本發(fā)明是一種采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)的熱壓熱變形法制備摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合稀土永磁體的方法，屬于磁性材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：燒結(jié)NdFeB稀土永磁體是迄今為止磁性最強(qiáng)的永磁材料，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)電、儀表和醫(yī)療等諸多領(lǐng)域，是當(dāng)今世界上發(fā)展最快，市場(chǎng)前景最好的永磁材料。而NdFeB型磁體具有高的飽和磁化強(qiáng)度，低的熱穩(wěn)定性(高溫下矯頑力低)，其居里溫度大約為580K，這限制了它在高溫下的應(yīng)用。隨著電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的快速發(fā)展，要求永磁體工作溫度在200℃以上，因此，對(duì)NdFeB磁體的高溫磁性能提出了更高的要求。為了更好的滿足應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芨邷赜来朋w的需求，研究者采用多種方法進(jìn)行了不懈努力。特別是提出了一種制備硬磁/硬磁型復(fù)合稀土永磁體的方法。因?yàn)槊糠N類型的單相永磁體都各有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。比如，NdFeB型磁體具有高的磁性能，但使用溫度較低；而SmCo5型磁體的飽和磁化強(qiáng)度和磁能積低于NdFeB磁體，但具有高的居里溫度和熱穩(wěn)定性，適合應(yīng)用于高溫領(lǐng)域。因此，如果將兩者的各自優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)制備NdFeB/SmCo5型復(fù)合永磁體，可以獲得兼具較高磁性能和熱穩(wěn)定性良好的復(fù)合永磁體。國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了初步研究。DapengWang和Shen等人通過(guò)將NdFeB粉末和SmCo5粉末混合后熱壓燒結(jié)制備出NdFeB/SmCo5各向同性的復(fù)合磁體，磁能積達(dá)14MGOe，并且復(fù)合磁體呈現(xiàn)單相永磁體的磁特征。內(nèi)蒙古科技大學(xué)對(duì)NdFeB/SmCo5復(fù)合磁體申報(bào)了國(guó)家發(fā)明專利(專利號(hào)CN103390477A)，然而，其專利中沒(méi)有給出任何磁性能數(shù)據(jù)。目前這種復(fù)合磁體的制備存在較大困難：一、兩單相永磁體的制備工藝并不能完全匹配；二、高溫下兩種永磁體之間容易發(fā)生互相擴(kuò)散，產(chǎn)生具有易基面磁晶各向異性的產(chǎn)物，如Sm2Fe14B和NdCo5，造成矯頑力嚴(yán)重降低，不能滿足高溫領(lǐng)域?qū)Υ朋w的使用要求。也有研究者采用具有相同元素Pr的Pr2Fe14B/PrCo5復(fù)合磁體進(jìn)行了研究。磁性能比NdFeB/SmCo5體系好一些，但高溫下兩種永磁體之間依然會(huì)發(fā)生互擴(kuò)散，降低了復(fù)合磁體的矯頑力。近期，北京大學(xué)的FangmingWan等人研制了在單相NdFeB磁體中摻雜低熔點(diǎn)的PrCu液相合金，獲得了高矯頑力的磁體。其矯頑力的增加和晶界層的改變有關(guān)。最新研究表明，在傳統(tǒng)的NdFeB磁體中，其晶界相并不是非磁性相，具有鐵磁性的，其晶粒間存在交換耦合作用。因此，一旦反磁化疇在缺陷或者尖銳的邊緣處形核，由于反磁化疇的擴(kuò)展，反磁化過(guò)程很容易進(jìn)行。然而，在摻雜非磁性的PrCu合金后，晶界處形成了厚的和磁性更弱的邊界層，晶粒之間被更大地去磁耦合，所以在晶粒間的磁化反轉(zhuǎn)更不容易延續(xù)。另外，由于晶粒邊界變的更加光滑，也阻礙了反磁化疇的形核。因此，摻雜PrCu合金的單相NdFeB磁體獲得了高的矯頑力。上述摻雜PrCu合金的方法在單相NdFeB磁體中已經(jīng)獲得了良好效果，如文件CN102248157A公開(kāi)了一種在磁粉中擴(kuò)散PrCu合金的方法，但在硬磁/硬磁型雙相復(fù)合磁體中還沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)研究和報(bào)道。因此，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N采用熱變形方法制備摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5雙相復(fù)合稀土永磁體的新方法。原有的PrFeB/PrCo5復(fù)合磁體在熱變形過(guò)程中，高溫下PrFeB和PrCo5兩相之間依然存在一些擴(kuò)散現(xiàn)象，產(chǎn)生一些雜相而降低矯頑力。另外，PrFeB和PrCo5之間存在變形不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，PrCo5比PrFeB相的變形更難進(jìn)行，因此在熱變形過(guò)程中PrCo5相容易出現(xiàn)微裂紋。如果在PrFeB和PrCo5混粉的時(shí)候混入低熔點(diǎn)的液相合金PrCu粉末，熱變形的過(guò)程中PrCu相做為界面相，可以隔絕兩個(gè)硬磁相，減小互擴(kuò)散，并減弱兩相之間的交換耦合作用，提高矯頑力；同時(shí)在熱變形的過(guò)程中PrCu相液化后分散在晶界處，也可以協(xié)調(diào)兩相的熱變形，最終促進(jìn)兩相的熱變形獲得良好變形織構(gòu)。具體方法是在PrFeB和PrCo5混粉的時(shí)候混入PrCu粉，然后采用放電等離子燒結(jié)設(shè)備(SPS)熱壓熱變形制備摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合稀土永磁體。SPS具有高壓、低溫、快速的燒結(jié)優(yōu)勢(shì)，能夠抑制晶粒長(zhǎng)大，減少兩種磁體的互擴(kuò)散，并且能夠在高壓、低溫的條件下使兩種不同類型的磁體同時(shí)致密化，從而獲得高矯頑力的納米晶的PrFeB/PrCo5復(fù)合磁體。由于摻雜了低熔點(diǎn)的液相PrCu合金，因此獲得的熱變形復(fù)合磁體具有良好的變形織構(gòu)和高的矯頑力。這種新型復(fù)合磁體具有兩種硬磁相的優(yōu)點(diǎn)，可以拓寬永磁材料的應(yīng)用范圍。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種采用SPS熱變形法制備摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合稀土永磁體的方法。一種摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合稀土永磁體，其特征在于，用于摻雜的PrCu合金占總重量比例為2～15wt.％。復(fù)合磁體的變形量為60％～90％。PrFeB和PrCo5的質(zhì)量比例不限制，優(yōu)選PrFeB和PrCo5的質(zhì)量比為1:4～4:1。PrCu合金中Pr的摩爾百分含量?jī)?yōu)選為10～90％。本發(fā)明是一種采用SPS技術(shù)熱變形法制備摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合稀土永磁體的方法，該方法主要包括下列步驟：(1)熔煉，PrFeB為購(gòu)置的納米晶的PrFeB帶狀薄片；PrCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；PrCu低熔點(diǎn)合金采用懸浮熔煉爐制備；(2)研磨PrFeB粉末，將PrFeB薄片研磨，過(guò)200目篩子獲得PrFeB細(xì)粉；(3)制備PrCo5粉末，采用高能球磨法將PrCo5鑄錠球磨成PrCo5非晶粉末；(4)制備PrCu粉末，將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(5)混粉，采用球磨法將PrFeB粉、PrCo5粉和PrCu粉混粉；(6)粉末裝模，將混合均勻的復(fù)合粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(7)熱壓復(fù)合磁體，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力450～500MPa、650～680℃和保溫30秒的條件下熱壓燒結(jié)，獲得各向同性的納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合磁體；(8)熱變形復(fù)合磁體，將熱壓復(fù)合磁體裝入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力30～60MPa，熱變形溫度為700～850℃，變形量為60～90％，獲得各向異性的納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合永磁體。本發(fā)明的有益效果(1)相對(duì)于未摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5熱變形復(fù)合稀土永磁體的方式，摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5熱變形復(fù)合永磁體，熱變形的過(guò)程中PrCu相做為界面相，可以隔絕兩個(gè)硬磁相，減小互擴(kuò)散，減弱兩相之間的交換耦合作用，提高矯頑力；(2)在熱變形的過(guò)程中PrCu相液化后分散在晶界處，可以協(xié)調(diào)兩相的熱變形，最終促進(jìn)兩相的熱變形而獲得良好變形織構(gòu)；(3)獲得的納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合永磁體，具有良好的磁性能、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性能及力學(xué)性能。具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述實(shí)施方式。實(shí)施例1(1)熔煉。PrFeB為購(gòu)置的納米晶的PrFeB帶狀薄片；PrCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；Pr10Cu90低熔點(diǎn)合金采用懸浮熔煉爐制備；(2)研磨PrFeB粉末。將PrFeB薄片研磨，過(guò)200目篩子獲得PrFeB細(xì)粉；(3)制備PrCo5粉末。采用高能球磨法將PrCo5鑄錠球磨成PrCo5非晶粉末；(4)制備PrCu粉末。將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(5)混粉。采用球磨法將PrFeB粉(80wt.％)、PrCo5粉(20wt.％)和PrCu粉混合均勻，PrCu粉末占總重量的2wt.％；(6)粉末裝模。將混合均勻的復(fù)合粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(7)熱壓復(fù)合磁體。使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力450MPa、680℃和保溫30秒的條件下熱壓燒結(jié)，獲得各向同性的納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合磁體；(8)熱變形復(fù)合磁體。將熱壓復(fù)合磁體裝入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力60MPa，熱變形溫度為700℃，變形量為60％，獲得各向異性納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合永磁體。對(duì)比例1(1)熔煉。PrFeB為購(gòu)置的納米晶的PrFeB帶狀薄片；PrCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；(2)研磨PrFeB粉末。將PrFeB薄片研磨，過(guò)200目篩子獲得PrFeB細(xì)粉；(3)制備PrCo5粉末。采用高能球磨法將PrCo5鑄錠球磨成PrCo5非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法將PrFeB粉(80wt.％)和PrCo5粉(20wt.％)混合均勻；(5)其余步驟參照實(shí)施例1。實(shí)施例2(1)熔煉。PrFeB為購(gòu)置的納米晶的PrFeB帶狀薄片；PrCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；Pr30Cu70低熔點(diǎn)合金采用懸浮熔煉爐制備；(2)研磨PrFeB粉末。將PrFeB薄片研磨，過(guò)200目篩子獲得PrFeB細(xì)粉；(3)制備PrCo5粉末。采用高能球磨法將PrCo5鑄錠球磨成PrCo5非晶粉末；(4)制備PrCu粉末。將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(5)混粉。采用球磨法將PrFeB粉(60wt.％)、PrCo5粉(40wt.％)和PrCu粉混合均勻，PrCu粉末占總重量的6wt.％；(6)粉末裝模。將混合均勻的復(fù)合粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(7)熱壓復(fù)合磁體。使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力480MPa、650℃和保溫30秒的條件下熱壓燒結(jié)，獲得各向同性的納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合磁體；(8)熱變形復(fù)合磁體。將熱壓復(fù)合磁體裝入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力50MPa，熱變形溫度為750℃，變形量為70％，獲得各向異性納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合永磁體。對(duì)比例2(1)熔煉。PrFeB為購(gòu)置的納米晶的PrFeB帶狀薄片；PrCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；(2)研磨PrFeB粉末。將PrFeB薄片研磨，過(guò)200目篩子獲得PrFeB細(xì)粉；(3)制備PrCo5粉末。采用高能球磨法將PrCo5鑄錠球磨成PrCo5非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法將PrFeB粉(60wt.％)和PrCo5粉(40wt.％)混合均勻；(5)其余步驟參照實(shí)施例2。實(shí)施例3(1)熔煉。PrFeB為購(gòu)置的納米晶的PrFeB帶狀薄片；PrCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；Pr60Cu40低熔點(diǎn)合金采用懸浮熔煉爐制備；(2)研磨PrFeB粉末。將PrFeB薄片研磨，過(guò)200目篩子獲得PrFeB細(xì)粉；(3)制備PrCo5粉末。采用高能球磨法將PrCo5鑄錠球磨成PrCo5非晶粉末；(4)制備PrCu粉末。將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(5)混粉。采用球磨法將PrFeB粉(40wt.％)、PrCo5粉(60wt.％)和PrCu粉混合均勻，PrCu粉末占總重量的10wt.％；(6)粉末裝模。將混合均勻的復(fù)合粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(7)熱壓復(fù)合磁體。使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力500MPa、680℃和保溫30秒的條件下熱壓燒結(jié)，獲得各向同性的納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合磁體；(8)熱變形復(fù)合磁體。將熱壓復(fù)合磁體裝入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力40MPa，熱變形溫度為800℃，變形量為80％，獲得各向異性納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合永磁體。對(duì)比例3(1)熔煉。PrFeB為購(gòu)置的納米晶的PrFeB帶狀薄片；PrCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；(2)研磨PrFeB粉末。將PrFeB薄片研磨，過(guò)200目篩子獲得PrFeB細(xì)粉；(3)制備PrCo5粉末。采用高能球磨法將PrCo5鑄錠球磨成PrCo5非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法將PrFeB粉(40wt.％)和PrCo5粉(60wt.％)混合均勻；(5)其余步驟參照實(shí)施例3。實(shí)施例4(1)熔煉。PrFeB為購(gòu)置的納米晶的PrFeB帶狀薄片；PrCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；Pr90Cu10低熔點(diǎn)合金采用懸浮熔煉爐制備；(2)研磨PrFeB粉末。將PrFeB薄片研磨，過(guò)200目篩子獲得PrFeB細(xì)粉；(3)制備PrCo5粉末。將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(4)制備PrCu粉末。將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(5)混粉。采用球磨法將PrFeB粉(20wt.％)、PrCo5粉(80wt.％)和PrCu粉混合均勻，PrCu粉末占總重量的15wt.％；(6)粉末裝模。將混合均勻的復(fù)合粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(7)熱壓復(fù)合磁體。使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力500MPa、680℃和保溫30秒的條件下熱壓燒結(jié)，獲得各向同性的納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合磁體；(8)熱變形復(fù)合磁體。將熱壓復(fù)合磁體裝入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力50MPa，熱變形溫度為850℃，變形量為90％，獲得各向異性納米晶的摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合永磁體。對(duì)比例4(1)熔煉。PrFeB為購(gòu)置的納米晶的PrFeB帶狀薄片；PrCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；(2)研磨PrFeB粉末。將PrFeB薄片研磨，過(guò)200目篩子獲得PrFeB細(xì)粉；(3)制備PrCo5粉末。采用高能球磨法將PrCo5鑄錠球磨成PrCo5非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法將PrFeB粉(20wt.％)和PrCo5粉(80wt.％)混合均勻；(5)其余步驟參照實(shí)施例4。表1室溫(20℃)下實(shí)施例和對(duì)比例的磁性能和密度對(duì)比性能矯頑力(kOe)剩磁(kGs)密度(g/cm3)實(shí)施例118.3211.337.76對(duì)比例115.6311.727.75實(shí)施例213.758.187.92對(duì)比例210.238.677.90實(shí)施例310.387.068.08對(duì)比例38.327.558.05實(shí)施例49.656.128.22對(duì)比例46.536.948.20總結(jié)本發(fā)明利用放電等離子燒結(jié)制備了一種摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合稀土永磁體。相對(duì)于未摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5熱變形復(fù)合稀土永磁體的方式，摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5熱變形復(fù)合稀土永磁體，熱變形的過(guò)程中PrCu相做為界面相，可以隔絕兩個(gè)硬磁相，減小互擴(kuò)散，減弱兩相之間的交換耦合作用，提高矯頑力；在熱變形的過(guò)程中PrCu相液化后分散在晶界處，也可以協(xié)調(diào)兩相的熱變形，促進(jìn)兩相的熱變形；摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5熱變形復(fù)合磁體比未摻雜的PrFeB/PrCo5熱變形復(fù)合磁體的性能明顯提高。獲得的納米晶摻雜PrCu合金的PrFeB/PrCo5復(fù)合磁體具有良好的磁性能、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性能及力學(xué)性能。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3