高矫顽力钕铁硼磁体专利技术分析

高矫顽力钕铁硼磁体专利技术分析

吴肖志

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心   天津  300304

摘要：随着对具有更高性能电磁设备需求的不断增加，如何制备具有高矫顽力的钕铁硼磁体成为人们逐渐关注的一个焦点，本文从涉及钕铁硼磁体矫顽力的专利申请概况出发，总结了几种能够提高钕铁硼磁体矫顽力的制备工艺。

关键词：钕铁硼；矫顽力；专利

1．引言

烧结钕铁硼磁体自1983年被发明以来，因其具有相对优异的综合磁性能，被广泛的应用于电声器件、电动机、发电机、计算机、核磁共振医疗、通讯、控制器以及风力发电等各种支柱领域，尤其是汽车领域所用器件向小型化、轻量化、高速化、低噪音化等方向的发展，对具有高性能，特别是高矫顽力的钕铁硼磁体的需求不断的增加，然而，高性能的钕铁硼磁体在生产的过程中又需要使用较多的重稀土元素，这导致高性能的钕铁硼磁体生产成本居高不下，因此，如何在制备高矫顽力磁体的同时，降低稀土的用量，减少成本已成为当前迫切的需求。本文以合享数据库（INCOPAT）作为数据库进行检索，初步分析了涉及钕铁硼磁体矫顽力的专利申请基本概况，并总结了几种提高钕铁硼磁体矫顽力的工艺。

2.高矫顽力钕铁硼磁体专利申请基本概况

经统计分析，在全球专利申请中，涉及钕铁硼磁体矫顽力改善的专利申请中，申请量最高的五个国家分别为：中国、日本、美国、德国和韩国。中国早期申请较少，但是后来居上，成为申请量最大的国家，日本申请量相对中国较少，但是由于烧结钕铁硼磁体制备起步较早，掌握了较多的核心技术专利。申请量前十的申请人分别为：日立、TDK株式会社、精工爱普生、丰田、信越株式会社、厦门钨业、福建省长汀金龙稀土有限公司、中国科学院宁波材料科学与工程研究所、中科三环、住友。从上述排名中可以看出，前十的申请人主要分布在日本和中国，这说明虽然中国起步较晚，但是发展较为迅速，已经逐步的追上了发展较快的日本。另外，在涉及钕铁硼磁体矫顽力改善的中国国内专利申请中，排名前十的申请人分别为：厦门钨业、福建省长汀金龙稀土有限公司、中国科学院宁波材料科学与工程研究所、中科三环、钢铁研究总院、北京工业大学、京磁材料科技股份有限公司、烟台正海磁性材料股份有限公司、北京科技大学、安徽大地熊新材股份有限公司，从中国国内申请人排名可知看出，申请人类型主要为企业，说明中国的企业的科研水平正在稳步提高，通过企业所具有的产业-研究一体化优势，在不久的将来必将在钕铁硼材料性能改善领域取得优异的成绩。

3.提高钕铁硼磁体矫顽力的工艺

目前提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的工艺主要有合金掺杂、晶界扩散和晶粒细化。下面通过专利分别对上述三种制备工艺进行介绍。

合金掺杂是在钕铁硼磁体制粉的过程中添加，例如添加Dy、Tb等重稀土元素或无重稀土元素或者含有少量重稀土元素的低熔点合金例如Pr-Cu，Cu-Al、稀土氢化物合金等化合物，然后进行混合、压制、烧结、回火，以获取高矫顽力的烧结磁体的方法。

专利CN108735494A公开了一种高矫顽力钕铁硼磁体的制备方法，具体为：通过在钕铁硼磁体粉末颗粒表面溅射一层稀土金属为稀土金属单质、稀土氧化物、稀土氟化物、Nd-Cu二元合金和Dy-Ni-Al三元合金等低熔点合金中的一种或多种的薄膜，经压制烧结使晶界扩散，稀土金属进入Nd2Fe14B相的表面层中，增强其各项异性，而Nd2Fe14B相几乎不受影响，所以可以达到剩磁几乎不降低的情况下，大大提高磁体矫顽力的目的。

专利CN101996721A公开了一种提高钕铁硼磁体矫顽力的方法，具体为：充分利用稀土氢化物易于破碎，便于控制分布于晶界相的特点，改变了现有常规技术采用的元素复合替代使矫顽力提高的同时大幅度的降低了矫顽力的缺点，通过晶界添加氢化物，再通过与制作工艺的合理搭配，使得添加的稀土分布于晶界，达到充分利用的目的。

晶界扩散处理技术主要采用涂覆、沉积、镀覆、溅射、粘覆等方式，使含有Dy/Tb金属或化合物(如Dy203、DyF3、TbF3等)的粉末先附着在钕铁硼磁体外表面作为扩散源，在某一温度范围内进行扩散热处理，使稀土元素沿晶界扩散到主相晶粒表层，置换晶粒表层Nd2Fe14B中的Nd形成(Nd,Dy/Tb)2Fe14B壳层结构，提高晶粒表面各向异性场，同时改善晶界显微组织，从而提高磁体矫顽力的一种工艺。

专利CN108630368A公开了一种高矫顽力钕铁硼磁体的表面涂覆浆料的方法，具体为：利用交联剂与聚烃类树脂间的相互作用，在聚合物分子链之间形成桥键，然后将表面涂覆浆料涂覆在烧结磁体的表面，经加热固化后可使浆料在磁体表面形成较强结合力，有利于晶界扩散过程，克服了传统涂覆粉末易脱落问题，同时，表面涂覆浆料中选择低熔点金属粉末或稀土合金粉末，其在加热固化或扩散热处理过程中熔化为液态后包覆在磁体的表面，可加速金属或稀土合金沿着晶界不断的扩散进入磁体内部，硬化晶界结构，改善晶界相分布，在不降低剩磁的条件下，提高磁体的矫顽力。

专利CN110211797A公开了一种提升烧结钕铁硼磁体磁性能的方法，具体为：采用磁控溅射、电泳沉积、喷涂或涂敷中的一种或几种组合的沉积方法在钕铁硼磁体表面沉积低熔金属氧化物和重稀土的氧化物或氟化物，利用低熔金属氧化物的特性，将金属氧化物使用氢气在高温下进行还原，根据还原顺序依次而得低熔金属，优先扩散修复磁体表层不连续的晶界稀土相，获取连续的低熔点稀土相，再以此作为重稀土元素的快速的扩散通道，有效提升重稀土元素在磁体中的扩散深度，并降低重稀土元素的用量，实现磁体矫顽力的提升。

专利CN109192493A公开了一种提高烧结钕铁硼磁体的方法，具体为：利用磁控溅射技术在钕铁硼磁体上沉积稀土合金薄膜，与基体的结合力强、均匀致密，促进晶界扩散过程；磁控溅射技术可以精确控制薄膜的厚度，以此为扩散源，可以精确控制扩散源的数量，避免过多稀土元素在磁体表面富集，强化磁体矫顽力的同时对剩磁损害较小，且提高稀土元素的利用率。由于扩散源为四元及四元以上稀土合金薄膜，多种元素复合添加可以显著改善晶界相的润湿性，减少晶界缺陷，强化晶界相的磁隔绝作用，从而提高磁体矫顽力。

晶粒细化主要是通过减小晶粒的尺寸，从而减小主相晶粒的局部退磁散射场来提高材料的矫顽力的一种工艺。

专利CN109102976A公开了一种提高稀土钕铁硼磁体矫顽力的方法，具体为：先通过真空速凝炉分别甩带稀土钕铁硼主合金及晶界辅合金RTM铸片，然后将晶界辅合金RTM铸片添加到稀土钕铁硼主合金中，利用双合金法，制备高性能稀土钕铁硼磁体。铸片的作用是为了将单一的金属配比后经过熔炼形成RTM合金，经过铸片工艺细化晶粒，为后续提高性能作为基础。其中，在晶界辅合金中添加较多的重稀土，利用晶粒细化及低温长时烧结的方法，避免重稀土取代主相Nd2Fe14B中的Nd后造成剩磁降低，同时起到类似晶界扩散工艺的效果，从而实现提高磁体矫顽力的目的。在晶界添加RTM合金后硬化晶界、细化晶粒作用在对剩磁影响较小的情况下大幅度提高矫顽力。

4 结语

综上，在提高烧结钕铁硼磁体矫顽力方面，合金掺杂发的优点在于制备工艺简单，缺点是降低烧结钕铁硼磁体的剩磁；晶界扩散其优点是矫顽力提升幅度大、重稀土利用效率高，缺点是扩散深度有限；晶粒细化工艺优点在于成本低，缺点在于当钕铁硼粉末尺寸较小时，对防氧化能力的要求极高，对生产设备的要求较高。为了获取高矫顽力的烧结钕铁硼磁体，同时考虑对磁体性能及成本控制需求，根据需要选用上述一种或者多种制备工艺来制备高矫顽力钕铁硼磁体。

参考文献：超强永磁体：稀土铁系永磁材料，周寿增 董清飞，北京：冶金工业出版社，2004