一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種稀土釹鐵硼永磁材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體及其制備方法，低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體的組成成分為ReαFe100-α-β-γBβMγ；制備方法為將合金粉末和稀土微粉混合后在磁場(chǎng)強(qiáng)度≥1.5T的取向磁場(chǎng)中壓制成型毛坯；在1050℃-1120℃下燒結(jié)制得低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體。采用該方法制備釹鐵硼稀土永磁材料及其產(chǎn)品性能一致性優(yōu)良、重稀土用量低且具有高矯頑力。
【專利說明】一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土釹鐵硼永磁材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土釹鐵硼永磁材料是二十世紀(jì)八十年代初發(fā)明的第三代稀土永磁功能材料，其具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積的優(yōu)異磁特性是其它永磁材料所無法代替的，因此被廣泛的應(yīng)用于能源、交通、機(jī)械、電子等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域并成為支撐當(dāng)代電子信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料之一，引導(dǎo)著電子產(chǎn)品向節(jié)能、環(huán)保、高效、輕便的方向不斷發(fā)展。甚至國(guó)際上還把稀土釹鐵硼永磁材料的人均用量作為衡量世界各國(guó)人民生活水平與現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，為獲得高矯頑力主要是運(yùn)用重稀土元素Dy、Tb、Ho，及其它非稀土金屬Nb、Cu、Al、Ga、T1、V、Mn、Zn、Zr、W、S1、Sn、Cr、Mo等元素的復(fù)合添加。而重稀土元素Dy、Tb、Ho屬于稀缺資源且成本較高，不利于保護(hù)不可再生資源的有效利用，同時(shí)也增加了生產(chǎn)成本。雖然采用低氧工藝、微粉工藝或低氧與微粉相結(jié)合的復(fù)合工藝來充分體現(xiàn)材料本身的磁性能特性，也能起到減少重稀土元素使用量的目的，但就目前而言，因受大生產(chǎn)過程中工藝設(shè)備的諸多限制，在我國(guó)仍處于試驗(yàn)和探索階段。
[0004]如專利號(hào)為8510978的日本專利、專利號(hào)為99801229.7的日本專利以及專利號(hào)為200510084295.6的日本專利均采用了添加重稀土元素Dy、Tb、Ho來獲得高矯頑力的性能，這不能改變對(duì)重稀土元素Dy、Tb、Ho的依賴程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)目前稀土釹鐵硼永磁材料高矯頑力對(duì)重稀土元素Dy、Tb、Ho的依賴的現(xiàn)狀，提供一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體及其制備方法，通過生產(chǎn)過程中使用稀土元素粉末對(duì)釹鐵硼稀土永磁體的有效相——富釹相進(jìn)行有效補(bǔ)償以彌補(bǔ)在生產(chǎn)過程中造成的稀土釹鐵硼永磁體富釹相的損失，從而在制備過程中減少重稀土元素的使用量并得到批量生產(chǎn)性能一致性優(yōu)良的低重稀土高矯頑力釹鐵硼稀土永磁材料及其產(chǎn)品。
[0006]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體，其組成成分為ReaFe1(l(l_a_e_YBeMY ；
Re 為稀土元素，包括選自 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的一種或一種以上的兀素；
M 為添加元素，包括選自 T1、V、Cr、N1、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Co、Cu、Ag、Sn、W、Pb、Bi和Pd中的一種或一種以上的元素；
Fe為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
α、β和Y為各元素的原子百分比含量，其中:12≤α≤18,5.3≤β≤6.5，0.1 ^ Y ^ 8ο[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是通過在生產(chǎn)過程中使用稀土元素粉末對(duì)釹鐵硼稀土永磁體的有效相——富釹相進(jìn)行有效補(bǔ)償以彌補(bǔ)在生產(chǎn)過程中造成的稀土釹鐵硼永磁體富釹相的損失，從而在制備過程中減少重稀土元素的使用量并得到批量生產(chǎn)性能一致性優(yōu)良的低重稀土高矯頑力釹鐵硼稀土永磁材料及其產(chǎn)品。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述的稀土元素為L(zhǎng)a、Ce、Pr、Nd、Dy和Tb中的一種或多種。[0009]作為優(yōu)選方案，15≤α ( 18。
[0010]作為優(yōu)選方案，5.8≤β≤6.2。
[0011]作為優(yōu)選方案，2≤Y≤3。
[0012]一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體的制備方法，包括以下步驟:
1)采用機(jī)械破碎或氫爆加氣流磨方式對(duì)釹鐵硼稀土永磁材料合金進(jìn)行破碎，制得平均粒徑在2.5-5.0ym的釹鐵硼稀土永磁材料合金粉末；
2)將稀土元素微粉通過各類破碎工藝獲得平均粒徑在1.5-3.6 μ m的稀土微粉；破碎工藝包含機(jī)械破碎工藝(如球磨破碎、氣流磨破碎)、物理化學(xué)方法的破碎工藝(如氫破碎)及機(jī)械加物理化學(xué)方法破碎(如氫破碎加氣流磨破碎)等；
3)將上述制得的稀土微粉按照0.3%-5%的重量百分比加入到釹鐵硼稀土永磁材料合金粉末中，混合均勻；
4)將混合后的合 金粉末在磁場(chǎng)強(qiáng)度>1.5T的取向磁場(chǎng)中壓制成型毛還；
5)將成型毛坯放入真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度1050°C-1120°C，燒結(jié)時(shí)間
1.0-6.0小時(shí)，并進(jìn)行回火處理，制得低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體。
[0013]作為優(yōu)選方案，所述步驟5)回火工藝采用460°C _530°C恒溫2_5小時(shí)。
[0014]作為優(yōu)選方案，所述步驟5)回火工藝采用二次回火，具體為首先在890°C -920°C恒溫1.5-3小時(shí)，然后4800C _520°C恒溫2-5小時(shí)。
[0015]成型后的釹鐵硼合金系毛坯在經(jīng)過上述工藝后將由主相(Nd2Fe14B)、富Nd相、稀土微粉(La、Ce、Pr、Nd、Dy、Tb中的一種或多種)和極少量的富B相(Nd1.^e4B4)組成，稀土微粉存在于主相顆粒的間隙之間。主相的熔點(diǎn)約為1185°C，而稀土微粉一般在700°C ^SOO0C時(shí)就開始溶化，因此在燒結(jié)溫度狀態(tài)下釹鐵硼合金系由固態(tài)的主相和熔化的富稀土相(由稀土微粉和富Nd相組成)，并且富稀土相通過液相流動(dòng)、分子熱運(yùn)動(dòng)滲透到粉末顆粒間的空隙處。當(dāng)兩個(gè)粉末顆粒同時(shí)存在液相中，且液相與固相顆粒之間有較好的浸潤(rùn)性時(shí)，兩個(gè)顆粒間的液相表面向液相一側(cè)彎曲從而產(chǎn)生一個(gè)毛細(xì)管吸力，在這個(gè)吸力的作用下，即使兩個(gè)顆粒相互靠攏同時(shí)又加強(qiáng)了液相稀土元素對(duì)顆粒內(nèi)部的滲透，從而形成更為完整的富稀土相，補(bǔ)償在熔煉、制粉、成型和燒結(jié)過程中釹鐵硼材料富稀土相的工藝損失，從本質(zhì)上提高了主相晶粒表面層的各向異性場(chǎng)，導(dǎo)致主相晶粒邊界層的磁硬化而提高了材料的矯頑力。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:制備釹鐵硼稀土永磁材料及其產(chǎn)品性能一致性優(yōu)良、重稀土用量低且具有高矯頑力。運(yùn)用本方法能在燒結(jié)釹鐵硼磁體產(chǎn)品的制備過程中用部分輕稀土元素代替重稀土元素，減少重稀土元素Dy和Tb的使用量，且所得材料的矯頑力并不低于用其它工藝方法生產(chǎn)的材料，從而減少稀土元素中本身就比較稀缺的重稀土元素的使用量，保護(hù)不可再生資源的有效利用?！揪唧w實(shí)施方式】
[0017]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述說明。
[0018]如果無特殊說明，本發(fā)明的實(shí)施例中所采用的原料均為本領(lǐng)域常用的原料，實(shí)施例中所采用的方法，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0019]一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體，其組成成分為ReaFe1(l(l_a_e_YBeMY ；
Re 為稀土元素，包括選自 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的一種或一種以上的兀素；
M 為添加元素，包括選自 T1、V、Cr、N1、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Co、Cu、Ag、Sn、W、Pb、Bi和Pd中的一種或一種以上的元素；
Fe為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
α、β和Y為各元素的原子百分比含量，其中:12≤α≤18,5.3≤β≤6.5，
0.1 ^ Y ^ 8ο
[0020]所述的稀土元素為L(zhǎng)a、Ce、Pr、Nd、Dy和Tb中的一種或多種。
[0021]15 ^ a ^ 18, 5.8 ^ β ^ 6.2,2 ^ Y ^ 30
[0022]一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體的制備方法，包括以下步驟:
1)采用機(jī)械破碎或氫爆加氣流磨方式對(duì)釹鐵硼稀土永磁材料合金進(jìn)行破碎，制得平均粒徑在2.5-5.0 μ m的釹鐵硼稀土永磁材料合金粉末；釹鐵硼稀土永磁材料合金按上述成分要求，采用鑄造工藝或速凝薄片工藝制得；
2)將稀土元素微粉通過各類破碎工藝獲得平均粒徑在1.5-3.6 μ m的稀土微粉；
3)將上述制得的稀土微粉按照0.3%-5%的重量百分比加入到釹鐵硼稀土永磁材料合金粉末中，混合均勻；
4)將混合后的合金粉末在磁場(chǎng)強(qiáng)度>1.5T的取向磁場(chǎng)中壓制成型毛還；
5)將成型毛坯放入真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度1050°C-1120°C，燒結(jié)時(shí)間
1.0-6.0小時(shí)，并進(jìn)行回火處理，制得低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體；回火工藝采用一次回火:460°C _530°C恒溫2-5小時(shí)，或二次回火:首先在890°C _920°C恒溫1.5-3小時(shí)，然后4800C _520°C恒溫2-5小時(shí)。
[0023]方案組合1:
將成分為NdltlDy2Fe&B5.3Mai (at%)的稀土釹鐵硼永磁材料合金，按本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行制備:按上述成分進(jìn)行配料并以速凝薄片工藝制得釹鐵硼永磁材料合金；采用氫破加氣流磨方式對(duì)稀土釹鐵硼永磁材料合金進(jìn)行破碎，制得平均粒徑在2.5 μ m的合金粉末。
[0024]通過氫破加氣流磨工藝獲得平均粒徑在1.5 μ m的稀土元素微粉，將制得的各種稀土元素微粉按不同的百分含量在制粉過程中添加到釹鐵硼稀土永磁材料合金粉末內(nèi)，并進(jìn)行混料使稀土微粉能夠均勻的混入釹鐵硼稀土永磁材料合金粉末內(nèi)；混合后的粉末在≤1.6T的取向磁場(chǎng)中壓制成型41.5X50X42.3 (mm)的方塊毛坯；將毛坯放入高真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1100°C燒結(jié)4.0小時(shí)，在890°C —級(jí)回火2小時(shí)和510°C二級(jí)回火3.5小時(shí)，制得燒結(jié)磁體；取Φ 10X 10 (mm)的標(biāo)樣五只進(jìn)行磁性能測(cè)試。
[0025]方案例1:稀土元素微粉的添加百分含量為0% ;所得燒結(jié)磁體的磁性能檢測(cè)結(jié)果:Hcj=27.73-28.26k0e。
[0026]實(shí)施例2:稀土元素微粉的添加百分含量為0.3%，所用稀土元素為Nd ;所得燒結(jié)磁體的磁性能檢測(cè)結(jié)果:Hcj=27.86-28.50k0e ；。
[0027]實(shí)施例3:稀土釹微粉的添加百分含量為1.0%，所用稀土元素為Nd ;所得燒結(jié)磁體的磁性能檢測(cè)結(jié)果:Hcj=28.81-29.49k0e。
[0028]實(shí)施例4:稀土釹微粉的添加百分含量為2.0%，所用稀土元素為Nd ;所得燒結(jié)磁體的磁性能檢測(cè)結(jié)果:Hcj=29.45-30.27k0e。
[0029]實(shí)施例5:稀土釹微粉的添加百分含量為3.0%，所用稀土元素為Nd ;所得燒結(jié)磁體的磁性能檢測(cè)結(jié)果:Hcj=30.05-31.49k0e。
[0030]實(shí)施例6:稀土釹微粉的添加百分含量為5.0%，所用稀土元素為Nd ;所得燒結(jié)磁體的磁性能檢測(cè)結(jié)果:Hcj=28.85-29.70k0e。
[0031 ] 比較例1:將成分為Nd9.5Dy2.5Fe余B5.具.工(at%)的稀土釹鐵硼永磁材料合金；按上法不加稀土微粉制得同規(guī)格尺寸的樣品，所得燒結(jié)磁體的磁性能檢測(cè)結(jié)果:Hcj=30.34-31.57。
[0032]實(shí)施例1-6及比較例I的性能匯總見表1 ;
【權(quán)利要求】
1.一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體，其特征在于，其組成成分為ReαFe100_a-@-yB@My ； Re 為稀土元素，包括選自 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的一種或一種以上的兀素； M 為添加元素，包括選自 T1、V、Cr、N1、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Co、Cu、Ag、Sn、W、Pb、Bi和Pd中的一種或一種以上的元素； Fe為Fe和不可避免的雜質(zhì)； α、β和Y為各元素的原子百分比含量，其中:12≤α≤18,5.3≤β≤6.5，0.1≤ Y ≤ 8ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體，其特征在于，所述的稀土元素為L(zhǎng)a、Ce、Pr、Nd、Dy和Tb中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體，其特征在于，15 ≤ a ≤ 18。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體，其特征在于，5.8 ≤ β ≤6.2ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體，其特征在于，2≤Y≤3。
6.一種制備權(quán)利要求1所述的一種低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)采用機(jī)械破碎或氫爆加氣流磨方式對(duì)釹鐵硼稀土永磁材料合金進(jìn)行破碎，制得平均粒徑在2.5-5.0ym的釹鐵硼稀土永磁材料合金粉末； 2)將稀土元素微粉通過各類破碎工藝獲得平均粒徑在1.5-3.6 μ m的稀土微粉； 3)將上述制得的稀土微粉按照0.3%-5%的重量百分比加入到釹鐵硼稀土永磁材料合金粉末中，混合均勻； 4)將混合后的合金粉末在磁場(chǎng)強(qiáng)度>1.5T的取向磁場(chǎng)中壓制成型毛還； 5)將成型毛坯放入真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度1050°C-1120°C，燒結(jié)時(shí)間1.0-6.0小時(shí)，并進(jìn)行回火處理，制得低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用有效補(bǔ)償法制備低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法，其特征在于，所述步驟5)回火工藝采用460°C _530°C恒溫2_5小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用有效補(bǔ)償法制備低重稀土高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體的方法，其特征在于，所述步驟5)回火工藝采用二次回火，具體為首先在890°C-92(TC恒溫1.5-3小時(shí)，然后4800C _520°C恒溫2-5小時(shí)。
【文檔編號(hào)】H01F7/02GK103824668SQ201410020883
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】李潤(rùn)鋒, 陳巧玲, 盧亮亮 申請(qǐng)人:浙江東陽(yáng)東磁有限公司