1.本技术涉及稀土永磁材料技术领域，具体而言涉及一种利用材料缺陷制备的钕铁硼磁体。
背景技术：2.烧结钕铁硼磁体凭借优异的磁性能，被称为“磁王”，广泛应用于航空航天、风力发电、节能家电、电子电器以及新能源汽车等领域。为了获得磁性能优异的磁体，在烧结钕铁硼的制备过程中，会采用元素添加、增加烧结温度和延长保温时间等办法来避免在钕铁硼磁体材料中产生缺陷，以此提升材料的致密度。
3.通常而言，缺陷的存在对于烧结钕铁硼的制备会产生不利影响。材料缺陷会导致钕铁硼磁体性能急剧恶化，因此需要极力避免。
技术实现要素：4.本技术针对现有技术的不足，提供一种利用材料缺陷制备的钕铁硼磁体，本技术利用缺陷相的高活化能和不稳定特性，以此作为重稀土的存储和扩散通道，促进元素扩散深度及速率，利用缺陷浓度的提升改善重稀土核壳结构层的分布，提升钕铁硼磁体的矫顽力，并节约制造成本。本技术具体采用如下技术方案。
5.首先，为实现上述目的，提出一种利用材料缺陷制备钕铁硼磁体的方法，其步骤包括：第一步，将合金按照名义成分进行配比熔炼及真空速凝处理后得到合金速凝片，将速凝片进行氢破碎处理得到粒径不超过8μm的粗粉；第二步，对第一步所得粗粉进行高能气流磨处理，得到粉末粒径分布区间在1-6μm之间的细合金粉末；第三步，分别收集粗粉和细合金粉末，将其均匀混合后备用；第四步，调整粉末混合比例，然后依次进行混粉、磁场取向压制成型和冷等静压处理，得到生胚；第五步，对生胚进行烧结及回火处理，得到烧结钕铁硼磁体；第六步，将烧结钕铁硼磁体作为扩散源磁体，将烧结钕铁硼磁体表面的氧化皮脱净并烘干，向脱净后所得磁体表面沉积重稀土；第七步，通过晶界扩散工艺对第六步沉积后所得磁体进行高温扩散，制备获得钕铁硼磁体。
6.可选的，如上任一所述的利用材料缺陷制备钕铁硼磁体的方法，其中，所述第四步中，调整粉末混合比例的步骤包括：将粗粉、细合金粉末之间比例调整至预设比例混合均匀。
7.可选的，如上任一所述的利用材料缺陷制备钕铁硼磁体的方法，其中，所述第四步中，调整粉末混合比例的步骤包括：在粉末中添加粒径尺寸为20-800 nm的难熔硬质粉末，然后将粗粉、细粉末之间比例调整至预设比例混合均匀。
8.可选的，如上任一所述的利用材料缺陷制备钕铁硼磁体的方法，其中，所述第四步在磁场取向压制成型过程中，将合金粉末在氧含量0.02-0.05%的气氛环境中进行压制，并将成型压力控制在19-20 mpa之间。
9.可选的，如上任一所述的利用材料缺陷制备钕铁硼磁体的方法，其中，所述第五步
中，在对生胚进行烧结的过程中将烧结温度降低至1020-1080 ℃之间。
10.可选的，如上任一所述的利用材料缺陷制备钕铁硼磁体的方法，其中，所述第四步中，添加的难熔硬质粉末包括：高cr合金、高zr合金、高mn合金、高nb合金、ta金属及其合金、高熵合金、高ni合金、陶瓷聚合物、碳化钨、硼化系合金中的任意一种或其组合。
11.可选的，如上任一所述的利用材料缺陷制备钕铁硼磁体的方法，其中，所述第六步中，向脱净所得磁体表面沉积的重稀土包括：dy或tb的纯金属、化合物、合金。
12.同时，为实现上述目的，本技术还提供一种采用上述制备方法制备的钕铁硼磁体，其包括：由粒径不超过8μm的粗粉构成的大尺寸晶粒；由粒径分布区间在1-6μm之间的细合金粉末构成的小尺寸晶粒；分布于大尺寸晶粒、小尺寸晶粒之间的缺陷，所述缺陷中扩散并存储有重稀土。
13.可选的，如上任一所述的钕铁硼磁体，其中，小尺寸晶粒包括：由粒径不超过8μm的粗粉通过高能气流磨处理获得的细合金粉末，还包括：粒径尺寸为20-800 nm的以下任意一种难熔硬质粉末或以下任意难熔硬质粉末的组合：高cr合金、高zr合金、高mn合金、高nb合金、ta金属及其合金、高熵合金、高ni合金、陶瓷聚合物、碳化钨、硼化系合金。
14.可选的，如上任一所述的钕铁硼磁体，其中，扩散并存储于缺陷中的重稀土包括：dy的纯金属或tb的纯金属或其化合物；所述缺陷通过磁场取向压制成型过程中氧含量0.02-0.05%的气氛环境、19-20 mpa的成型压力，以及烧结过程中降低至1020-1080 ℃之间的烧结温度形成。
15.有益效果本技术采用反向思维，提出利用缺陷来制备高性能烧结钕铁硼的方法，充分利用缺陷的特点来提升烧结钕铁硼磁体磁性能。本技术在将合金速凝片进行氢破碎处理得到粗粉，并通过高能气流磨将粗粉研磨成细粉后，将粗、细粉末混合进行磁场取向压制成型和冷等静压处理，得到生胚；由此在将生胚烧结、回火处理获得钕铁硼磁体后，向脱净氧化皮所得的钕铁硼磁体表面沉积重稀土，利用上述制备工艺在磁体中所形成的缺陷相具有高活化能和不稳定的特性，以缺陷相作为重稀土的存储和扩散通道，促进元素扩散深度及速率。本技术能够利用磁体制备过程中所形成的可调控的点、线、面、晶格以及空位缺陷等，利用缺陷浓度的提升改善重稀土核壳结构层的分布，提升本技术制备所得钕铁硼磁体的矫顽力，并节约制造成本。
16.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。
附图说明
17.附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本技术的实施例一起，用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1是本技术实施例1中通过不同比表面能和粒径分布的晶粒诱导孔洞缺陷增加晶界的晶粒结构示意图；图2是本技术实施例2中利用晶粒不致密特性形成多孔稀土相的磁体晶粒结构示意图；图3是本技术实施例3中利用硬质相与软质相之间硬度差和晶格错配特性所获得
的晶粒结构示意图；图中，1表示晶粒；11表示大尺寸晶粒；12表示小尺寸晶粒；13表示周期性排列晶界相；4表示缺陷。
具体实施方式
18.为使本技术实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
20.本技术中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
21.本技术中所述的“内、外”的含义指的是相对于磁体结构本身而言，由磁体外部指向内部晶粒之间间隙的方向为内，反之为外；而非对本技术的装置机构的特定限定。
22.本技术中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
23.本技术提供一种利用材料缺陷制备钕铁硼磁体的方法，其步骤包括：第一步，将合金按照名义成分进行配比熔炼及真空速凝处理后得到合金速凝片，将速凝片进行氢破碎处理得到粒径不超过8μm的粗粉；第二步，对第一步所得粗粉进行高能气流磨处理，得到粉末粒径分布区间在1-6μm之间的细合金粉末；第三步，分别收集粗粉和细合金粉末，将其均匀混合后备用；第四步，调整粉末混合比例，然后依次进行混粉、磁场取向压制成型和冷等静压处理，得到生胚；第五步，对生胚进行烧结及回火处理，得到烧结钕铁硼磁体；第六步，将烧结钕铁硼磁体作为扩散源磁体，将烧结钕铁硼磁体表面的氧化皮脱净并烘干，向脱净后所得磁体表面沉积重稀土；第七步，通过晶界扩散工艺对第六步沉积后所得磁体进行高温扩散，制备获得钕铁硼磁体。
24.通过上述工艺制备所得的钕铁硼磁体具有：由粒径不超过8μm的粗粉构成的大尺寸晶粒11；由粒径分布区间在1-6μm之间的细合金粉末构成的小尺寸晶粒12；以及分布于大尺寸晶粒11、小尺寸晶粒12之间的缺陷4，所述缺陷4中扩散并存储有重稀土。
25.由于本技术制备所得的钕铁硼磁体中，其不同尺寸的晶粒之间通过磁场取向压制成型过程中氧含量0.02-0.05%的气氛环境、19-20 mpa的成型压力，以及烧结过程中降低至
1020-1080 ℃之间的烧结温度，诱导缺陷4形成并且增加晶界的比例，因此，本技术可以此缺陷分布结构作为重稀土元素的存储和扩散通道，增加重稀土元素进入磁体的总量，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，实现对磁体矫顽力的提升。
26.下面将本技术的制备工艺与对比例进行对比。
27.实施例1（粗细晶混合）：按照如下的步骤烧结制备钕铁硼磁体：（1）合金按照名义成分进行配比熔炼及真空速凝处理后得到合金速凝片，将速凝片进行氢破碎处理得到粒径为~8μm的粗粉；（2）通过对步骤（1）中的粗粉进行高能气流磨处理，得到粉末粒径分布区间在1-6μm之间的细合金粉末；（3）收集所有粒径大小的合金粉末，将其均匀混合后备用；（4）然后将粗粉和细粉按照特定比例均匀混合，通过混粉、磁场取向压制成型、冷等静压，得到生胚；（5）将生胚经过传统烧结工艺及回火工艺，得到烧结钕铁硼磁体；（6）最后将烧结磁体作为扩散源磁体，将磁体表面的氧化皮脱净并烘干，向磁体表面沉积重稀土dy或tb的纯金属、化合物、合金；（7）按照传统晶界扩散工艺对其进行高温扩散，最后得到高性能钕铁硼磁体，磁性能如表1所示。
28.此实施例1中，利用粗粉和细粉在烧结过程中存在差异较大的比表面能和粒径分布，会使得磁体在烧结过后形成粗细晶混合状态的微观组织，降低磁体在烧结过程中的整体流动性，抑制磁体晶粒的结合与长大，使材料致密度降低，诱导孔洞缺陷的形成并且增加晶界的比例（如图1所示）的特性，以此作为重稀土元素的存储和扩散通道，增加重稀土元素进入磁体的总量，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该方法工艺简单，易于实现，具有广阔的应用前景。
29.实施例2（控制氧含量、控制烧结温度、控制成型压力）：按照如下的步骤烧结制备钕铁硼磁体：（1）合金按照名义成分进行配比熔炼及真空速凝处理后得到合金速凝片，将速凝片进行氢破碎处理得到粒径为~8μm的粗粉；（2）通过对步骤（1）中的粗粉进行高能气流磨处理，得到粉末粒径分布区间在1-6μm之间的合金粉末；（3）然后将合金粉末均匀混合后备用；（4）在磁场取向压制成型过程中，适当提高磁场压机中的氧含量，将合金粉末在氧含量0.02-0.05%的气氛环境中进行压制，同时适当降低磁体的成型压力，将成型压力控制在19-20 mpa，然后经过冷等静压得到生坯；（5）在磁体烧结过程中，适当降低磁体的烧结温度，将烧结温度控制在1020-1080 ℃，再经过传统工艺回火，得到烧结钕铁硼磁体；（6）最后将烧结磁体作为扩散源磁体，将磁体表面的氧化皮脱净并烘干，向磁体表面沉积重稀土dy或tb的纯金属、化合物、合金；
（7）按照传统晶界扩散工艺对其进行高温扩散，最后得到高性能烧结钕铁硼磁体，磁性能如表1所示。
30.此实施例2中，控制压制成型工艺过程中的氧含量、成型压力和烧结温度，降低磁体的致密化程度同时保证其能够成型，但是降低烧结过程中的外部条件，使各晶粒缺乏结合长大的能量，利用其不致密特性在磁体形成多孔或更多数量的稀土相（图2），从而增加缺陷数量，再以此作为重稀土元素的存储和扩散通道，增加重稀土元素进入磁体的总量，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该方法工艺简单，易于实现，具有广阔的应用前景。
31.实施例3（添加难熔金属或化合物中的一种或多种）：按照如下的步骤烧结制备钕铁硼磁体：（1）合金按照名义成分进行配比熔炼及真空速凝处理后得到合金速凝片，将速凝片进行氢破碎处理得到粒径为~8μm的粗粉；（2）通过对步骤（1）中的粗粉进行高能气流磨处理，得到粉末粒径分布区间在1-6μm之间的合金粉末；（3）在合金粉末中添加粒径尺寸为20-800 nm的高cr合金、高zr合金、高mn合金、高nb合金、ta金属及其合金、高熵合金、高ni合金、陶瓷聚合物、碳化钨、硼化系合金等难熔硬质粉末；然后将合金粉末均匀混合后备用；（4）然后将钕铁硼合金粉末和难熔硬质合金粉末按照特定比例均匀混合，通过混粉、磁场取向压制成型、冷等静压，得到生胚；（5）将生胚经过传统烧结工艺及回火工艺，得到烧结钕铁硼磁体；（6）最后将烧结磁体作为扩散源磁体，将磁体表面的氧化皮脱净并烘干，向磁体表面沉积重稀土dy或tb的纯金属、化合物、合金；（7）按照传统晶界扩散工艺对其进行高温扩散，最后得到高性能钕铁硼磁体，磁性能如表1所示。
32.此实施例3中，利用难熔硬质粉末进行添加，利用硬质相与软质相之间的硬度差和晶格错配特性，提升磁体自身晶界相的错配度并降低原子排列顺序，使得磁体内部的线缺陷或面缺陷数量增加，提升晶界相的紊乱程度，激发晶界相的活化能，从而增加缺陷数量，再以此作为重稀土元素的存储和扩散通道，增加重稀土元素进入磁体的总量，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该方法工艺简单，易于实现，具有广阔的应用前景。
33.对比例1（仅混合细粉晶体）：按照如下的步骤烧结制备钕铁硼磁体：（1）合金按照名义成分进行配比熔炼及真空速凝处理后得到合金速凝片，将速凝片进行氢破碎处理得到粒径为~8μm的粗粉；（2）通过对步骤（1）中的粗粉进行高能气流磨处理，得到粉末粒径分布区间在1-6μm之间的细合金粉末；（3）传统制备方式下取粒径在2.8-5 μm粒径大小的粉末而舍弃粒径过低的合金粉末（低于2μm），将其均匀混合后备用；（4）然后将细粉均匀混合，通过混粉、磁场取向压制成型、冷等静压，得到生胚；
（5）将生胚经过传统烧结工艺及回火工艺，得到烧结钕铁硼磁体；（6）最后将烧结磁体作为扩散源磁体，将磁体表面的氧化皮脱净并烘干，向磁体表面沉积重稀土dy或tb的纯金属或其化合物；（7）按照传统晶界扩散工艺对其进行高温扩散，最后得到钕铁硼磁体，磁性能如表1所示。
34.表1样品矫顽力/koe剩磁/kgs磁能积/mgoe密度/g/cm3常规磁体15.9813.8045.397.6495对比例121.3613.6445.107.6803实施例125.5814.1045.557.8120实施例225.4013.8845.427.7931实施例325.2913.7845.517.8102综上，本技术相比于现有钕铁硼磁体制备工艺具有如下优势：（1）利用磁体中缺陷相具有高活跃性和高能量的特点，增加晶界相自身的活跃程度，提升其活化能，能够显著提升后续晶界扩散效率，增加扩散深度，制备更加高性能的商业磁体。
35.（2）本发明充分利用缺陷相具有高活泼性的优点，同时结合晶界扩散技术避免其缺点对材料性能的恶化，增强矫顽力的同时改善剩磁和磁能积，实现综合磁性能的同步提升。
36.（3）本发明工艺简单，设备要求相对较低，可在原有晶界扩散设备基础上完成，具有大规模推广使用的前景。
37.以上仅为本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本技术的保护范围。
技术特征：1.一种钕铁硼磁体，其特征在于，包括：由粒径不超过8μm的粗粉构成的大尺寸晶粒（11）；由粒径分布区间在1-6μm之间的细合金粉末构成的小尺寸晶粒（12）；分布于大尺寸晶粒（11）、小尺寸晶粒（12）之间的缺陷（4），所述缺陷（4）中扩散并存储有重稀土。2.如权利要求1所述的钕铁硼磁体，其特征在于，小尺寸晶粒（12）包括：由粒径不超过8μm的粗粉通过高能气流磨处理获得的细合金粉末，还包括：粒径尺寸为20-800 nm的以下任意一种难熔硬质粉末或以下任意难熔硬质粉末的组合：高cr合金、高zr合金、高mn合金、高nb合金、ta金属及其合金、高熵合金、高ni合金、陶瓷聚合物、碳化钨、硼化系合金。3.如权利要求1或2所述的钕铁硼磁体，其特征在于，扩散并存储于缺陷（4）中的重稀土包括：dy或tb的纯金属、化合物、合金；所述缺陷（4）通过磁场取向压制成型过程中氧含量0.02-0.05%的气氛环境、19-20 mpa的成型压力，以及烧结过程中降低至1020-1080 ℃之间的烧结温度形成。
技术总结本申请提供一种利用材料缺陷制备的钕铁硼磁体。本申请在将合金速凝片进行氢破碎处理得到粗粉，并通过高能气流磨将粗粉研磨成细粉后，将粗、细粉末混合进行磁场取向压制成型和冷等静压处理，得到生胚；由此在将生胚烧结、回火处理获得钕铁硼磁体后，向脱净氧化皮所得的钕铁硼磁体表面沉积重稀土，利用上述制备工艺在磁体中所形成的缺陷相具有高活化能和不稳定的特性，以缺陷相作为重稀土的存储和扩散通道，促进元素扩散深度及速率。本申请能够利用磁体制备过程中所形成的可调控的点、线、面、晶格以及空位缺陷等，利用缺陷浓度的提升改善重稀土核壳结构层的分布，提升本申请制备所得钕铁硼磁体的矫顽力，并节约制造成本。并节约制造成本。并节约制造成本。
技术研发人员：杨牧南 钟淑伟 杨斌 梅军 罗三根
受保护的技术使用者：江西理工大学
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/7/5
