釹鐵硼常用擴散工藝的專利技術分析

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1 簡介

近年來，晶界擴散法(Grain Boundary Diffusion，簡稱“GBD”)被認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程中，重稀土元素從磁體表面沿晶界擴散到磁體內部，使重稀土元素主要存在于晶界及晶粒的外圍而不過多的進入晶粒內部，形成具有高磁晶各向異性場的殼層結構，這樣不僅提高了磁體的矯頑力，還在一定程度上節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，晶界擴散工藝成為近期的研究熱點，掀起了研究開發的熱潮。混粉、涂覆、氣相蒸鍍為本領域常用晶界擴散工藝。

2 擴散工藝特點[1]

2.1 混粉法 制備釹鐵硼原料多采用粉末冶金的工藝，因為Nd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會帶來剩磁的下降。

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，經干燥處理后在稀有氣體氛圍下進行高溫熱處理擴散。使用此方法可以顯著提高磁體的矯頑力，優點是工藝簡單方便，缺點是容易導致涂覆不均勻，擴散不充分。

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，利用高溫加熱使重稀土元素高溫蒸發，并在在外來稀有氣體的誘導下沉積在原始磁體表面并沿著晶界向磁體內部擴散。

3 擴散工藝發展脈絡

根據上圖給出的不同制備方法的技術脈絡圖，對各個制備方法的技術脈絡進行分析：

圖1 釹鐵硼常用晶界擴散工藝專利申請分布

對于混粉法，日立金屬株式會社在1986年(JP1540186A)首先通過混粉燒結工藝在NdFeB中添加一定量的潤滑劑和Pr，來制備性能優異的永磁材料。臺灣工業科技研究所(US19900619724A)采用低價的稀土氧化物制備出性能良好的NdFeB材料。日本東金株式會社(JP26151794A)通過混粉工藝將一部分Yb和Y作為稀土替代元素，加入到制備NdFeB的原料中，在1000-1100℃的惰性氣氛中燒結兩小時以上，在400-700℃進行時效處理，急冷。所制備的產品組織均勻，Hc、Br磁學性能優異。日本NEOMAX株式會社(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燒結磁體，能夠應用于電氣設備。進入21世紀后，中國的申請量逐漸增加，比亞迪股份有限公司(CN2007101875570)將釹鐵硼合金經過破碎、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的條件下進行燒結和回火，得到釹鐵 硼永磁材料，該制備方法能夠有效地同時提高釹鐵硼永磁材料的工作溫度和矯頑力。日本INTERMETALLICSKK公司(JP2013031636A)也是通過混粉工藝在磁體表面形成Dy和Tb的氟化物，來優化磁體的磁學性能。

對于涂覆工藝，富士電氣化學株式會社在1990年申請專利JP842890A，將Nd和Dy粉涂覆在硼原料粉末表面，經過700℃真空處理1小時，提高了釹鐵硼合金性能。1994年日本鈴木汽車公司(JP10934094A)通過涂覆工藝制備得到的釹鐵硼合金，并應用于發電機及高溫部件。2005年日本株式會社日立制作所(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擴散層，所制備產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社(JP2012169069A)在鐵硼燒結磁體的表面上涂覆YF或SCF3的組合物，提高了釹鐵硼合金的耐熱性能。

對于氣相蒸鍍方法，日本株式會社愛發科(WOJP06305034A，WOJP2007066272A，JP2009094068A)通過在具有規定形狀的鐵-硼-稀土系磁鐵表面上形成Dy膜的成膜工序以及通過在規定溫度下實施熱處理，使在表面上成膜的Dy擴散到磁鐵的晶界相的擴散工序制造永磁鐵?？商岣呖沙赡さ慕饘僬舭l材料的收獲率，在整個具有規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。因太金屬株式會社(JP2013536351A)通過晶界擴散處理而使附著在基材表面的Dy和/或Tb擴散到該基材內部的晶界的NdFeB燒結磁體，所述基材是通過將NdFeB合金的粉末進行取向、燒結而制造的，其具有高矯頑力和矩形比，最大磁能積的降低少。

4 小結

本文對釹鐵硼擴散技術中的混粉、涂覆、氣相蒸鍍的專利申請狀況進行了簡單梳理與分析。采用混粉法的專利申請最多，且獲得的磁體中擴散元素分布均勻。隨后為涂覆法，使用此方法可以顯著提高磁體的矯頑力，優點是工藝簡單方便，缺點是容易導致涂覆不均勻，擴散不充分。此外，氣相蒸鍍法、也有較多申請。