晶界扩渗轻稀土-铜合金制备高矫顽力钕铁硼磁体的方法
技术领域
本发明属于稀土永磁材料领域，特别涉及一种晶界扩渗轻稀土-铜合金制备高矫顽力钕铁硼磁体的方法。
技术背景
烧结NdFeB系合金因具有较高的剩磁、矫顽力和最大磁能积，综合性能优良，被称为“磁王”。自问世以来，在电子信息、家用电器、医疗器械、风力发电和汽车工业等各个领域得到广泛的应用。经过几十年的发展，烧结NdFeB系永磁合金的磁性能不断提高，其中剩磁Br和最大磁能积(BH)max已经接近极限值，然而烧结NdFeB的实际矫顽力不足理论值的30％左右，因此，提高矫顽力是提高烧结钕铁硼磁体综合性能的关键。
烧结钕铁硼磁体矫顽力远低于理论值的主要原因是实际组织结构与理想组织结构存在较大差距，除了晶粒尺寸不够细小和2:14:1主相晶粒表面层的磁晶各向异性常数K1较低外，晶界富Nd相不能在2:14:1相晶粒间呈薄层状连续地分布，实现完全有效实现磁隔绝，是矫顽力不高的重要原因之一。因此，要获得高矫顽力的烧结钕铁硼磁体，除了细化晶粒尺寸和强化2:14:1晶粒表面层的各向异性外，必须保证富Nd相呈薄层状均匀地分布到所有Nd2Fe14B晶粒周围。
为了提高钕铁硼烧结磁体的矫顽力，用Dy/Tb等重稀土元素部分置换磁体中的Nd是一种非常有效的方法，特别是近几年流行的晶界Dy/Tb扩渗法，即当烧结钕铁硼磁体的表面附有Dy/Tb等重稀土元素的合金粉或化合物，并经合适的热处理后，磁体表面的Dy/Tb会穿过烧结体的晶界进入烧结体内部，从晶界向主相Nd2Fel4B内部扩渗，并择优分布于主相晶粒边缘，改善不均匀区各向异性，这样处理会使磁体的矫顽力明显提高而剩磁降低很小。专利(201510029340.1)公开了一种晶界扩散Dy-Cu合金制备高性能钕铁硼磁体的方法，由于扩散源Dy-Cu合金在晶界扩散热处理温度范围内会熔化为液态，不仅可以将Dy-Cu合金速凝薄带或传统铸锭并粗破碎后铺在磁体的表面直接作为扩散源，而且能够加速Dy、Cu元素在晶界的扩散，不仅矫顽力大幅提高，而且剩磁下降很小。但Dy/Tb资源有限、价格高昂，而且Dy-Cu合金的熔点基本在800℃以上。
Wan等人使用双合金的方法引入Pr-Cu晶界相制备不含Dy的烧结Nd-Fe-B磁体(主合金Nd12.2Pr2.6Fe76.3Co2.1B6.0Nb0.2Al0.5Cu0.1，辅合金Pr68Cu32)，磁体矫顽力从未引入Pr-Cu晶界相的14kOe提高到引入Pr-Cu晶界相的21kOe，分析发现，除了由于Pr2Fe14B的各向异性场比Nd2Fe14B的略高以外，主要是晶界相的分布大大改善，对2：14：1主相晶粒起到了更好的磁隔绝的作用。(Wan F,Zhang Y,Han J,et al.Coercivity enhancement in Dy-free Nd–Fe–B sintered magnets by using Pr-Cu alloy[J].Journal of Applied Physics,2014,115(20):203910.)
众所周知，与重稀土Dy/Tb合金与化合物相比，轻稀土(包括La,Ce,Pr,Nd)资源丰富，价格便宜，大规模工业生产时成本优势十分明显。我们分析相图发现，轻稀土(包括La,Ce,Pr,Nd)－Cu合金(轻稀土含量50－90％原子百分数)的熔点较低(400-800℃左右)，如果以此作为表面扩渗源，将大大改善钕铁硼磁体的晶界状态，从而大幅提高矫顽力。
发明内容
本发明提供了一种晶界扩渗低熔点轻稀土-铜合金制备高矫顽力钕铁硼磁体的方法。
本发明主要利用轻稀土(包括La,Ce,Pr,Nd)-Cu合金(轻稀土含量50－90％原子百分数)熔点较低(400－800℃左右)，在略高于其熔点温度扩渗热处理时熔化成液态，实现从磁体表面向内部的快速扩渗，将大大改善2：14：1边界的润湿性，更好地起磁隔绝的作用，从而大幅提高磁体的矫顽力。
一种晶界扩渗低熔点轻稀土-铜合金制备高矫顽力钕铁硼磁体的方法，其特征在于将轻稀土(La,Ce,Pr,Nd)-Cu合金(轻稀土含量50－90％原子百分数)制备成粉末或镀成薄膜或轧成薄板或速凝薄片或传统的铸锭粗破后作为钕铁硼磁体的表面扩渗源，经过扩渗热处理，主要改善晶界相的均匀分布，从而获得高矫顽力钕铁硼磁体。
具体工艺步骤为：
(1)根据需要设计轻稀土(La,Ce,Pr,Nd)-Cu合金成分，制备轻稀土(La,Ce,Pr,Nd)-Cu合金；轻稀土(La,Ce,Pr,Nd)含量50－90％原子百分数；
(2)将步骤(1)中的(La,Ce,Pr,Nd)-Cu合金制备成粉末或镀成薄膜或轧成薄 板或速凝薄片或传统的铸锭粗破后附着在钕铁硼磁体的表面作为扩渗源；
(3)放入真空热处理炉内(真空度10-3Pa)，加热到450-800℃，使其熔融为液态，保温0.5－5h，进行晶界扩渗热处理；
(4)得到最终产品。
本发明的优点如下：
1.轻稀土(La,Ce,Pr,Nd)-Cu合金与钕铁硼合金有良好的润湿性，晶界相分布均匀，矫顽力提高十分显著；
2.轻稀土(La,Ce,Pr,Nd)-Cu合金熔点低，晶界扩渗热处理的温度低；
3.扩渗热处理后不需要进行退火热处理；
4.轻稀土(La,Ce,Pr,Nd)-Cu合金价格便宜，降低成本；
5.扩渗热处理时，轻稀土(La,Ce,Pr,Nd)-Cu合金会熔化为液态包覆在钕铁硼表面，加速在钕铁硼磁体内的扩渗，适合处理大块样品。
附图说明
图1为38M晶界扩渗Pr70Cu30前后的退磁曲线。
图2为38M晶界扩渗Pr70Cu30前后的显微组织(a)扩渗前,(b)扩渗后。
具体实施方式
实施例一：
5mm厚38M磁体表面覆盖Pr70Cu30(原子百分数)速凝薄片晶界扩渗热处理
选择38M商用磁体，加工成尺寸为φ8mm×5mm的样品。通过速凝薄片铸锭工艺制备厚度为300μm的Pr70Cu30(原子百分数)合金铸锭(见图1)，直接覆盖在38M磁体的周围(见图2)，将样品置于炉内，抽真空至(3－5)×10-3Pa，开始快速加热至720℃，保温2h，38M原始样品和经过扩渗处理的样品退磁曲线如图1，可见此法晶界扩渗热处理的Pr-Cu扩渗效果很好，矫顽力提高显著，从扩渗前的不到14kOe提高到扩渗后的近21kOe，而剩磁几乎不变，约11.27kGs。由图2可见，晶界相的分布更加均匀，基本呈薄层状分布，有效地阻碍了相邻晶粒间的交换耦合作用，这是矫顽力大幅提高的重要原因。
实施例二：
10mm厚N40磁体表面覆盖Pr60Nd20Cu20(原子百分数)粗破铸锭晶界扩渗热处 理
选择N40商用磁体，加工成尺寸为φ10mm×10mm的样品。真空熔炼Pr60Nd20Cu20(原子百分数)合金铸锭，粗破碎成1-3mm的颗粒，覆盖在N40磁体的周围，将样品置于炉内，抽真空至(3－5)×10-3Pa，开始快速加热至750℃，保温4h。磁性能参数如表1。可见，此法晶界扩渗热处理的PrNd-Cu扩渗效果很好，矫顽力提高显著，剩磁变化很小。
表1 N40表面覆盖Pr80Cu20(原子百分数)铸锭扩渗热处理后样品磁性能
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实施例三：
8mm厚N42磁体表面粘覆La18Ce52Cu30(原子百分数)粉末晶界扩渗热处理选择N42商用磁体，加工成尺寸为φ10mm×8mm的样品。真空熔炼La18Ce52Cu30(原子百分数)合金铸锭,制成平均粒度为5μm的粉末颗粒，粘覆在N42磁体的表面，将样品置于炉内，抽真空至(3－5)×10-3Pa，开始快速加热至600℃，保温2.5h。磁性能参数如表2。可见，此法晶界扩渗热处理的LaCe-Cu扩渗效果很好，矫顽力提高显著，剩磁变化很小。
表2 N42表面粘覆La18Ce52Cu30(原子百分数)粉末颗粒扩渗热处理后样品磁性能
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