一种稀土永磁体的钎焊方法

1.本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种稀土永磁体的钎焊方法。

背景技术：

2.在一些应用中，稀土永磁体必须被组装成复杂的形状或较大的部件，例如在工业电机、汽车和电器中。对于高功率密度的机电转换装置，稀土永磁材料组件有时需要承受高应力和高温冲击，而目前使用有机粘合剂胶合的方法存在连接强度低和耐热性差的问题。
3.钎焊是一种使用填充金属作为“胶水”的连接方法，它可以与磁体形成冶金结合。同时，钎焊的热影响相对较低。因此，钎焊的稀土永磁体构件有望满足高强度和高耐热性的要求。虽然钎焊方法具有上述优点，但一直没有用于稀土永磁体的连接，因为稀土永磁体例如钕铁硼在空气中很容易被氧化，在钎焊加热过程中形成的表面氧化层会使钕铁硼难以被钎料润湿。同时，钎料和稀土永磁体热膨胀系数的差异易引发热应力导致的开裂。此外，稀土永磁体中的烧结钕铁硼中的nd2fe
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b主相在高温下很容易结晶析出，这可能会大大降低磁性能。因此，稀土永磁体的钎焊是非常困难的。
4.专利申请公开说明书cn105057918a公开了一种稀土铁基永磁体用带状钎焊料及其制备方法、专利申请公开说明书cn105081606a公开了一种稀土钴基永磁体用带状钎焊料及其制备方法，两种方法均采用以下方法制备带状钎焊料：(1)选择与母材成分相近的成分作钎焊料主成分进行物料配比；(2)将配好的原料装入真空熔炼炉，在10-1
mp下进行真空熔炼合成铸态合金；(3)将所得铸态合金破碎后，装入喷带管后装卡在真空速凝炉内，抽真空至10-3
mp后，将整个炉体充入氩气；然后向喷带管中再充入高于炉体中气压的氩气，加热升高温度至铸态合金熔化；(4)调节冷却辊转速，待转速稳定后增加感应圈功率，待速凝温度恒定后，打开喷带管将铸态合金液喷射到高速旋转的冷却辊上速凝。
5.专利申请公开说明书cn105057827a公开了一种烧结ndfeb永磁体焊接方法。所述方法在烧结ndfeb磁体制作工序中进行，包括如下步骤：
6.(1)对ndfeb烧结后获得的全密度毛坯进行加工获得所需要的形状，在需要焊接的二个ndfeb毛坏加工件的焊接端面之间装夹钎焊料后压紧；(2)将装夹有钎焊料的ndfeb毛坏加工件放在回火炉中，在进行回火热处理的同时完成焊接过程。
7.专利申请公开说明书cn105081498a公开了一种烧结smco永磁体焊接方法，其特征在于：该焊接方法在烧结smco磁体制作工序中完成，包括如下步骤：(1)对smco烧结和固溶后获得的全密度毛坯进行加工获得所需要的形状，在需要焊接的二个smco毛坏加工件的焊接端面之间装夹钎焊料并压紧；(2)将装夹有钎焊料的smco毛坏加工件放在热处理炉中，在进行等温时效和分级时效处理的同时完成焊接过程。
8.上述关于稀土永磁体钎焊技术均采用配制钎焊料进行高温焊接的方法，没有深入研究对稀土永磁体的高强度钎焊。

技术实现要素：

9.为了确保高质量的稀土永磁体钎焊，需要抑制表面氧化，需要使用具有优良润湿性的钎料，并尽量减少钎焊对基材磁性的热影响。针对该需求，本发明提出了一种在稀土永磁体表面沉积钎料层抑制其表面氧化，同时通过精确控制钎料层厚度和界面反应时间抑制开裂，实现高强度连接的稀土永磁体的钎焊方法。
10.一种稀土永磁体的钎焊方法，包括：
11.步骤1，基体处理：酸洗去除稀土永磁体表面氧化膜；
12.步骤2，沉积钎料层：将稀土永磁体放入物理气相沉积(pvd)炉中离子清洗，然后在其待焊面pvd沉积ag基钎料层；
13.步骤3，气保护感应钎焊：将沉积ag基钎料层的磁体待焊面对接，然后在气体保护或真空环境下感应加热至钎料熔化，保持一定时间后在气体保护或真空条件下冷却到室温，完成稀土永磁体的拼接。
14.优选地，步骤1中，所述的稀土永磁体的材料为烧结钕铁硼、热压成型钕铁硼、烧结钐钴等稀土永磁材料。
15.优选地，步骤2中，所述的ag基钎料层的钎料为ag-cu合金、ag-cu-sn合金、ag-cu-zn-cd合金、ag-cu-zn-sn合金、ag-cu-zn-cd-sn合金或者ag-cu-zn-sn-in合金等，该类钎料合金与稀土永磁材料具有良好的冶金相容性，且具有合适的熔点。
16.优选地，所述ag基钎料层中，ag为质量百分比的20-80％。
17.优选地，所述的ag基钎料层在两个待焊面沉积的总厚度为5-20μm，以避免热膨胀系数不匹配导致过高的界面热应力，从而导致开裂。
18.优选地，步骤3中，在气体保护或真空环境下感应加热至钎料熔化，的总加热时间10-20秒。该时间范围可发生充分的冶金反应，同时避免过度的冶金反应，引起钎缝附近的稀土永磁体基体弱化。
19.优选地，感应加热峰值温度高于钎料液相线20℃以上，以确保钎料有足够的流动性。
20.优选地，步骤3完成稀土永磁体的拼接后，针对钕铁硼磁体进行退火处理。退火条件：退火温度为450-550℃，时间大于0.5h，其目的是消除钎焊感应加热导致的稀土永磁体磁性能下降，使其恢复钎焊前的性能。
21.针对钐钴磁体，焊接后可以不需要退火处理。
22.与现有技术相比，本发明有以下优点：
23.1、本发明通过在近真空环境中预先沉积ag基钎料涂层然后再钎焊的方法，可有效防止稀土永磁体的氧化，极大地提高了钎料对磁体的润湿性。
24.2、本发明通过精确控制钎料层厚度和感应加热时间，避免过度反应和热应力导致的钎缝强度降低。
25.3、使磁体与钎料形成良好的冶金结合，相比传统胶粘方式焊缝具有更高强度和耐温性能，钎焊接头的弯曲强度最大能达到磁体的60％以上，钎焊后经热处理磁体磁性能不会下降。
26.4、该方法焊接稀土永磁体效率高且不需要复杂的条件。
附图说明
27.图1为实施例1的钕铁硼磁体在两侧待焊面pvd沉积总厚度10μm的ag72cu28合金(重量比)后感应加热14s钎焊的钎缝微观组织图。
28.图2为实施例1的钕铁硼磁体在两侧待焊面pvd沉积总厚度10μm的ag72cu28合金(重量比)后感应加热16s钎焊的钎缝微观组织图。
29.图3为实施例1的钕铁硼磁体在两侧待焊面pvd沉积总厚度10μm的ag72cu28合金(重量比)后感应加热20s钎焊的钎缝微观组织图。
30.图4为实施例1中经不同感应加热、感应钎焊和时效处理的钕铁硼的退磁曲线。
31.图5为实施例2的钕铁硼磁体在两侧待焊面pvd沉积总厚度15μm的ag72cu28合金(重量比)后感应加热20s钎焊的钎缝微观组织图。
32.图6为实施例3的钕铁硼磁体在两侧待焊面pvd沉积总厚度15μm的ag35cu15zn15cd20sn8in7合金(重量比)后感应加热15s钎焊的钎缝微观组织图。
33.图7为实施例8的烧结钐钴磁体在两侧待焊面pvd沉积总厚度10μm的ag55cu25zn15sn5合金(重量比)后感应加热16s钎焊的钎缝界面微观组织图。
具体实施方式
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
35.实施例1
36.准备钕铁硼磁体，先用稀硝酸或丙酮对基底进行酸洗以去除表面氧化物，然后在无水乙醇中清洗若干分钟，并用冷风吹干。酸洗后的磁体放入pvd炉中，抽真空至1.5
×
10-3
pa，炉内开加热并使用离子清洗，然后在两侧待焊面pvd沉积总厚度10μm的ag72cu28(重量比)钎料层。
37.将沉积钎料层的钕铁硼基体对接到玻璃管中，然后在保护气体作用下用感应线圈加热14s、16s、20s，加热然后通过管内的保护气流将试样冷却到室温。用感应线圈加热14s、16s、20s时的钎缝组织如图1-3所示。随着加热时间的增加，钕铁硼基体中熔点较低的晶间相与钎料的混熔程度逐渐增加，钎缝宽度越来越大。三种接头的弯曲强度随着加热时间的增加呈现先增加后降低的趋势，加热16s的钕铁硼钎焊工件弯曲强度最高，为196.94mpa。最后感应加热16s的钕铁硼钎焊工件放入真空炉中进行490℃、2小时的退火处理，测得制得的钕铁硼钎焊工件矫顽力为14.1koe，如图4所示。
38.图4还显示了经不同感应加热、感应钎焊和时效处理处理的钕铁硼的退磁曲线，包括未处理钕铁硼、490℃退火2小时的钕铁硼、不加钎料感应加热16s的钕铁硼、不加钎料感应加热16s后490℃退火2小时的钕铁硼、在两侧待焊面pvd沉积总厚度10μm的ag72cu28合金(重量比)后感应加热16s钎焊的钕铁硼、在两侧待焊面pvd沉积总厚度10μm的ag72cu28合金
(重量比)后感应加热16s钎焊后490℃退火2小时的钕铁硼。从图4中可见，经过钎焊和退火处理后的磁体矫顽力与钎焊前(13.8koe)相比有所上升。
39.实施例2
40.准备钕铁硼磁体，先用稀硝酸或丙酮对基底进行酸洗以去除表面氧化物，然后在无水乙醇中清洗若干分钟，并用冷风吹干。酸洗后的磁体放入pvd炉中，抽真空至1.5
×
10-3
pa，炉内开加热并使用离子清洗，然后在两侧待焊面pvd沉积总厚度15μm的ag72cu28(重量比)钎料层。
41.将沉积钎料层的钕铁硼基体对接到玻璃管中，然后在保护气体作用下用感应线圈加热20s，然后通过管内的保护气流将试样冷却到室温。获得的钎缝组织如图5所示，可见钎缝附近出现了疏松区，测得的钎焊接头弯曲强度为65.75mpa，磁性能矫顽力为14.0koe，说明钎料层过厚、加热时间过长会导致结合强度下降。
42.实施例3
43.准备钕铁硼磁体，先用稀硝酸或丙酮对基底进行酸洗以去除表面氧化物，然后在无水乙醇中清洗若干分钟，并用冷风吹干。酸洗后的磁体放入pvd炉中，抽真空至1.5
×
10-3
pa，炉内开加热并使用离子清洗，然后在两侧待焊面pvd沉积总厚度15μm的ag35cu15zn15cd20sn8in7合金(重量比)钎料层。
44.将沉积钎料层的钕铁硼对接到玻璃管中，然后在保护气体作用下用感应线圈加热16s，然后通过管内的保护气流将试样冷却到室温。最后将焊件放入真空炉中进行500℃、2小时的退火处理即制得本实施例的钕铁硼钎焊工件，获得的钎缝组织如图6所示，测得钎焊接头弯曲强度为188.22mpa，磁性能矫顽力为14.3koe。
45.实施例4
46.准备钕铁硼磁体，先用稀硝酸或丙酮对基底进行酸洗以去除表面氧化物，然后在无水乙醇中清洗若干分钟，并用冷风吹干。酸洗后的磁体放入pvd炉中，抽真空至1.5
×
10-3
pa，炉内开加热并使用离子清洗，然后在两侧待焊面pvd沉积总厚度8μm的ag60cu15cd15sn10(重量比)钎料层。
47.将沉积钎料层的钕铁硼对接到玻璃管中，然后在保护气体作用下用感应线圈加热15s，然后通过管内的保护气流将试样冷却到室温。最后将焊件放入真空炉中进行500℃、2小时的退火处理即制得本实施例的钕铁硼钎焊工件，测得弯曲强度为220.34mpa，磁性能矫顽力为14.2koe。
48.实施例5
49.准备钕铁硼磁体，先用稀硝酸或丙酮对基底进行酸洗以去除表面氧化物，然后在无水乙醇中清洗若干分钟，并用冷风吹干。酸洗后的磁体放入pvd炉中，抽真空至1.5
×
10-3
pa，炉内开加热并使用离子清洗，然后两侧待焊面pvd沉积总厚度15μm的ag50cu20zn10cd10sn10(重量比)钎料层。
50.将沉积钎料层的钕铁硼对接到玻璃管中，然后在保护气体作用下用感应线圈加热14s，然后通过管内的保护气流将试样冷却到室温。最后将焊件放入真空炉中进行500℃、2小时的退火处理即制得本实施例的钕铁硼钎焊工件，测得弯曲强度为198.48mpa，磁性能矫顽力为14.1koe。
51.实施例6
52.准备钕铁硼磁体，先用稀硝酸或丙酮对基底进行酸洗以去除表面氧化物，然后在无水乙醇中清洗若干分钟，并用冷风吹干。酸洗后的磁体放入pvd炉中，抽真空至1.5
×
10-3
pa，炉内开加热并使用离子清洗，然后在两侧待焊面pvd沉积总厚度12μm的ag25cu25zn10cd20sn10in10(重量比)钎料层。
53.将沉积钎料层的钕铁硼对接到玻璃管中，然后在保护气体作用下用感应线圈加热12s，然后通过管内的保护气流将试样冷却到室温。最后将焊件放入真空炉中进行500℃、2小时的退火处理即制得本实施例的钕铁硼钎焊工件，测得弯曲强度为188.24mpa，磁性能矫顽力为14.2koe。
54.实施例7
55.准备钕铁硼磁体，先用稀硝酸或丙酮对基底进行酸洗以去除表面氧化物，然后在无水乙醇中清洗若干分钟，并用冷风吹干。酸洗后的磁体放入pvd炉中，抽真空至1.5
×
10-3
pa，炉内开加热并使用离子清洗，然后在两侧待焊面pvd沉积总厚度10μm的ag30cu20cd20sn10in20(重量比)钎料层。
56.将沉积钎料层的钕铁硼对接到玻璃管中，然后在保护气体作用下用感应线圈加热12s，然后通过管内的保护气流将试样冷却到室温。最后将焊件放入真空炉中进行550℃、2小时的退火处理即制得本实施例的钕铁硼钎焊工件，测得弯曲强度为196.32mpa，磁性能矫顽力为14.1koe。
57.实施例8
58.准备烧结钐钴磁体，先用稀硝酸或丙酮对基底进行酸洗以去除表面氧化物，然后在无水乙醇中清洗若干分钟，并用冷风吹干。酸洗后的磁体放入pvd炉中，抽真空至1.5
×
10-3
pa，炉内开加热并使用离子清洗，然后在两侧待焊面pvd沉积总厚度10μm的ag55cu25zn15sn5合金(重量比)钎料层。
59.将沉积钎料层的钐钴对接到玻璃管中，然后在保护气体作用下用感应线圈加热12s，然后通过管内的保护气流将试样冷却到室温，即制得本实施例的钐钴磁体钎焊工件，其界面形貌如图7所示，测得弯曲强度为208.14mpa，磁性能矫顽力为14.2koe。
60.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书内容所做的等效替换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

技术特征：

1.一种稀土永磁体的钎焊方法，包括：步骤1，基体处理：酸洗去除稀土永磁体表面氧化膜；步骤2，沉积钎料层：将稀土永磁体放入物理气相沉积炉中离子清洗，然后在其待焊面pvd沉积ag基钎料层；步骤3，气保护感应钎焊：将沉积ag基钎料层的磁体待焊面对接，然后在气体保护或真空环境下感应加热至钎料熔化，保持一定时间后在气体保护或真空条件下冷却到室温，完成稀土永磁体的拼接。2.根据权利要求1所述的稀土永磁体的钎焊方法，其特征在于，步骤1中，所述的稀土永磁体的材料为烧结钕铁硼、热压成型钕铁硼或烧结钐钴。3.根据权利要求1所述的稀土永磁体的钎焊方法，其特征在于，步骤2中，所述的ag基钎料层的钎料为ag-cu合金、ag-cu-sn合金、ag-cu-zn-cd合金、ag-cu-zn-sn合金、ag-cu-zn-cd-sn合金或ag-cu-zn-sn-in合金。4.根据权利要求1或3所述的稀土永磁体的钎焊方法，其特征在于，所述ag基钎料层中，ag为质量百分比的20-80％。5.根据权利要求1所述的稀土永磁体的钎焊方法，其特征在于，步骤2中，所述的ag基钎料层在两个待焊面沉积的总厚度为5-20μm。6.根据权利要求1所述的稀土永磁体的钎焊方法，其特征在于，步骤3中，在气体保护或真空环境下感应加热至钎料熔化的总加热时间10-20秒。7.根据权利要求1或6所述的稀土永磁体的钎焊方法，其特征在于，步骤3中，感应加热峰值温度高于钎料液相线20℃以上。8.根据权利要求1所述的稀土永磁体的钎焊方法，其特征在于，当稀土永磁体为钕铁硼磁体时，步骤3完成稀土永磁体的拼接后，针对钕铁硼磁体进行退火处理。9.根据权利要求8所述的稀土永磁体的钎焊方法，其特征在于，所述的退火条件为：退火温度为450-550℃，时间大于0.5h。

技术总结

本发明公开了一种稀土永磁体的钎焊方法，包括：步骤1，基体处理：酸洗去除稀土永磁体表面氧化膜；步骤2，沉积钎料层：将稀土永磁体放入物理气相沉积炉中离子清洗，然后在其待焊面PVD沉积Ag基钎料层；步骤3，气保护感应钎焊：将沉积Ag基钎料层的磁体待焊面对接，然后在气体保护或真空环境下感应加热至钎料熔化，保持一定时间后在气体保护或真空条件下冷却到室温，完成稀土永磁体的拼接。本发明方法在稀土永磁体表面沉积钎料层抑制其表面氧化，同时通过精确控制钎料层厚度和界面反应时间抑制开裂，实现稀土永磁体的高强度连接。现稀土永磁体的高强度连接。现稀土永磁体的高强度连接。