釹鐵硼常用擴(kuò)散工藝的專利技術(shù)分析

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心 天津 300304

1 簡(jiǎn)介

近年來(lái)，晶界擴(kuò)散法(Grain Boundary Diffusion，簡(jiǎn)稱“GBD”)被認(rèn)為是一種新型的高效利用重稀土元素的有效方法，它可在不影響磁體剩磁的前提下顯著提高磁體的矯頑力。晶界擴(kuò)散法一般是在磁體表面沉積重稀土化合物，然后在合適的熱處理過(guò)程中，重稀土元素從磁體表面沿晶界擴(kuò)散到磁體內(nèi)部，使重稀土元素主要存在于晶界及晶粒的外圍而不過(guò)多的進(jìn)入晶粒內(nèi)部，形成具有高磁晶各向異性場(chǎng)的殼層結(jié)構(gòu)，這樣不僅提高了磁體的矯頑力，還在一定程度上節(jié)約了昂貴的重稀土元素的使用量，并且磁體的剩磁和磁能積沒有明顯地降低。為此，晶界擴(kuò)散工藝成為近期的研究熱點(diǎn)，掀起了研究開發(fā)的熱潮?；旆邸⑼扛?、氣相蒸鍍?yōu)楸绢I(lǐng)域常用晶界擴(kuò)散工藝。

2 擴(kuò)散工藝特點(diǎn)[1]

2.1 混粉法 制備釹鐵硼原料多采用粉末冶金的工藝，因?yàn)镹d與Fe的磁矩為同一方向，而為Dy、Tb與Fe為反鐵磁耦合，這種元素取代在提高矯頑力的同時(shí)會(huì)帶來(lái)剩磁的下降。

2.2 涂覆法 表面涂覆法是指將稀土化合物直接涂覆在原始磁體樣品表面，經(jīng)干燥處理后在稀有氣體氛圍下進(jìn)行高溫?zé)崽幚頂U(kuò)散。使用此方法可以顯著提高磁體的矯頑力，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單方便，缺點(diǎn)是容易導(dǎo)致涂覆不均勻，擴(kuò)散不充分。

2.3 氣相蒸鍍 將重稀土元素或其化合物和原始待處理樣品放在蒸渡爐內(nèi)，利用高溫加熱使重稀土元素高溫蒸發(fā)，并在在外來(lái)稀有氣體的誘導(dǎo)下沉積在原始磁體表面并沿著晶界向磁體內(nèi)部擴(kuò)散。

3 擴(kuò)散工藝發(fā)展脈絡(luò)

根據(jù)上圖給出的不同制備方法的技術(shù)脈絡(luò)圖，對(duì)各個(gè)制備方法的技術(shù)脈絡(luò)進(jìn)行分析：

圖1 釹鐵硼常用晶界擴(kuò)散工藝專利申請(qǐng)分布

對(duì)于混粉法，日立金屬株式會(huì)社在1986年(JP1540186A)首先通過(guò)混粉燒結(jié)工藝在NdFeB中添加一定量的潤(rùn)滑劑和Pr，來(lái)制備性能優(yōu)異的永磁材料。臺(tái)灣工業(yè)科技研究所(US19900619724A)采用低價(jià)的稀土氧化物制備出性能良好的NdFeB材料。日本東金株式會(huì)社(JP26151794A)通過(guò)混粉工藝將一部分Yb和Y作為稀土替代元素，加入到制備NdFeB的原料中，在1000-1100℃的惰性氣氛中燒結(jié)兩小時(shí)以上，在400-700℃進(jìn)行時(shí)效處理，急冷。所制備的產(chǎn)品組織均勻，Hc、Br磁學(xué)性能優(yōu)異。日本NEOMAX株式會(huì)社(JP2005133596A)在NdFeB的原料粉末中加入一定量的Dy和Tb的氟化物，制備出高磁特性和高電阻的R-TB燒結(jié)磁體，能夠應(yīng)用于電氣設(shè)備。進(jìn)入21世紀(jì)后，中國(guó)的申請(qǐng)量逐漸增加，比亞迪股份有限公司(CN2007101875570)將釹鐵硼合金經(jīng)過(guò)破碎、制粉、加入納米釓化合物添加劑、取向壓制成型和在真空或惰性氣體保護(hù)的條件下進(jìn)行燒結(jié)和回火，得到釹鐵 硼永磁材料，該制備方法能夠有效地同時(shí)提高釹鐵硼永磁材料的工作溫度和矯頑力。日本INTERMETALLICSKK公司(JP2013031636A)也是通過(guò)混粉工藝在磁體表面形成Dy和Tb的氟化物，來(lái)優(yōu)化磁體的磁學(xué)性能。

對(duì)于涂覆工藝，富士電氣化學(xué)株式會(huì)社在1990年申請(qǐng)專利JP842890A，將Nd和Dy粉涂覆在硼原料粉末表面，經(jīng)過(guò)700℃真空處理1小時(shí)，提高了釹鐵硼合金性能。1994年日本鈴木汽車公司(JP10934094A)通過(guò)涂覆工藝制備得到的釹鐵硼合金，并應(yīng)用于發(fā)電機(jī)及高溫部件。2005年日本株式會(huì)社日立制作所(JP2005049919A)一種氟化合物施加到所述的釹鐵硼磁粉表面，成型，在所述氟化合物和所述磁粉之間的形成一個(gè)擴(kuò)散層，所制備產(chǎn)品具有高剩余磁通密度和耐熱性能。2012年日本日立化成株式會(huì)社(JP2012169069A)在鐵硼燒結(jié)磁體的表面上涂覆YF或SCF3的組合物，提高了釹鐵硼合金的耐熱性能。

對(duì)于氣相蒸鍍方法，日本株式會(huì)社愛發(fā)科(WOJP06305034A，WOJP2007066272A，JP2009094068A)通過(guò)在具有規(guī)定形狀的鐵-硼-稀土系磁鐵表面上形成Dy膜的成膜工序以及通過(guò)在規(guī)定溫度下實(shí)施熱處理，使在表面上成膜的Dy擴(kuò)散到磁鐵的晶界相的擴(kuò)散工序制造永磁鐵?？商岣呖沙赡さ慕饘僬舭l(fā)材料的收獲率，在整個(gè)具有規(guī)定形狀的被成膜物的表面上高速且均 勻成膜，尤其適用于在具有規(guī)定形狀的鐵-硼-稀土系磁鐵的表面形成Dy及Tb膜。因太金屬株式會(huì)社(JP2013536351A)通過(guò)晶界擴(kuò)散處理而使附著在基材表面的Dy和/或Tb擴(kuò)散到該基材內(nèi)部的晶界的NdFeB燒結(jié)磁體，所述基材是通過(guò)將NdFeB合金的粉末進(jìn)行取向、燒結(jié)而制造的，其具有高矯頑力和矩形比，最大磁能積的降低少。

4 小結(jié)

本文對(duì)釹鐵硼擴(kuò)散技術(shù)中的混粉、涂覆、氣相蒸鍍的專利申請(qǐng)狀況進(jìn)行了簡(jiǎn)單梳理與分析。采用混粉法的專利申請(qǐng)最多，且獲得的磁體中擴(kuò)散元素分布均勻。隨后為涂覆法，使用此方法可以顯著提高磁體的矯頑力，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單方便，缺點(diǎn)是容易導(dǎo)致涂覆不均勻，擴(kuò)散不充分。此外，氣相蒸鍍法、也有較多申請(qǐng)。