專利名稱：稀土永磁合金材料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁材料，尤其是一種稀土永磁合金材料及其制備工藝。
背景技術(shù)：
釹鐵硼具有極高的磁能積和矯頑力，自釹鐵硼材料問世以來，由于其優(yōu)異的磁性能被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)。引起磁性能變化的主要原因是溫度、機(jī)械振動及由于環(huán)境因素造成磁體氧化腐蝕等。由于釹鐵硼磁性材料的居里溫度只有310°，隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，對材料的使用溫度要求也越來越高，對釹鐵硼材料的耐高溫性也提出了更高的要求。 目前提高釹鐵硼材料溫度穩(wěn)定性的方法是通過向合金中添加Co、Zr、Zb、Tb、DV、Ga、Mo等元素提高磁體的耐高溫性能。其中Co的加入可以有效提高磁體的居里溫度，提高了磁體的耐高溫性能，但是部分Co進(jìn)入晶界后形成軟磁相，降低了矯頑力和最大磁能積，又由于Co的資源稀缺和價(jià)格昂貴，沒能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。提高溫度穩(wěn)定性的另一重要途徑是提高磁性材料的矯頑力，矯頑力主要和磁體顯微組織的結(jié)構(gòu)有關(guān)，理想的顯微組織結(jié)構(gòu)模型是主相是Nd2Fe14B相，主相晶粒均勻、細(xì)小且成規(guī)則的球形，主相晶粒周圍被厚度均勻的晶界相包圍。目前提高矯頑力的主要方法就是向合金中添加鋱或鏑等重稀土元素，Tb或Dy的加入部分取代了 Nd2Fe14B主相中的Nd，形成了 Tb2Fe14B或Dy2Fe14B,由于Tb2Fe14B和Dy2Fe14B的磁晶各向異性場高于Nd2Fe14B的磁晶各項(xiàng)異性場，因此Tb或Dy的加入提高了主相的各向異性場，因此提高了矯頑力。但是由于 Tb、Dy等重稀土元素價(jià)格昂貴，因此迫切需要一種高矯頑力、高工作溫度、低的重稀土使用量，低成本生產(chǎn)釹鐵硼永磁材料的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種高矯頑力、低重稀土使用量的永磁合金材料及其制備工藝，本發(fā)明所米用的技術(shù)方案為一種稀土永磁合金材料，由S和T兩種合金混合燒結(jié)而成，其中S合金的化學(xué)式為:RaFebBcMld，其中R為La、Ce、Pr、Nd、Gd、Ho、Tb、Dy或Y稀土元素中的兩種或幾種#的總含量a:28.5 32wt%;Fe的含量b :62 70. 5wt%;B的含量 c :0. 9 I. 2wt% ；M1為Al、Cu、Zr、Co、Ga、Mo、V、Zn或Nb元素中的一種或幾種，總含量為 d ;其中Al的含量0 I. 5wt%, Cu的含量0 O. 5wt%, Co的含量0 5wt%，Zr、Ga、 Mo、V、Zn及Nb的含量均為0 O. 6wt% ；T 合金的化學(xué)式為RxFeyBzM2u，其中 R 包括 La、Ce、Pr、Nd、Gd、Ho、Tb、Dy 或 Y 稀土元素中的兩種或幾種；R的含量X 35 65wt% ；Fe的含量y :34 64wt% ；B的含量z
O.5 I. 2wt% ；M2為Al、Cu、Zr、Co、Ga、Mo、V、Zn或Nb元素中的一種或幾種，總含量為u ； 其中Al的含量0 2wt%，Cu的含量0 O. 5wt%,Co的含量0 5wt%，Zr、Ga、Mo、V、 Zn及Nb的含量均為0 O. 6wt% ；所述的S合金與T合金中的各部分元素的含量百分比總和為百分之百。
本發(fā)明所述的T合金的M2中含有的元素與S合金的Ml中含有的元素不完全重復(fù)。 所述的兩種合金中的元素B可以部分被C取代。本發(fā)明所述的合金材料的主相晶粒由2:14:1四方相結(jié)構(gòu)組成，合金材料的邊界相中按重量百分比含有比主相中更少的Fe、更多的R以及更多的至少一種M2元素。邊界相中的R中的Ho或Dy或Tb或Ho、Dy、Tb的兩種或三種元素組合的含量比主相晶粒中相應(yīng)元素的含量至少高10%。主相晶粒中不同的R不是均勻分布的，在晶粒的中心區(qū)域含有更多的R1，在晶粒的邊緣含有更多的R2 ;其中Rl代表一種或一種以上的R，由其組成的2:14:1 合金相具有相對較低的磁晶各向異性場；R2代表一種或一種以上的與Rl不同的R，由其組成的2:14:1合金相具有相對較高的磁晶各向異性場。合金材料的密度為7.4-7.7克/立方厘米。所述的主相晶粒的平均粒徑為4微米-15微米。晶界相中含有兩種以上的R，且不同的R在晶界相中是不均勻分布的。所述的氧含量在800-3000ppm。所述的合金材料的磁能積與內(nèi)秉矯頑力之和大于45,其中磁能積以MGOe為單位，內(nèi)秉矯頑力以KOe為單位。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種稀土永磁合金材料的制備工藝，包括以下步驟I)配料分別按照S合金和T合金各自的成分比例進(jìn)行稱重配料，必要時(shí)可通過物理方法去除原材料表面的氧化物與雜質(zhì)；2)合金熔煉將配好的兩種合金分別在真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉，采用速凝工藝或甩帶工藝制得速凝片，速凝片的平均厚度為O. 15 O. 5mm ;也可以采用鑄錠工藝制備成 l-15cm厚的鑄錠；其中T合金還可以采用快淬工藝制備成微晶/非晶帶。3)制粉將兩種合金的速凝片或微晶/非晶帶在氫破爐中破碎制得粗粉；如果合金是鑄錠，應(yīng)使用機(jī)械式破碎法進(jìn)行粗破；然后分別用氣流磨制得細(xì)粉，細(xì)粉的粒度為
2.O 5. O μ m ;4)混粉將兩種合金粉末按比例混合均勻，S合金與T合金混合比例為80 98wt% 20 2wt% ;混合比例的總和為百分之百；5)成型將均勻混合后的粉末放在模具中在磁場壓機(jī)中進(jìn)行磁場取向壓制成型， 然后以150 400MPa的壓強(qiáng)進(jìn)行等靜壓；6)燒結(jié)燒結(jié)溫度為1030 1200°C，燒結(jié)時(shí)間2 8小時(shí)；燒結(jié)可以在真空下進(jìn)行，也可以在氬氣等惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行；7)回火處理經(jīng)過兩級回火處理，第一級回火處理溫度為850 920°C，時(shí)間為 I 6小時(shí)；第二級回火處理溫度為400 650°C，時(shí)間為1-6小時(shí)。具體的說，本發(fā)明所述的步驟4)中兩種合金的混合，可以是在氫破之前對速凝片或粗破后的鑄錠或快淬帶)進(jìn)行，也可以是在氫破之后對兩種合金的粗粉進(jìn)行，還可以是在氣流磨后對兩種合金的細(xì)粉進(jìn)行。進(jìn)一步的說，本發(fā)明所述的步驟3)中使用氣流磨制備細(xì)粉之前，粗粉中加入少量的抗氧化劑和/或潤滑劑。在氣流磨制備細(xì)粉過程中，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中摻入 20-80ppm的氧氣，使氣流磨后的細(xì)粉得到一定程度的鈍化。本發(fā)明所述的步驟5)中粉末的磁場取向成型過程，是在氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w保護(hù)下進(jìn)行的。本發(fā)明所述的步驟7)中回火處理也可以是單級回火處理回火處理溫度為400 650°C，時(shí)間為1-6小時(shí)。本發(fā)明的有益效果是可以提高磁體的矯頑力、提高磁體的耐高溫特性，使用較少的Tb、Dy等重稀土，可以更好的節(jié)約成本，提高產(chǎn)品的競爭力。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I選取S和T兩種合金，其中S合金的化學(xué)式為RaFebBeMld，其中R為Pr、Nd和Gd三種稀土元素的混合物；R的含量a 28. 9wt% ；Fe的含量b :69. 6wt% ；B的含量c :1. 0wt% ; Ml 為 Cu，含量0. 5wt% ；T合金的化學(xué)式為RxFeyBzM2u，其中R為NcUTb和Dy三種稀土元素的混合物；R的含量 X 35wt% ；Fe 的含量 Y 64wt% ；B 的含量 z :0. 5wt% ；M2 為 Cu 與 Al，含量0. 5wt% ；所述的S合金與T合金中的各部分元素的含量百分比總和為百分之百。制備工藝如下I)配料分別按照S合金和T合金各自的成分比例進(jìn)行稱重配料，如上所述，必要時(shí)可通過物理方法去除原材料表面的氧化物與雜質(zhì)；2)合金熔煉將配好的兩種合金分別在真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉，采用速凝工藝制得速凝片，速凝片的平均厚度為O. 25mm ；3)制粉將兩種合金的速凝片在氫破爐中破碎制得粗粉；然后分別用氣流磨制得細(xì)粉，細(xì)粉的粒度為4. Oym;4)混粉將兩種合金粉末按比例混合均勻，S合金與T合金混合比例為 80wt% 20wt% ;混合比例的總和為百分之百；5)成型將均勻混合后的粉末放在模具中在磁場壓機(jī)中進(jìn)行磁場取向壓制成型， 然后以150MPa的壓強(qiáng)進(jìn)行等靜壓；6)燒結(jié)燒結(jié)溫度為1030°C，燒結(jié)時(shí)間2小時(shí)；燒結(jié)在真空下進(jìn)行；7)回火處理經(jīng)過兩級回火處理，第一級回火處理溫度為900°C，時(shí)間為I小時(shí)； 第二級回火處理溫度為400°C，時(shí)間為I小時(shí)。實(shí)施例2選取S和T兩種合金，其中S合金的化學(xué)式為AaFebBcMld,其中R為La、Ce、Nd、和 Ho四種稀土元素的混合物；R的含量a 32wt% ；Fe的含量b :62wt% ；B的含量c :1. 2wt% ; Ml為Co、Ga和Mo三種元素的混合物，其中；Co的含量3. 6wt%, Ga及Mo的含量均為
O.6wt % ；T合金的化學(xué)式為RxFeyBzM2u，其中R為Pr、Nd和Dy三種稀土元素的物；R的含量 X 65wt% ；Fe 的含量 Y 34wt% ；B 的含量 z 0. 5wt% ；M2 為 Zr,含量0. 5wt% ；所述的S合金與T合金中的各部分元素的含量百分比總和為百分之百。制備工藝如下I)配料分別按照S合金和T合金各自的成分比例進(jìn)行稱重配料，必要時(shí)可通過物理方法去除原材料表面的氧化物與雜質(zhì)；2)合金熔煉將配好的兩種合金分別在真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉，采用速凝工藝制得速凝片，速凝片的平均厚度為O. 5mm ；
3)制粉將兩種合金的速凝片在氫破爐中破碎制得粗粉；然后分別用氣流磨制得細(xì)粉，細(xì)粉的粒度為5. Oym;4)混粉將兩種合金粉末按比例混合均勻，S合金與T合金混合比例為 98wt% 2wt% ;混合比例的總和為百分之百；5)成型將均勻混合后的粉末放在模具中在磁場壓機(jī)中進(jìn)行磁場取向壓制成型， 然后以400MPa的壓強(qiáng)進(jìn)行等靜壓；6)燒結(jié)燒結(jié)溫度為1200°C，燒結(jié)時(shí)間8小時(shí)；燒結(jié)可以在真空下進(jìn)行，也可以在氬氣等惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行；7)回火處理經(jīng)過兩級回火處理，第一級回火處理溫度為920°C，時(shí)間為6小時(shí)； 第二級回火處理溫度為650°C，時(shí)間為6小時(shí)。本發(fā)明是通過兩種合金混合制得的一種具有高矯頑力，耐高溫的磁體，其中合金S 的主要作用是作為晶粒Nd2Fe14B相的生長基礎(chǔ)，提高主相在磁體中的比例，提高磁體的磁能積。合金T的主要作用，其中的合金成分部分生成R2Fe14B相；部分生長成晶界相，包裹在主相晶粒的周圍。合金T中的重稀土含量比較高，在圍繞主相的生長過程中，更多的重稀土 R2Fe14B相生長在晶粒的表面，由于Tb2Fe14B和Dy2Fe14B的磁晶各向異性場高于Nd2Fe14B 的磁晶各項(xiàng)異性場，可以提聞磁體的矯頑力，又由于R2Fe14B相生長在Nd2Fe14B相晶粒的表面可以抑制反磁化核的擴(kuò)展，因此能夠更好的提高矯頑力。合金T中的Fe較少，α-Fe相更少，可以有效的抑制磁體中α -Fe的產(chǎn)生，合金S中存在的α -Fe在燒結(jié)過程中可以與合金 T中的合金成分共同生長成外圍的R2Fe14B,因此可以更好的降低磁體中軟磁相的比例，可以更好的提高磁體的性能。以上說明書中描述的只是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，各種舉例說明不對本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的具體實(shí)施方式
做修改或變形，而不背離發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種稀土永磁合金材料，其特征在于由S和T兩種合金混合后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，其中S合金的化學(xué)式為RaFebBeMld，其中R為La、Ce、Pr、Nd、Gd、Ho、Tb、Dy或Y稀土元素中的兩種或幾種洱的總含量a:28.5 32wt%;Fe的含量b :62 70. 5wt%;B的含量c :0· 9 I.2wt% ；M1為Al、Cu、Zr、Co、Ga、Mo、V、Zn或Nb元素中的一種或幾種，總含量為d ;其中Al 的含量0 I. 5wt%, Cu 的含量0 O. 5wt%, Co 的含量0 5wt%，Zr、Ga、Mo、V、Zn 及 Nb的含量均為0 O. 6wt% ；T合金的化學(xué)式為RxFeyBzM2u，其中R包括La、Ce、Pr、Nd、Gd、Ho、Tb、Dy或Y稀土元素中的兩種或幾種；R的總含量X 35 65wt%;Fe的含量y 34 64wt%;B的含量z :0. 5 I.2wt% ；M2為Al、Cu、Zr、Co、Ga、Mo、V、Zn或Nb元素中的一種或幾種，總含量為u ;其中Al 的含量0 2wt%，Cu 的含量0 O. 5wt%,Co 的含量0 5wt%，Zr、Ga、Mo、V、Zn 及 Nb 的含量均為0 O. 6wt% ；所述的S合金與T合金中的各部分元素的含量百分比總和為百分之百。
2.如權(quán)利要求I所述的稀土永磁合金材料，其特征在于所述的合金材料的主相晶粒由2:14:1四方相結(jié)構(gòu)組成，合金材料的邊界相中按重量百分比含有比主相中更少的Fe、更多的R ;且邊界相中的R中的Ho或Dy或Tb或Ho、Dy、Tb的兩種或三種元素組合的含量比主相晶粒中相應(yīng)元素的含量至少高10%。
3.如權(quán)利要求2所述的稀土永磁合金材料，其特征在于所述的主相晶粒中不同的R 不是均勻分布的，在晶粒的中心區(qū)域含有更多的R1，在晶粒的邊緣含有更多的R2 ;其中Rl 代表一種或一種以上的R，由其組成的2:14:1合金相具有相對較低的磁晶各向異性場；R2 代表一種或一種以上的與Rl不同的R，由其組成的2:14:1合金相具有相對較高的磁晶各向異性場。
4.如權(quán)利要求2所述的稀土永磁合金材料，其特征在于所述的晶界相中含有兩種以上的R，且不同的R在晶界相中是不均勻分布的。
5.如權(quán)利要求2所述的稀土永磁合金材料，其特征在于所述的合金材料的密度為 ·7.4-7. 7克/立方厘米；所述合金材料中含有800-3000ppm的氧含量；所述的主相晶粒的平均粒徑為4微米-15微米。所述的合金材料的磁能積與內(nèi)秉矯頑力之和大于45，其中磁能積以MGOe為單位，內(nèi)秉矯頑力以KOe為單位。
6.一種稀土永磁合金材料的制備工藝，其特征在于包括以下步驟1)配料分別按照S合金和T合金各自的成分比例進(jìn)行稱重配料，必要時(shí)可通過物理方法去除原材料表面的氧化物與雜質(zhì)；2)合金熔煉將配好的兩種合金分別在真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉，采用速凝工藝或甩帶工藝制得速凝片，速凝片的平均厚度為O. 15 O. 5mm ;也可以采用鑄錠工藝制備成l_15cm 厚的鑄錠；其中T合金還可以采用快淬工藝制備成微晶/非晶帶。3)制粉將兩種合金的速凝片或微晶/非晶帶在氫破爐中破碎制得粗粉；如果合金是鑄錠，應(yīng)先使用機(jī)械式破碎法進(jìn)行粗破；然后分別用氣流磨制得細(xì)粉，細(xì)粉的粒度為2. O ·5.O μ m ；4)混粉將兩種合金粉末按比例混合均勻，S合金與T合金混合比例為80 98wt% 20 2wt% ;混合比例的總和為百分之百；5)成型將均勻混合后的粉末放在模具中在磁場壓機(jī)中進(jìn)行磁場取向壓制成型，然后以150 400MPa的壓強(qiáng)進(jìn)行等靜壓；6)燒結(jié)燒結(jié)溫度為1030 1200°C，燒結(jié)時(shí)間2 8小時(shí)；燒結(jié)可以在真空下進(jìn)行，也可以在氬氣等惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行；7)回火處理經(jīng)過兩級回火處理，第一級回火處理溫度為850 920°C，時(shí)間為I 6 小時(shí)；第二級回火處理溫度為400 650°C，時(shí)間為1-6小時(shí)。
7.如權(quán)利要求6所述的稀土永磁合金材料的制備工藝，其特征在于所述的步驟4)中兩種合金的混合，是在氫破之前對速凝片或粗破后的鑄錠或快淬帶進(jìn)行；或是在氫破之后對兩種合金的粗粉進(jìn)行；或是在氣流磨后對兩種合金的細(xì)粉進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求6所述的稀土永磁合金材料的制備工藝，其特征在于所述的步驟3)中使用氣流磨制備細(xì)粉之前，粗粉中加入少量的抗氧化劑和/或潤滑劑。
9.如權(quán)利要求6所述的稀土永磁合金材料的制備工藝，其特征在于在氣流磨制備細(xì)粉過程中，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中摻入20-80ppm的氧氣，使氣流磨后的細(xì)粉得到一定程度的鈍化。
10.如權(quán)利要求6所述的稀土永磁合金材料的制備工藝，其特征在于所述的步驟5) 中粉末的磁場取向成型過程，是在氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w保護(hù)下進(jìn)行的。
11.如權(quán)利要求6所述的稀土永磁合金材料的制備工藝，其特征在于所述的步驟4) 中兩種合金粉末的混合，是在加入一定比例的抗氧化劑后進(jìn)行的。
12.如權(quán)利要求6所述的稀土永磁合金材料的制備工藝，其特征在于所述的步驟7) 中回火處理或選用單級回火處理單級回火處理溫度為400 650°C，時(shí)間為1-6小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稀土永磁合金材料及其制備工藝，是通過兩種合金混合制得的一種具有高矯頑力，耐高溫的磁體，其中合金S的主要作用是作為晶粒R2Fe14B相的生長基礎(chǔ)，提高主相在磁體中的比例，提高磁體的磁能積；合金T的主要作用是，部分生成R2Fe14B相，部分生成晶界相，包裹在主相晶粒的周圍。采用本發(fā)明可以提高磁體的矯頑力以及耐高溫特性，節(jié)省Tb、Dy等重稀土，更好的節(jié)約成本，提高產(chǎn)品的競爭力。
文檔編號H01F1/053GK102610347SQ201210068820
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者姚彥軍, 張有章, 董生智, 馬世光 申請人:江蘇東瑞磁材科技有限公司