钕铁硼扩散工艺的专利技术发展

陈 帅 杨文昭

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心 天津300304

1 简介

合金熔炼、溅射法、浸渍法、气相沉积法和电泳沉积法为本领域常用晶界扩散工艺。晶界扩散法一方面可以提高钕铁硼磁体的矫顽力,另一方面可减少重稀土元素的使用量,降低生产成本,并且磁体的剩磁和磁能积没有明显地降低。为此,晶界扩散工艺成为近期的研究热点,掀起了研究开发的热潮。

2 扩散工艺发展脉络

对于合金熔炼工艺,日本NA MIKI SEI MITSU HOS公司在1985年申请专利JP24232785 A,通过合金熔炼工艺制备得到钕铁硼合金。1997年通用电气公司(WOUS97018367 A1)通过还原-熔化方法包括制备得到钕铁硼合金。2002年日产尼桑汽车公司(JP2002325005 A)通过铸造母合金熔炼法制备得到磁学性能优异的钕铁硼合金。美国SHENYANG GENERAL MAGNETIC公司(US15401262 A)在真空条件下,将部分原料包括纯铁,铁铁,钕铁硼废料和稀土氟化物,放入坩埚中,熔炼得到第一熔液,清渣;将其余原料放入坩埚中,精炼,精炼后的熔液浇注到表面上的水冷却的转动辊通过中间包,形成合金薄片;处理与氢碎合金薄片,气流粉碎机磨合金薄片成粉末,然后磁场压制,预烧结和烧结。

图1 钕铁硼常用晶界扩散工艺专利申请分布

根据上图给出的不同制备方法的技术脉络图,对各个制备方法的技术脉络进行分析:

对于气相沉积工艺,日本住友特殊金属株式会社(JP2001173047 A)、TDK株式会社(JP2004093839 A)、日本丰田汽车公司(JP2009117713 A)、日立金属株式会社(JP2011078647A)通过气相沉积工艺制备得到耐腐蚀性能优异的钕铁硼合金。近年来,国内在该工艺制备钕铁硼合金的相关申请也在逐年增多,宁波韵升股份有限公司(CN201310301718X)对烧结钕铁硼薄片磁体进行去污、去油、去磁粉和表面预处理;对烧结钕铁硼薄片磁体的表面进行物理气相沉积处理,其中沉积膜为重稀土合金膜,沉积膜厚度≤20μm;将经过物理气相沉积处理的烧结钕铁硼薄片磁体进行二级晶界热处理;优点是重稀土合金膜对烧结钕铁硼薄片磁体的表面主相及晶界相进行填充和修补,部分重稀土合金膜进入主相晶粒的外延层,部分重稀土合金膜中的元素扩散进入晶界相。

对于其它方法,南京理工大学(CN2011102428477)在制备钕铁硼粉体的基础上利用基于磁控溅射的粉体镀膜工艺,将Dy元素溅射镀覆到气流磨粉体表面,有效控制了生产过程中Dy元素的消耗量,实现了低镝含量高性能烧结钕铁硼的制备。北京科技大学(CN2016100238818)将烧结态钕铁硼磁体和低熔点扩散合金片叠放在一起,在热等静压机中施压并保压进行扩散热处理和退火热处理,扩散热处理温度为700～900℃,保温3～5h,再经过400～600℃退火热处理2～10h,缓冷,得到扩散均匀的烧结钕铁硼磁体。在热等静压扩散热处理过程中,低熔点扩散合金片熔化为液态包覆在钕铁硼表面,压力的存在增加了熔融扩散合金的扩散动能,加速Dy、Cu、Al、Ni等元素在晶界的扩散,提高扩散层的深度。

3 小结

本文对钕铁硼扩散技术中的合金熔炼、溅射法、浸渍法、气相沉积法和电泳沉积法的专利申请状况进行了简单梳理与分析。合金熔炼法、浸渍法、气相沉积法申请较多,其他制备方法中包括磁控溅射法、电泳沉积法等,均是近年来出现的制备方法,主要是国内的高校和研究所的专利申请,申请量较少。