一种边角强化的R-T-B稀土永磁体及其制备方法与流程

本发明涉及一种边角强化的r-t-b稀土永磁体及其制备方法，属于稀土磁体领域。

背景技术：

1、晶界扩散是近些年发展起来的新技术，能够在保证磁体具有高剩磁的情况下显著提高r-t-b稀土永磁体的矫顽力，是制备高性能r-t-b稀土永磁体的常用方法。

2、晶界扩散处理首先在磁体表面涂覆含重稀土元素的扩散源层，然后加热到规定温度保温一段时间。高温阶段磁体表面扩散源中的重稀土元素会沿着晶界富r相向磁体内部扩散，在磁体主相晶粒表面形成一层具有高各向异性场的壳层。此外，晶界扩散过程会有额外的稀土元素渗入磁体，使磁体总稀土含量升高，主相晶粒间的晶界富r相变得更加连续，从而实现主相晶粒间的去交换耦合作用。因此晶界扩散是通过提高主相晶粒表面各向异性场和优化晶界富r相分布的方式提高磁体的矫顽力。

3、r-t-b稀土永磁体虽然具有较高的磁性能，但由于材料本征特性的影响导致其脆性较大。机加工过程中，加工应力会在磁体的边角造成较多的微裂纹。在随后的产品运输和装配过程中，轻微的磕碰都会导致磁体边角开裂，造成产品出现缺边掉角现象。

4、磁体中添加一定量的zr、ti和nb高熔点金属元素可以通过固溶作用或生成第二析出相的形式强化磁体的晶界富r相，从而提高磁体的力学性能。但是随着非磁性元素含量的增加，磁体的剩磁会降低；其次，钕铁硼磁体在运输和装配过程中，边角容易因磕碰而产生缺陷，磁体的其他部位则很少产生碰撞缺陷。这意味着通过一定方法使磁体边角区域存在一定的zr、ti和nb等元素，而不影响磁体其他区域则可以在不影响磁体磁性能的情况下提高钕铁硼磁体的合格率。

技术实现思路

1、针对钕铁硼磁体在运输和装配过程中容易产生缺边掉角现象，本发明提供了一种边角强化的r-t-b稀土永磁体及其制备方法。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种边角强化的r-t-b稀土永磁体，所述磁体包括以下质量分数的成分：

4、r：28.5～34.0wt.％，r由rl和rh组成，rh含量为磁体质量的0.1wt.％～10.0wt.％，rh为dy、tb、ho中的至少一种；r的余量为rl，rl表示从nd、pr、la、ce、er、gd、sm、tm、lu、y中选出的至少含有轻稀土元素的一种或多种元素；所述轻稀土元素为la、ce、pr、nd中的一种或多种；

5、b：0.85～1.1wt.％，

6、m：0.01～8.0wt.％，m表示从al、cu、ga、ni、zn、sn、mn、cr、zr、ti、nb中选出的至少含有m和x的多种元素，x为zr、ti、nb中的一种或多种；m为al、ga、cu中的一种或多种；

7、余量为t及其他不可避免杂质，t为fe或fe和co；

8、磁体存在至少一个表面a，所述表面a的边角区的轻稀土元素含量不低于表面a平均轻稀土含量；所述轻稀土元素为la、ce、pr、nd中的一种或多种；且表面a的边角区含有x，x为zr、ti、nb中的一种或多种。

9、进一步，所述表面a为磁体涂覆扩散源的涂覆面。

10、进一步，优选所述rh中，占磁体质量0.05～2.5wt.％的rh通过晶界扩散获得。

11、磁体中的m或x可以全部通过晶界扩散获得，也可以部分通过晶界扩散获得。

12、优选所述磁体中，rl中70％以上为nd；

13、优选所述磁体中，x为zr；

14、优选所述磁体中，m为ga和cu。

15、进一步，所述磁体距表面a垂直距离为0.6mm的深度范围内，边角体区域的x含量为0.05～1.2wt.％。

16、所述磁体的平均x含量为0.05～0.8wt.％。

17、所述边角区是指距离边线0～kmm宽度范围内的表面区域，k为边角区域宽度，k的范围为0.2～0.6，非边角区是指距离边线kmm宽度范围以外的表面区域。

18、所述边角体区域为边角区与距表面a垂直距离为0.6mm深度所围成的体区域。非边角体区域为边角体区域以外的磁体区域。

19、所述磁体的非边角体区域中不含x，或非边角体区域中的x含量低于磁体边角体区域的x含量。

20、所述边角强化的r-t-b稀土永磁体优选按照以下方法制备得到：

21、(1)在r-t-b磁体基体的扩散表面设置h1扩散源涂覆区和h2扩散源涂覆区，分区涂覆扩散源，h1扩散源涂覆区涂覆扩散源h1，h2扩散源涂覆区涂覆扩散源h2；所述h1扩散源涂覆区为扩散表面的边角区，h2扩散源涂覆区为扩散表面的非边角区；

22、所述边角区是指距离边线0～kmm宽度范围内的表面区域，k为0.2～0.6，非边角区是指距离边线kmm宽度范围以外的表面区域。

23、一些常见形状磁体的边角区与非边角区的示意图如图1所示。

24、所述扩散源h1包括如下质量分数的成分：

25、r1：50.0～80.0wt.％，r1包含rl1和rh1，rh1为dy、tb、ho中的一种或多种，且占h1质量比的30.0～70.0wt.％，r1的余量为rl1，rl1表示从nd、pr、la、ce、er、gd、sm、tm、lu、y中选出的至少含有轻稀土元素的一种或多种元素；所述轻稀土元素为la、ce、pr、nd中的一种或多种；优选rl1为nd和pr；

26、x1：10～30wt.％，x1为zr、ti、nb中的一种或多种；优选为zr；

27、m1：5.0～40.0wt.％，m1为al、ga、cu中的一种或多种；优选为ga；

28、所述扩散源h2为含重稀土元素的纯金属、合金或化合物中的一种或多种混合物，所述重稀土元素为dy、tb、ho中至少一种。优选h2中重稀土元素的含量要大于70％。

29、且所述扩散源h1中的重稀土元素含量低于h2中的重稀土元素含量。

30、优选h1由以下成分组成：r1：65～75％，x1：15～25％，m1：10～15％，更优选r1：70％，x1：20％，m1：10％。

31、扩散源h1的涂覆厚度与扩散源h2的涂覆厚度可以相同也可以不相同，优选为扩散源h1的涂覆厚度与扩散源h2的涂覆厚度相同。

32、扩散源h1的涂覆量一般为磁体质量的0.5～2.0％；扩散源h2的涂覆量一般为磁体质量的0.5～2.0％。

33、(2)将分区涂覆扩散源的磁体进行扩散处理，扩散温度为800℃～1000℃，保温时间为6～30h，冷却后再进行回火处理，得到所述r-t-b稀土永磁体。

34、本发明还提供一种边角强化的r-t-b稀土永磁体的制备方法，所述方法包括以下步骤：

35、(1)在r-t-b磁体基体的扩散表面设置h1扩散源涂覆区和h2扩散源涂覆区，分区涂覆扩散源，h1扩散源涂覆区涂覆扩散源h1，h2扩散源涂覆区涂覆扩散源h2；所述h1扩散源涂覆区为扩散表面的边角区，h2扩散源涂覆区为扩散表面的非边角区；

36、所述边角区是指距离边线0～kmm宽度范围内的表面区域，k为边角区域宽度，k的范围为0.2～0.6，非边角区是指距离边线kmm宽度范围以外的表面区域；

37、所述扩散源h1包括如下质量分数的成分：

38、r1：50.0～80.0wt.％，r1包含rl1和rh1，rh1为dy、tb、ho中的一种或多种，且占h1质量比的30.0～70.0wt.％，r1的余量为rl1，rl1表示从nd、pr、la、ce、er、gd、sm、tm、lu、y中选出的至少含有轻稀土元素的一种或多种元素；所述轻稀土元素为la、ce、pr、nd中的一种或多种；

39、x1：10～30wt.％，x1为zr、ti、nb中的一种或多种；

40、m1：5.0～40.0wt.％，m1为al、ga、cu中的一种或多种；

41、所述扩散源h2为含重稀土元素的纯金属、合金或化合物中的一种或多种混合物，所述重稀土元素为dy、tb、ho中至少一种；

42、且所述扩散源h1中的重稀土元素含量低于h2中的重稀土元素含量；

43、(2)将分区涂覆扩散源的磁体进行扩散处理，扩散温度为800℃～1000℃，保温时间为6～30h，冷却后再进行回火处理，得到所述r-t-b稀土永磁体。

44、所述步骤(1)中，扩散表面是指涂覆扩散源的磁体表面，一般可以为垂直于磁体取向方向、平行于磁体取向方向或与磁体取向方向成任意角度的磁体表面。

45、所述表面a即为扩散表面。

46、优选扩散表面为垂直于与磁体取向方向的两个表面。

47、所述步骤(1)中，分区涂覆扩散源可以通过以下方式实现：

48、采用遮挡片1将磁体的边角区遮盖，暴露出非边角区，作为h2扩散源涂覆区，涂覆扩散源h2，然后采用遮挡片2将磁体的非边角区遮盖，暴露出磁体的边角区，作为h1扩散源涂覆区，涂覆扩散源h1；或先采用遮挡片2将磁体的非边角区遮盖，暴露出磁体的边角区，作为h1扩散源涂覆区，涂覆扩散源h1，然后采用遮挡片1将磁体的边角区遮盖，暴露出非边角区，作为h2扩散源涂覆区，涂覆扩散源h2。交换扩散源h1和h2的涂覆顺序不会影响最终效果。

49、遮挡片1由遮挡区1和镂空区1组成，遮挡区1对应磁体的边角区，镂空区1对应磁体的非边角区；

50、遮挡片2由遮挡区2和镂空区2组成，遮挡区2对应磁体的非边角区，镂空区对应磁体的边角区。

51、遮挡片1或遮挡片2可以为高分子塑料材质或者金属材质如不锈钢等。

52、所述扩散源的涂覆方式可以为pvd、喷涂或印刷的方式。

53、采用pvd方式涂覆扩散源时，扩散源h1通过熔炼大块铸锭得到；通过喷涂或印刷涂覆扩散源时，扩散源h1通过熔甩sc片、氢破碎和气流磨获得粉末状扩散源。

54、采用印刷方式涂覆扩散源时，两次涂覆之间需要将印刷涂料烘干。

55、印刷涂覆扩散源具有操作简单的优势，十分适用于产品的大批量生产，因此在本发明中优选采用丝网印刷的方式涂覆扩散源：

56、进一步，分区涂覆扩散源优选采用丝网印刷的方式，来分区涂覆扩散源，具体包括以下步骤：

57、(a)在丝网上设置带孔的镂空区和不带孔的遮挡区，根据产品尺寸和边角区域尺寸改变印刷网镂空区和遮挡区的位置，至少应包括印刷网1和印刷网2，其中印刷网1的镂空区对应磁体的非边角区，遮挡区对应磁体的边角区；印刷网2的镂空区对应磁体的边角区，遮挡区对应磁体的非边角区；印刷网1和印刷网2可以包括多个镂空区或遮挡区，同时印刷多块磁片；

58、(b)用印刷网1的遮挡区与磁体的边角区对齐，镂空区与非边角区对齐，作为h2扩散源涂覆区，印刷扩散源h2，烘干，然后用印刷网2的遮挡区与磁体的非边角区对齐，镂空区与磁体的边角区对齐，作为h1扩散源涂覆区，印刷扩散源h1。烘干；或者采用与上述相反的顺序进行分区涂覆。

59、本发明的r-t-b磁体基体是将经过烧结的大块钕铁硼磁体加工到所需形状尺寸，经表面处理后将磁体清洗干净并烘干，得到r-t-b磁体基体。

60、所述磁体的表面处理为采用打磨或酸洗、喷砂的方式去除磁体表面油污、锈斑。

61、所述步骤(2)中，所述扩散处理一般在真空扩散炉中进行。

62、所述回火处理中，回火温度为400℃～600℃(优选为480℃～420℃)，回火时间为2h～10h(优选为3h～5h)。

63、钕铁硼磁体的脆性较大，因此产品在运输和装配过程中容易因碰撞而产生缺边掉角现象。此外，钕铁硼的产品制备过程中的机加工处理会在磁体边角造成微裂纹，因此使得磁体的边角更容易因撞击而脱落。通过提高钕铁硼磁体的力学性能可以减少产品的缺边掉角率，传统方法为在磁体的原料中添加一定含量的zr、ti和nb等元素，这些元素通过固溶或生成第二相析出物的方式强化磁体的晶界富r相，从而提高钕铁硼磁体的力学性能。但随着非磁性元素含量的增加磁体的剩磁会逐渐降低，同时钕铁硼磁体缺陷主要集中在边角区域，因此只需要提升磁体边角区域的力学性能就可以显著降低磁体在运输和装配过程中的缺边掉角率。

64、基于上述原因，本发明提供了一种边角强化的r-t-b稀土永磁体及其制备方法。通过分析磁体易发生力学性能缺陷的区域，将磁体扩散源涂覆面分为边角区和非边角区。磁体的边角区域涂覆含量zr、ti、nb元素的扩散源，而磁体非边角区则涂覆不含上述元素的重稀土元素扩散源。在晶界扩散过程中，zr、ti、nb元素扩散到磁体的晶界富r相中，且仅在磁体的边角区域富集zr、ti、nb，通过固溶或生成第二相析出物的方式强化磁体边角区域的晶界富r相，从而提高磁体边角的强度等力学性能。此外，磁体边角区域扩散源中含有一定量的轻稀土元素，在晶界扩散过程中能够修复因机加工而产生的微裂纹，消除机加工对磁体边角力学性能的劣化作用，进一步提升磁体边角抵抗撞击的能力，对降低产品缺边掉角率具有重要意义。

65、本发明通过分区晶界扩散的方式提高磁体边角区的力学性能而不影响磁体的非边角区。通过上述方法能够在不降低磁体磁性能的情况下显著降低磁体在运输和装配过程中的缺边掉角率，对于降低钕铁硼产品的成本具有重要意义。

66、本发明的扩散源h1中含有10～30wt.％的zr、ti、nb元素中的一种或多种，在晶界扩散过程中，该类型元素会沿着磁体的晶界富r相向磁体内部扩散。通过固溶或者与其他元素生成第二相析出物的方式强化磁体的晶界富r相，从而提高磁体边角的强度，增加其抵抗撞击的能力。在本发明中，距表面a垂直距离为0.6mm的深度范围内，边角体区域的x含量为0.05～1.2wt.％。

67、此外，扩散源h1中包含一定浓度的rl可以在晶界扩散过程中修复机加工引起的微裂纹缺陷，进一步提高磁体边角的力学性能。磁体在机加工过程中，加工的冲击力及加工应力会在磁体边角处造成微裂纹，在随后的产品运输和装配过程中，产品间任何轻微的磕碰都可能导致裂纹扩展并使磁体产生缺边掉角现象。而h1中添加的rl在晶界扩散过程中会通过晶界向磁体内部扩散，熔融的rl会修复位于磁体晶界富r相中的裂纹，从而消除加工缺陷对磁体边角力学性能的劣化作用。本发明中，扩散源h1中含有rl而扩散源h2中不含rl，因此在晶界扩散源以后磁体表面a边角区域的轻稀土元素rl含量不低于表面a平均轻稀土含量。

68、扩散源h1中还包含30.0～70.0wt.％的rh，rh的晶界扩散后会在磁体主相晶粒表面形成一层富含重稀土元素rh的壳层，由于该壳层具有较高的各向异性场，因此能够显著提高钕铁硼磁体的矫顽力。而扩散源h1中5～40wt.％的m1能够降低扩散源的熔点，同时在晶界扩散时能够降低磁体晶界富r相的熔点，提升rh扩散深度的同时能够强化rl对微裂纹的修复能力。

69、本发明在磁体的非边角区域表面涂覆不含zr、ti、nb的扩散源h2，扩散源h2为含重稀土元素dy、tb、ho中至少一种的纯金属、合金或化合物。由于重稀土元素的扩散源也会产生一定的扩散内应力，会降低磁体边角的力学性能，因此在本发明中，h1的重稀土元素含量低于h2的重稀土元素含量。

70、本发明中散源涂覆方式可以采用pvd、喷涂或印刷的方式。

71、本发明中，扩散源h1根据实际成分进行配料熔炼制备。当采用pvd涂覆扩散源时可通过熔炼直接制备大块铸锭。当采用涂覆或印刷等方式涂覆扩散源时，需要通过熔炼sc片、氢破碎和气流磨制备粉末状的扩散源。

72、扩散源h2可直接采用商用含重稀土元素dy、tb、ho中至少一种的纯金属、合金或化合物的铸锭块或粉末。

73、本发明的有益效果体现在：通过分析磁体易发生力学性能缺陷的区域，将磁体扩散源涂覆面分为边角区和非边角区。磁体的边角区域涂覆含量zr、ti、nb元素的扩散源，而磁体非边角区则涂覆不含上述元素的扩散源。在晶界扩散过程中，zr、ti、nb元素扩散到磁体的晶界富r相中，通过固溶或生成第二相析出物的方式强化磁体的晶界富r相，从而提高磁体边角的强度。本发明通过分区晶界扩散的方式提高磁体边角区的力学性能而不影响磁体的非边角区。通过上述方法能够在不降低磁体磁性能的情况下显著降低磁体在运输和装配过程中的缺边掉角率，对于降低钕铁硼产品的成本具有重要意义。