本發(fā)明涉及釹鐵硼永磁體技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是一種燒結(jié)釹鐵硼磁體及其制備方法；是通過調(diào)整磁體中添加元素的配比，同時控制磁體制備過程中各項(xiàng)工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

背景技術(shù)：
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釹鐵硼永磁體廣泛應(yīng)用于存儲設(shè)備、電子元件、風(fēng)力發(fā)電、電機(jī)等領(lǐng)域，但是釹鐵硼永磁體具有較高的溫度系數(shù)，即在高溫下磁性能顯著降低，低性能磁體難以滿足混合動力汽車、電機(jī)等領(lǐng)域的要求，對釹鐵硼永磁體提出了越來越高的耐熱性和耐久性的要求。

為了提高釹鐵硼永磁體的耐熱性和耐久性，提高磁體矯頑力尤為重要。相對于目前釹鐵硼永磁體的剩磁可達(dá)到理論值97%，矯頑力僅能夠達(dá)到理論值的17%，尚有相當(dāng)大的提升空間。目前，商用釹鐵硼永磁體多采用添加具有較高磁晶各向異性場常數(shù)的重稀土元素Dy、Tb等方式，來實(shí)現(xiàn)矯頑力的提高。但是通過添加重稀土元素，一方面增加了生產(chǎn)成本，大量消耗寶貴的重稀土資源，同時，添加重稀土元素后，磁性常數(shù)的溫度變化大，導(dǎo)致高溫時矯頑力急劇降低。

為了降低重稀土元素用量，部分企業(yè)和機(jī)構(gòu)采用晶界擴(kuò)散方法對磁體進(jìn)行重稀土元素滲透，但因擴(kuò)散深度有限，該種方法僅適用于薄片磁體。中國專利ZL201110242847.7提到一種低鏑含量高性能燒結(jié)釹鐵硼的制備方法，該方法是以濺射沉積的方法將金屬鏑噴濺到粉體顆粒表面，這種方法較難控制Dy元素的分布及含量，同時操作方法比較復(fù)雜，成本較高；通過添加其它金屬元素的方法也可以實(shí)現(xiàn)矯頑力的提高，但是往往以犧牲其它磁性能為代價(jià)。磁體中少量添加Al元素可以細(xì)化晶粒，改善磁體顯微組織結(jié)構(gòu)，使矯頑力提高，但是居里溫度、方形度、磁能積均明顯下降；通過在燒結(jié)釹鐵硼磁體中添加Ga元素也可以明顯提高矯頑力，但對于Ga改善矯頑力的機(jī)制，目前尚無定論。目前所報(bào)道過的通過添加Ga元素來提高燒結(jié)釹鐵硼磁體矯頑力的方式，往往會引起磁體方形度的降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是克服上述已有技術(shù)的不足，而提供一種燒結(jié)釹鐵硼磁體。

本發(fā)明的另一目的是提供一種燒結(jié)釹鐵硼磁體的制備方法。

本發(fā)明主要解決現(xiàn)有技術(shù)通過元素添加的方式提高燒結(jié)釹鐵硼磁體的矯頑力的同時易引起其它磁性能的明顯降低的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：、一種燒結(jié)釹鐵硼磁體，其特殊之處在于，所述的磁體中各元素重量百分比分別為：Pr-Nd為31%～35%，B為0.95%～1.2%，Al為0.21%～1%，Co為0.2%～4%，Cu為0.1%～0.2%，Ga為0.5%～1%，Ti為0.3～1%，磁體中不含重稀土元素或重稀土元素重量百分比不超過0.2%，磁體中C、O、N元素含量滿足關(guān)系式630ppm≤1.2×C元素含量+0.6×O元素含量+1×N元素含量≤3680ppm，余量為Fe。

進(jìn)一步的，所述的磁體方形度達(dá)到0.95以上。

進(jìn)一步的，所述的磁體中含有TiFeB相，該相在磁體中所占體積比范圍為0.86%～2.85%。

本發(fā)明的一種燒結(jié)釹鐵硼磁體的制備方法，其特殊之處在于，包括如下工藝步驟：

a按照配比配料，用速凝薄帶工藝制備合金片，合金片的厚度范圍在0.2～0.6mm之間；

b將所得薄片進(jìn)行氫爆處理，吸氫壓力波動范圍為0.15～0.3Mpa，吸氫時間為1-5小時，在500-600℃進(jìn)行脫氫，得到合金粉末；

c在氫處理后的合金片中加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.05～0.5%的潤滑劑，所述潤滑劑為酯類有機(jī)物或硬脂酸鹽；隨后使用氣流磨將合金片研磨至D50=2.0～5.0μm；

d在氣流磨制備的粉體中加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.05～0.5%的潤滑劑，所述潤滑劑為酯類有機(jī)物或硬脂酸鹽，并用混料機(jī)混合均勻；隨后在磁場取向條件下進(jìn)行壓制成型，取向磁場為1.8～2.5T，然后通過等靜壓方式進(jìn)一步使磁體密實(shí)，等靜壓壓力為150～200Mpa；

e將等靜壓后的生坯在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為920℃～1040℃，燒結(jié)保溫時間為3～15小時；待冷卻后在800℃～900℃進(jìn)行一級回火處理，保溫時間為1~5小時；最后在480～720℃進(jìn)行二級回火，保溫時間為1~5小時；保溫過程中燒結(jié)爐真空度為5×10^-2Pa以下。

進(jìn)一步的，c步驟所述的氣流磨用的研磨氣體為氬氣或氮?dú)狻?/p>

本發(fā)明所述的一種燒結(jié)釹鐵硼磁體及其制備方法與已有技術(shù)相比具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，在磁體制備過程中，不添加或僅添加少量重稀土元素，主要是通過添加其它元素，如Ti、Ga、Al、Cu等，并保證各添加元素比例適宜，優(yōu)化各項(xiàng)工藝條件，提高磁體磁性能，特別是矯頑力與方形度都較好。

附圖說明：

圖1是實(shí)施例1制備磁體背散射電子圖片；

圖2是實(shí)施例1制備磁體EDS圖譜；

圖3是實(shí)施例1制備磁體EDS圖譜；

圖4是實(shí)施例1制備磁體EDS圖譜；

圖5是實(shí)施例1制備磁體磁性能曲線；

圖6 是實(shí)施例1制備磁體Fe元素分布EPMA圖像；

圖7 是實(shí)施例1制備磁體Ti元素分布EPMA圖像；

圖8 是實(shí)施1制備磁體B元素分布EPMA圖像。

具體實(shí)施方式：

為了更好地理解與實(shí)施，下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明一種燒結(jié)釹鐵硼磁體及其制備方法；所舉實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并非用于限制本發(fā)明的范圍。

以下，詳細(xì)說明本發(fā)明關(guān)于磁體中組成元素的含量：

Nd-Pr元素，本發(fā)明的磁體中Nd-Pr元素重量百分比為31～35%；在釹鐵硼燒結(jié)磁體中，若稀土元素含量過低，則不能夠形成足夠的主相，而容易生成軟磁性α-Fe相，導(dǎo)致矯頑力降低；若稀土元素總量過高，則生成的主相所占的比例降低，導(dǎo)致剩余磁通密度降低，因此，稀土元素要控制在合適的范圍。

B元素，本發(fā)明的磁體中B元素重量百分比為0.95～1.2%；一般而言，B含量高于Nd2Fe14B相中的比例時，容易生成NdFe4B4相，導(dǎo)致磁體剩磁降低；而當(dāng)B含量低于Nd2Fe14B相中的比例時則易生成Nd2Fe17軟磁相，導(dǎo)致矯頑力降低。

Ga元素，本發(fā)明的磁體中Ga元素重量百分比為0.5～1%；Ga元素的添加可以提高磁體矯頑力，同時使磁體的磁通不可逆損失降低；但是Ga元素的添加往往會導(dǎo)致磁體方形度(Hk/Hcj)的降低，對于Ga元素提高矯頑力的機(jī)理以及由此所引起的方形度的降低的原因尚待更深入的研究。

Ti元素，本發(fā)明的磁體中Ti元素重量百分比為0.3～1%；Ti元素能夠在熱處理過程中與B元素及Fe元素結(jié)合形成TiFeB結(jié)晶相， TiFeB相在磁體中起到細(xì)化晶粒的作用，促使磁體內(nèi)晶粒分布均勻，在提高磁體矯頑力的同時，也保證了磁體較高的方形度。

Al元素，本發(fā)明的磁體中Al元素的重量百分比為0.21～1%；Al元素的添加可以細(xì)化晶粒，優(yōu)化顯微組織結(jié)構(gòu)，提高磁體矯頑力，但是Al元素的添加會導(dǎo)致居里溫度和方形度的降低，因此要控制鋁元素的含量在合適的范圍內(nèi)。

Cu元素，本發(fā)明的磁體中Cu元素的重量百分比為0.1～0.2%；Cu元素可以提高磁體矯頑力，這與Cu元素和Nd元素能形成Nd-Cu相有關(guān)，Cu元素存在于晶界富釹相中，幾乎不進(jìn)入主相，所以基本上不會影響的磁體的剩磁。

Co元素，本發(fā)明的磁體中Co元素的重量百分比為0.2%～4%；Co元素可以顯著提高合金居里溫度，改善釹鐵硼永磁體高溫磁性能。但因?yàn)镃o元素磁矩小于Fe元素，Co元素的添加會降低釹鐵硼永磁體的Ms，同時矯頑力降低明顯，所以Co元素添加量不易過高。

重稀土元素，本發(fā)明的磁體中重稀土元素重量百分比為0.2%以下；Dy、Tb等重稀土元素具有較高的磁晶各向異性場常數(shù)，部分取代釹鐵硼永磁體中的Nd元素，可以顯著提高矯頑力，但會降低剩磁，且高溫時磁性常數(shù)變化較大。

Fe元素，本發(fā)明的磁體中Fe元素含量為除了上述各元素以外的余量；Fe元素主要存在于Nd2Fe14B相中，少量存在于晶界相中。

C、O、N元素，本發(fā)明的磁體中C、O、N元素含量滿足關(guān)系630ppm≤1.2×C元素含量+0.6×O元素含量+1×N元素含量≤3680ppm；C、O、N元素一方面作為雜質(zhì)消耗晶界中的稀土相，影響矯頑力，且會導(dǎo)致磁體成分不均勻，方形度降低；同時，如果燒結(jié)磁體中C、O、N含量過低時，又會使得生產(chǎn)工藝難以控制，且磁體的耐腐性差。因此，C、O、N含量應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)。

以下，詳細(xì)說明本發(fā)明的磁體的制備方法：

a按照配比配料，用速凝薄帶工藝制備合金片，合金片的厚度范圍在0.2～0.6mm之間；

b將所得薄片進(jìn)行氫爆處理，吸氫壓力波動范圍為0.15～0.3Mpa，吸氫時間為1～5小時，在500～600℃進(jìn)行脫氫，得到合金粉末，吸氫時間和脫氫溫度也可做適當(dāng)調(diào)整；

c在氫處理后的合金粉末中加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.05～0.5%的常規(guī)潤滑劑，所述常規(guī)潤滑劑主要為酯類有機(jī)物或硬脂酸鹽；并使用氣流磨研磨至D50=2.0～5.0μm，研磨氣體為氬氣或氮?dú)猓?/p>

d在氣流磨制備的粉體中加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.05～0.5%的常規(guī)潤滑劑，所述常規(guī)潤滑劑主要為酯類有機(jī)物或硬脂酸鹽；使用混料機(jī)混合均勻，隨后在磁場取向條件下進(jìn)行壓制成型，取向磁場為1.8～2.5T，然后通過等靜壓方式進(jìn)一步使磁體密實(shí)，等靜壓壓力為150～200Mpa；

e等靜壓后的生坯在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為920℃～1040℃，燒結(jié)保溫時間為3～15小時；待冷卻后在800℃～900℃進(jìn)行一級回火處理，保溫時間為1～5小時；最后在480℃～720℃進(jìn)行二級回火，保溫時間為1～5小時；保溫過程中燒結(jié)爐真空度控制在5×10^-2Pa以下。

采用表1和表2中各元素配比及工藝條件制備燒結(jié)釹鐵硼磁體。表1中列舉了實(shí)施例1～14，表2列舉了磁體成分配比不在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)的對比例1～6。

步驟a中各實(shí)施例和對比例均按照表1、表2所述配比進(jìn)行配料；步驟b中實(shí)施例1吸氫時間為1小時，脫氫溫度為500℃，實(shí)施例2吸氫時間為5小時，脫氫溫度為600℃，其它實(shí)施例和對比例中吸氫時間均為3小時，脫氫溫度均為550℃；步驟c中實(shí)施例1中潤滑劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%，實(shí)施例14中潤滑劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，其它實(shí)施例和對比例中潤滑劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.1%；實(shí)施例3中氣流磨所用研磨氣體為氬氣，其它對比例和實(shí)施例中所用研磨氣體均為氮?dú)?；步驟d中實(shí)施例1中潤滑劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，取向磁場為2.5T，等靜壓壓力為150Mpa，實(shí)施例14中潤滑劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%，取向磁場為1.8T，等靜壓壓力為200Mpa，其它實(shí)施例和對比例中潤滑劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.1%，取向磁場為2.0T，等靜壓壓力為200Mpa；步驟e中實(shí)施例和對比例中燒結(jié)和回火工藝條件如表1、表2所述。

性能分析：

表1列出了不同條件下所制備磁體的成分及性能。實(shí)施例1的磁體各元素成分均在本發(fā)明所要求的范圍內(nèi)，用于壓制毛坯的磁粉平均粒度為2.0μm；燒結(jié)和時效后，使用NIM-2000N型磁性能測試儀對其不同溫度下磁性能進(jìn)行測試，具體磁性能如圖5所示，該樣品20℃時，剩磁為12.77kGs，矯頑力達(dá)到了22.42kOe，方形度為0.95；在磁體元素配比基本一致的條件下，使用平均粒度為3.5μm的磁粉壓制成實(shí)施例6的毛坯，其剩磁為13.22kOe，矯頑力為21.16 kOe，方形度為0.95；比較實(shí)施例1與實(shí)施例6，在磁體成分基本一致的前提下，減小磁粉粒度是提高矯頑力的有效手段；實(shí)施例2中，提高Ga元素的含量至0.75wt%，磁粉平均粒度為3.5μm，磁體矯頑力為21.66 kOe，方形度為0.96，可見在一定范圍內(nèi)，提高Ga含量有利于提高磁體矯頑力；實(shí)施例3中總稀土含量為31.01wt%，相對應(yīng)的，矯頑力也比其它稀土含量在32wt%以上的磁體略低；在實(shí)施例4和實(shí)施例5中，Al元素的含量分別為0.21wt%和0.55wt%，Ga元素的含量分別為0.73wt%和0.51wt%，兩個實(shí)施例中磁體的磁性能差別不大，矯頑力均達(dá)到了21kOe以上，說明Al和Ga元素在磁體中均能起到提高矯頑力的作用，且在有Ti、Cu等其它元素參與的情況下，方形度并未降低；實(shí)施例7～12中分別提高了Al，B，Co，Ga，Ti及稀土元素等的含量，各元素均在本發(fā)明限定的元素含量范圍內(nèi)，磁體性能隨著元素含量的改變而不同，但總體性能均較好，方形均達(dá)到0.95以上；實(shí)施例13中添加了質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.2%的Dy，其它元素含量均與實(shí)施例1中元素接近，所得磁體性能二者相差不大；實(shí)施例14中采用平均粒度為5.0μm的磁粉制備磁體，剩磁較細(xì)粉磁體有所提高，但矯頑力降低明顯；比較實(shí)施例1、13、14可知，細(xì)化晶粒以及適量添加重稀土元素，均能有效提高磁體矯頑力，同時通過合理添加其它元素，可以保證磁體較好的方形度。

從磁體背散射電子圖像以及能譜分析（EDS）數(shù)據(jù)(圖1～圖4)可以看出，磁體中所添加元素Al、Cu、Ga等在三角區(qū)出現(xiàn)，形成的某些物相可對主相起到磁孤立的作用，從而提高反磁化磁疇的形核場，矯頑力提高；使用電子探針顯微分析儀（EPMA）對所制備磁體進(jìn)行元素分布分析，可較準(zhǔn)確看到添加各元素的分布情況，特別的，檢測到Ti元素與B元素在相同區(qū)域富集（圖7、圖8）。同時，在Ti元素和B元素富集區(qū)域，F(xiàn)e元素含量較主相Nd2Fe14B中的質(zhì)量百分含量有所降低（圖6），進(jìn)一步驗(yàn)證了Ti元素、B元素與Fe元素結(jié)合，形成TiFeB相，改善了磁體矯頑力及方形度。經(jīng)計(jì)算分析實(shí)施例1～實(shí)施例14中，TiFeB相所占體積比范圍均位于0.86%～2.85%之間。釹鐵硼磁體性能的變化，是添加的各元素及不同工藝條件下所形成物相綜合作用的結(jié)果，具體的作用機(jī)理有待更深入的研究。

對比例1至對比例6中所列磁體成分均不在本發(fā)明的限定范圍內(nèi)，與上述實(shí)施例形成對比。對比例1中稀土總含量較低，同等條件下，矯頑力也偏低；對比例2中磁體成分中Cu元素含量較低，與實(shí)施例3相比，具有相對較低的矯頑力；對比例3磁體成分中Ti元素為0，磁體方形度明顯低于Ti元素含量為0.36wt%的磁體；對比例4中，Cu元素含量為0.36wt%，B元素含量為0.90 wt%，矯頑力并沒有隨著Cu含量的增加而明顯提高；對比例5磁體成分中Al含量為0.83wt%，Ga元素含量為0.08wt%，Al元素與Ga元素總量與實(shí)施例相比相差不大，而矯頑力卻明顯降低，說明Al和Ga元素在磁體中雖然都能起到提高矯頑力的作用，卻不能完全互相替代；對比例6磁體成分中添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.96%的Dy元素，其矯頑力并沒有比實(shí)施例中未添加Dy元素的磁體明顯改善，說明粉體粒度，以及各元素的比例對磁性能有著重要影響。

以上所述，僅代表本發(fā)明的較好實(shí)施例，并非對本發(fā)明在任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對本實(shí)施例進(jìn)行的修改，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。