專利名稱：電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片及制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于稀土永磁材料技術領域,特別是涉及一種電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片及制備方法。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，人們利用快速凝固鑄片(簡稱速凝薄片)作為母合金，通過后續(xù)的磨粉、磁場取向成型、燒結等工藝制備高性能永磁材料，主要目的是提高鐵磁性相在Nd2Fe14B磁體中的體積分數(shù)，使合金中的Nd的含量接近當量成分(27wt%)，同時，阻止a -Fe的析出，改善母合金帶的質量。在現(xiàn)有技術制備出的Nd-Fe-B永磁速凝合金薄片的織構度較低。通常定義，許多晶粒取向集中分布在某一或某些取向位置附近時稱為擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向的多晶體取向結構稱為織構(Preferred Orientation Distribution)?，F(xiàn)有速凝工藝，由于要求控制澆鑄鋼液的溫度漂移在較窄范圍，而實際操作中難以控制，致使速凝薄片邊緣與中部厚薄不均，成分與結構不均勻，主相成分仍有可能偏離化學計量比，難以得到表面光滑、平整、成分均勻的速凝薄片，現(xiàn)有技術制備的速凝薄片，不能直接用于生產(chǎn)高性能燒結稀土永磁體的單疇磁粉。早在20世紀50年代，法國就開始對電磁場中的凝固現(xiàn)象進行了研究，并把電磁凝固技術應用在板材的連鑄中，以圖實現(xiàn)高速連鑄，無缺陷連鑄。目前，各國都注重發(fā)展電磁技術的應用研究，主要集中在各種有色金屬合金制造中，如鋁合金、低熔點的Pb-Sn合金、Fe-C合金及一些復合材料等方面。電磁鑄造分電磁模鑄、電磁無模鑄造和電磁連鑄等.基本是通過電磁力對熔融金屬液起抑制或攪拌作用。能細化晶粒.抑制枝狀晶的生長。通過控制晶粒的大小和元素的分布達到改善材料性能的目的。但在以往的研究中，還沒有將電磁凝固技術用于Nd-Fe-B永磁速凝薄片制備方面的報道，特別是像本發(fā)明這樣的成分，以及在速凝輥的兩側施加電磁場(見圖1、2)，通過調整電磁場的屬性(直流或交流)和頻率，對Nd-Fe-B永磁速凝薄片進行電磁力處理。本發(fā)明給出的發(fā)明給出的電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片及制備技術，保證了高熔點、活潑金屬的無污染熔煉，明顯的減少了縮孔、夾雜等材料晶格缺陷，容易得到宏觀上表面光滑、平整，微觀上晶粒細小、組織致密、成分與結構均勻的速凝薄片。不同的電磁場產(chǎn)生的電磁力大小、形狀、方向都不同，對凝固組織的影響也不同。直流磁場產(chǎn)生的直流磁束既可抑制液態(tài)金屬中的自然對流，也可抑制固液界面處的晶核生長，從而有利于形成柱狀晶組織，為發(fā)展單晶體提供了有利條件。在低頻交流磁場作用于熔融金屬時，則產(chǎn)生定時改變方向和大小的體積力。該力可對正在凝固中的熔融金屬實施攪拌，使凝固界面產(chǎn)生結晶的熔解、枝晶的折斷與脫開，同時使結晶核移動呈活潑狀態(tài)，并促使結晶組織等軸晶化。但如在感應圈中通入高頻電流、并使液固界面始終處在反應圈中強磁場的位置，都會使液固界面沿垂直于輥面方向的溫度梯度增大，從而增大了獲得柱狀晶的可能性。另一方面，速凝薄 片實際上是在自由表面上結晶，在電磁場的作用下，由于明顯的減少了縮孔、夾雜等材料晶格缺陷，難以形成晶核，如提高合金純度或增大垂直于輥面方向的溫度梯度都會增大獲得縱向柱狀晶的生長傾向。利用本發(fā)明給出的電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片及制備技術，可以制備高質量速凝薄片，用于生產(chǎn)綜合磁性能H?！?kOe) + (BH) max (MGOe) >70的磁體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片及制備方法，得到可以直接使用的高性能永磁原料。本發(fā)明的電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片的合金成分化學式為(Nd, R輕，R重)2 (Fe，TM) 14B，其中，輕稀土 R輕為Ce、La或Pr， R輕的含量占總稀土含量的10%_40%，(重量％，以下同)；重稀土 Rm為Dy或Tb ;TM為Co、Ga、Cu、Al或Nb。化學式中各成分的重量百分含量為Nd 13-27% ；Rg 10-40% ；Rm 2-9% ；Fe 57-68% ；B 1-1. 2% ;另外還包括其他微量元素 TM Co 3-10%, Ga 0-1%; Cu 0. 5-2%; Al 0. 3-1. 5% ；Nb 0. 1-0. 6% ;其中，所述輕稀土 Rk為Ce、La、Pr的組合，至少包括Ce 0-35%或La 0-20%,Pr 0-15% ;所述重稀土 1 為Dy、Tb的組合，至少包括Dy 0-9%或Tb 0-6% 本發(fā)明的制備方法包括如下工藝步驟(I)按化學式0(1，1 輕，1 重)2$6，丁1)148各成分的重量百分含量配制原料，將配制好原料裝進坩堝，抽真空至(1-5) X10_4Pa，送中頻電流使其完全熔化，且合金液溫度上升至1400-1600°C時，待合金液成分混合均勻。其中，輕稀土 Rk= Ce, La ,Pr, R輕的含量占總稀土含量的10%_40%，(重量％，以下同)；重稀土 R*=Dy、Tb。TM= Co、Ga、Cu、Al、Nb?；瘜W式中各成分的重量百分含量為Nd 13-27% ；Rg 10-40% ；Rm 2-9% ；Fe57-68% ；B 1-1. 2%;另外還包括其他微量元素 TM :Co 3-10%, Ga 0-1%; Cu 0. 5-2%; Al
0.3-1. 5% ；Nb 0. 1-0. 6% ;其中，所述輕稀土 Rg為Ce、La、Pr的組合，至少包括Ce 0-35%或La 0-20%、Pr 0-15% ;所述重稀土 1 為Dy、Tb的組合，至少包括Dy 0-9%或Tb 0-6% (2)開啟導流槽和冷卻輥表面上方的電磁場控制系統(tǒng)，產(chǎn)生磁場的線圈平面平行與輥面，使磁場垂直于輥面；采用頻率范圍在1500-12000HZ之間的交變磁場，磁場可調范圍在0. 1-0. 5T之間。也可用耐高溫釤鈷磁體做成磁輥，以提供垂直于輥面的磁場。線圈與輥之間有耐火材料相隔，避免導線與速凝鱗片接觸或由于過熱導致導線熔化(見圖1、2)。(3)控制輥的表面初始溫度保持在100-500°C范圍恒定；控制輥速在lm-12m/s。(4)讓合金液從導流槽流到冷卻輥表面上。Nd-Fe-B永磁速凝鱗片在強冷及電磁力的作用下在輥面上約束成型，輥旋轉拉伸速凝薄片，并將其送入轉動的水冷儲料罐中，得到厚度在0. 10-0. 45mm，織構度較高的速凝片。速凝薄片自由面XRD譜顯示(006)、(004)、(008)晶面的衍射峰最強，速凝薄片織構的形成方向與柱狀晶的〈00L〉方向平行。通過控制輥速和直流(或交流)磁場大小調整Nd-Fe-B永磁速凝鱗片微觀組織與性能，由此可得到厚度在0. 10-0. 45mm，織構度較高的速凝片。然后將速凝鱗片制備成磁體。作為制備磁能積在50MG0e以上的聞性能稀土永磁材料的母合金帶使用，它解決了常規(guī)母合金定成分偏析的問題。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在特定的成分、速凝工藝參數(shù)和速凝輥的材質配合下，可以得到結構優(yōu)異的速凝薄片，即C軸的排列垂直于輥面的取向性的速凝薄片。因此，本發(fā)明一種Nd-Fe-B永磁速凝薄片及電磁凝固制備方法的關鍵為A. —種Nd-Fe-B永磁速凝薄片的合金成份、B. Nd-Fe-B永磁速凝薄片的電磁凝固技術方法。C.這種可直接使用的、結構均勻的速凝薄片，其自由面的XRD譜顯示(OOL)晶面的衍射峰最強。本發(fā)明的優(yōu)點積極效果本發(fā)明給出的一種Nd-Fe-B永磁速凝薄片及電磁凝固制備方法，主要合金元素的作用為提供一種制備低釹、低重稀土高性能釹鐵硼永磁體母合金帶的成分配方。采用常規(guī)工藝，Nd-Fe-B永磁速凝薄片有明顯的分布不均勻，即貼輥面有多處的非晶、納米晶區(qū)，柱狀晶區(qū)分布混亂，很少貫穿橫截面，并且織構度低。采用本發(fā)明方法，在選直流磁場或特定的頻率下，速凝薄片的整個斷面都貫穿著均勻柱狀晶，織構度明顯提高(見圖3)。


圖I為電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片及制備技術原理示意圖。圖2為電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片及制備技術原理正面示意圖。圖3為本發(fā)明實施例Nd-Fe-B永磁速凝薄片的自由面X衍射圖譜。
具體實施例方式本發(fā)明一種電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片及制備技術,包括如下工藝步驟I)可熔煉多種成分配比的(Nd, Rk, R重)2 (Fe, T) 14B合金,見表I列出了可供選擇的10種成分。將選定原料裝進坩堝，抽真空至3X10_4Pa，送中頻電流使合金液溫度上升至1450°C時，待合金液成分混合均勻。2)開啟電磁場控制系統(tǒng)，調整輥速，相關技術參數(shù)見表2。在表2中，頻率為零對應著使用耐高溫釤鈷永磁輥，頻率不為零對應著使用其它常規(guī)輥。將合金液以一定的流速倒入導流槽，讓合金液以一定的流速和流量從導流槽流到冷卻輥表面上。輥旋轉拉伸速凝薄片并將其送入轉動的水冷儲料罐中，由此可得到織構度較高的速凝片。速凝薄片自由面XRD譜顯示(006)、(004)、(008)晶面的衍射峰最強，速凝薄片織構的形成方向與柱狀晶的(OOL)方向平行(見圖3)。選擇本發(fā)明實施例表I中給出的10個成分，按上述工藝制備速凝薄片，然后制備磁體，燒結溫度和時間見表2，快冷后，在900°C回火2小時，然后再在500°C回火2小時，最后得到的磁體性能見表3。表I為本發(fā)明實施例一種電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片初始化學成分；表2為本發(fā)明實施例電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片制備技術工藝。表3為本發(fā)明實施例電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片制備磁體的磁性能。表I:本發(fā)明實施例的電磁凝固Nd-Fe-B永磁凝片初始化學成分(wt%)權利要求
1.一種電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片,其特征在于,該永磁速凝片的合金成分化學式為(Nd，RK，RJ2 (Fe，TM) 14B，其中，輕稀土 Rk為Ce、La或Pr，Rk的含量占總稀土含量的10%-40%，重稀土 R重為 Dy 或 Tb ；TM 為 Co、Ga、Cu、Al 或 Nb ; 化學式中各成分的重量百分含量為Nd 13-27% ；Rg 10-40% ；Rm 2-9% ；Fe 57-68% ；B 1-1. 2% ;另外還包括微量元素 TM Co 3-10%, Ga :0-1%;，Cu :0. 5-2%, Al :0. 3-1. 5%, Nb 0.1-0. 6% ;其中，所述輕稀土 Rk為Ce、La、Pr的組合，至少包括Ce 0-35%或La 0-20%, Pr0-15%;所述重稀土 1 為Dy、Tb的組合，至少包括Dy 0-9%或Tb 0-6%
2.—種權利要求I所述電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片的制備方法，其特征在于，速凝過程是在交變磁場或靜磁場中進行，工藝步驟如下 (1)按化學式(Nd，Rg，R重)2(Fe, TM) 14B各成分的重量百分含量配制原料，將配制好原料裝進坩堝，抽真空至(1-5) X 10_4Pa，送中頻電流使其完全熔化，且合金液溫度上升至1400-1600°C時，待合金液成分混合均勻； 其中，輕稀土 Rk= Ce、La , Pr, R輕的含量占總稀土含量的10%_40%，(重量％，以下同)；重稀土 R*=Dy、Tb。TM= Co、Ga、Cu、Al、Nb ; 化學式中各成分的重量百分含量為Nd 13-27% ；Rg 10-40% ；Rm 2-9% ；Fe 57-68% ；B1-1.2% ;另外還包括其他微量元素TM Co 3-10%, Ga :0_1%，Cu :0. 5-2%, Al :0. 3-1. 5%, Nb 0.1-0. 6% ;其中，所述輕稀土 Rk為Ce、La、Pr的組合，至少包括Ce 0-35%或La 0-20%, Pr0-15% ;所述重稀土 1 為Dy、Tb的組合，至少包括Dy 0-9%或Tb 0-6% ； (2)開啟導流槽和冷卻輥表面上方的電磁場控制系統(tǒng)，產(chǎn)生磁場的線圈平面平行與輥面，使磁場垂直于輥面；采用頻率范圍在1500-12000HZ之間的交變磁場，磁場強度在0.1-0. 5T之間；或者用耐高溫釤鈷磁體做成磁輥，以提供垂直于輥面的磁場； (3)控制輥的表面初始溫度在100-500°C范圍恒定；控制輥速在lm-12m/s； (4)讓合金液從導流槽流到冷卻輥表面上，Nd-Fe-B永磁速凝鱗片在強冷及電磁力的作用下在輥面上約束成型，輥旋轉拉伸速凝薄片，并將其送入轉動的水冷儲料罐中，得到厚度在0. 10-0. 45mm，織構度較高的速凝片。
全文摘要
一種電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片及制備方法，屬于稀土永磁材料技術領域。電磁凝固Nd-Fe-B永磁速凝片的合金成分化學式為(Nd，R輕,R重)2(Fe,TM)14B，化學式中各成分的重量百分含量為Nd 13-27%；R輕10-40%；R重 2-9%；Fe 57-68%；B 1-1.2%；另外還包括其他微量元素TM為 Co 3-10%，Ga≤0-1%; Cu≤0.5-2%; Al≤0.3-1.5%；Nb≤0.1-0.6%。輕稀土 R輕為Ce 0-35%或La 0-20%、Pr 0-15%；重稀土R重為Dy 0-9% 或Tb 0-6%。速凝過程是在交變磁場或靜磁場中進行，磁場強度在0.1-0.5T之間且垂直于輥面；交變磁場的頻率范圍在1500-12000Hz之間；靜場磁場由釤鈷磁輥提供。優(yōu)點在于，速凝薄片的成分均勻，且整個斷面都被柱狀晶貫穿，織構度明顯提高。
文檔編號B22D27/02GK102699294SQ20121019305
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權日2012年6月12日
發(fā)明者馮海波, 孫亞超, 孫威, 朱明剛, 李衛(wèi), 李安華, 李巖峰, 汪旭超, 黃書林 申請人:鋼鐵研究總院