述扩散合金片的厚度为0.1～0.25mm。
进一步的，步骤3中在500～600℃条件下退火处理的时间为1～5h，在400～450℃条件下退火处理的时间为1～3h。
实施例1
一种晶界扩散制备钕铁硼磁体的方法，包括以下步骤：
步骤1：将商业钕铁硼磁体加工成5mm*10mm*8mm(8mm为厚度)，得基础钕铁硼磁体(所述基础钕铁硼磁体的按质量百分比组成为：pr：5.9％；nd：23.4％；dy：1％；b：0.98％；al：0.1％；cu：0.1％；zr：0.1％及fe：68.42％；)，然后将基础钕铁硼磁体浸泡在体积浓度为3％的盐酸溶液中然后在真空条件下对浸泡在盐酸溶液中的钕铁硼薄片进行超声波处理(超声波处理的功率为700w，温度为50℃)10min，再于120℃环境中干燥120min；
步骤2：将厚度为0.1mm的扩散合金片(通过速凝工艺制备成分为pr50tb20cu30,(数值表示原子百分比)的扩散合金)附着在步骤1处理后的基础钕铁硼磁体的上下表面，然后放在热压炉中，对热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，对热压炉升温，当温度达到700℃时，开始施加压力30mpa，并保压7h，然后泄压至常压，接着又重新热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，继续升温至850℃，保温2h；
步骤3：将步骤2扩散后的试样在真空炉中于500℃条件下进行退火处理5h，再于400℃条件下进行退火处理3h，得目标产物。
检测：测试产品的磁参数，结果见表1。
实施例2
一种晶界扩散制备钕铁硼磁体的方法，包括以下步骤：
步骤1：将商业钕铁硼磁体加工成5mm*10mm*12mm(12mm为厚度)，得基础钕铁硼磁体(所述基础钕铁硼磁体的按质量百分比组成为：pr：5.9％；nd：23.4％；dy：1％；b：0.98％；al：0.1％；cu：0.1％；zr：0.1％及fe：68.42％；)，然后将基础钕铁硼磁体浸泡在体积浓度为5％的硝酸溶液中然后在真空条件下对浸泡在硝酸溶液中的钕铁硼薄片进行超声波处理(超声波处理的功率为800w，温度为40℃)5min，再于140℃环境中干燥20min；
步骤2：将厚度为0.25mm的扩散合金片(通过速凝工艺制备成分为pr50tb20cu30,(数值表示原子百分比)的扩散合金)附着在步骤1处理后的基础钕铁硼磁体的上下表面，然后放在热压炉中，对热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，对热压炉升温，当温度达到800℃时，开始施加压力20mpa，并保压10h，然后泄压至常压，接着又重新热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，继续升温至950℃，保温1h；
步骤3：将步骤2扩散后的试样在真空炉中于600℃条件下进行退火处理1h，再于450℃条件下进行退火处理1h，得目标产物。
检测：测试产品的磁参数，结果见表1。
实施例3
一种晶界扩散制备钕铁硼磁体的方法，包括以下步骤：
步骤1：将商业钕铁硼磁体加工成5mm*10mm*10mm(10mm为厚度)，得基础钕铁硼磁体(所述基础钕铁硼磁体的按质量百分比组成为：pr：5.9％；nd：23.4％；dy：1％；b：0.98％；al：0.1％；cu：0.1％；zr：0.1％及fe：68.42％；)，然后将基础钕铁硼磁体浸泡在体积浓度为4％的盐酸溶液中然后在真空条件下对浸泡在盐酸溶液中的钕铁硼薄片进行超声波处理(超声波处理的功率为750w，温度为45℃)7min，再于130℃环境中干燥60min；
步骤2：将厚度为0.15mm的扩散合金片(通过速凝工艺制备成分为pr50tb20cu30,(数值表示原子百分比)的扩散合金)附着在步骤1处理后的基础钕铁硼磁体的上下表面，然后放在热压炉中，对热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，对热压炉升温，当温度达到750℃时，开始施加压力25mpa，并保压8h，然后泄压至常压，接着又重新热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，继续升温至900℃，保温1.5h；
步骤3：将步骤2扩散后的试样在真空炉中于550℃条件下进行退火处理3h，再于420℃条件下进行退火处理2h，得目标产物。
检测：测试产品的磁参数，结果见表1。
对比例1
原产品(基础磁体)
检测：测试产品的磁参数，结果见表1。
对比例2
其他同实施例2，不同之处在于步骤1中的处理采用酒精浸泡，并在常压下进行超声波处理10min；步骤2中未实施加压处理。
对比例3
其他同实施例2，不同之处在于步骤1中的处理采用酒精浸泡，并在常压下进行超声波处理10min；步骤2的操作低温加压处理后未进行高温扩散即：将厚度为0.15mm的扩散合金片(通过速凝工艺制备成分为pr50tb20cu30,(数值表示原子百分比)的扩散合金)附着在步骤1处理后的基础钕铁硼磁体的上下表面，然后放在热压炉中，对热压炉抽真空，待真空度达到1×10-2pa以下，对热压炉升温，当温度达到750℃时，开始施加压力25mpa，并保压8h。
表1实施例1～实施例3及对比例产品的参数。
由表1的结果可知，该发明方法在对更厚的基础钕铁硼磁体进行改造，依旧能够明显提高钕铁硼磁体的内禀矫顽力，且对剩磁的影响极小，几乎不影响。
综上所述，本发明提供的晶界扩散制备钕铁硼磁体的方法，通过对基础磁体进行无机酸溶液浸泡处理后，将扩散合金与基础磁体在低温(700～800℃)加压(20～30mpa)的状态下进行扩散，压力的存在增加了熔融扩散合金的扩散动能使熔融扩散合金中重稀土元素沿晶界扩散分布于晶界相并分布于晶界相，再通过高温(850～950)下进行扩散以使存在晶界相的重稀土元素在在主相晶粒表层形成富重稀土金属壳层结构，实现重稀土元素作为替代元素进入主相内，并在主相的边界处，形成一个连续的、高稀土含量的区域，从而使钕铁硼产品的矫顽力大幅度提升，而剩磁几乎没有影响；同时，晶界被重稀土渗透后，晶界富稀土相更加连续，更加清晰，对隔离交换耦合作用更加有效；本发明方法相对相对传统晶界扩散方法而言，扩散深度更深，对扩散磁体的尺寸要求没有那么苛刻，适用性更广，即通过该方法能制备出磁体矫顽力、剩磁且样品厚度均令人满意的钕铁硼磁体。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。