一種稀土永磁材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種永磁體及其制備方法，特別是一種具有良好的內(nèi)稟矯頑力、性能 一致性強(qiáng)、可加工性好、抗彎抗壓性能強(qiáng)的稀土永磁體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 稀土永磁作為新興的磁性材料，尤其是燒結(jié)釹鐵硼，具有前所未有的高磁能積，自 1983年被發(fā)現(xiàn)后，產(chǎn)業(yè)在新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、伺服電機(jī)、音響馬達(dá)等方面發(fā)揮著巨大 作用。2000年以后，隨著甩帶、氫破工藝的運(yùn)用，燒結(jié)釹鐵硼的磁性能大幅提高，根據(jù)國內(nèi)外 實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，2005年燒結(jié)釹鐵硼的剩磁磁性能已經(jīng)達(dá)到Brl. 55T，已達(dá)到理論的燒結(jié)釹鐵 硼最高性能為剩磁Brl. 61T的96. 27%，但決定產(chǎn)品使用溫度的主要指標(biāo)矯頑力（Hej)仍然 距離理論值較大，僅為理論值的12%。如何提高磁體的矯頑力，以便更好的滿足釹鐵硼在 高工作溫度下的使用，是我們目前突破的關(guān)鍵。
[0003] 傳統(tǒng)的燒結(jié)釹鐵硼磁體工藝，在提高磁體工作溫度方面更多的是通過添加含量較 少的重稀土鏑、鋱等元素提高磁體的內(nèi)稟矯頑力。Dy2Fel4B的各向異性場HA約為12000KA/ m，比Nd2Fel4B的HA5600KA/m高2. 14倍左右，鋱的HA更為明顯。鏑、鋱等重稀土的大量添 力口，雖然可以大幅提高磁體的內(nèi)稟矯頑力，但Dy2Fel4B和Tb2Fel4B磁體的磁極化強(qiáng)度較 低，Nd2Fel4B的JS為I. 6T而Dy2Fel4B的JS僅為0. 71T，鏑鋱等重稀土的大量添加導(dǎo)致釹 鐵硼的Br等性能下降明顯。而且鏑鋱等重稀土屬于稀缺資源，開采成本高，資源有限。因 此，提高磁體工作溫度的同時減少鏑鋱等重稀土的使用量是需要我們解決的重大課題。
[0004] 針對減少或不使用鏑、鋱等重稀土的要求，目前國內(nèi)外進(jìn)行了大量的技術(shù)創(chuàng)新和 設(shè)備研發(fā)，如降低粉體粒度、鏑擴(kuò)散等。通過新工藝技術(shù)與新設(shè)備的使用，燒結(jié)釹鐵硼磁體 的內(nèi)稟矯頑力得到了大幅提高，但隨之帶來了新的問題：降低粉體粒度易導(dǎo)致超細(xì)粉偏多、 產(chǎn)品氧化、內(nèi)外氧含量不均衡、燒結(jié)時溫度控制不當(dāng)導(dǎo)致的晶粒長大、脆性大幅增加、可加 工性差、產(chǎn)品易碎裂成品率低等問題，而鏑擴(kuò)散工藝對產(chǎn)品的厚度有一定的限制、滲鏑擴(kuò)散 不容易均衡、易出現(xiàn)磁體熱變形等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種稀土永磁體及其制備方法，是一種具有低重 稀土、高矯頑力、具有優(yōu)異的一致性的高性能稀土永磁體。
[0006] 本發(fā)明公開的稀土永磁材料的主要組成為（以重量百分比計(jì)，wt%)，PrNd 28-35% ;Dy或Tb中一種或兩種合計(jì)0-5%;B1.0%;M0.01-10%，余量為Fe,其中M元 素為鈦、錫、鋯、銅、鈷、鈮、鋁、錳、鎵、鉻、鎳、鋅、鎂中的一種或幾種，并且當(dāng)銅、鈷、鈮、鋁存 在時，Co0-3% ;A1 0? 2-1. 5%;Nb0-0? 5%;Cu0-0? 2%。
[0007] 作為一種優(yōu)選，M元素為通過納米粉體進(jìn)行添加，所述納米粉體為在氮?dú)饣驓鍤庵?的一種或兩種保護(hù)的電極裝置中（保持氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)壓力恒定），采用電弧法制備的尺 寸10?100納米的粉體。
[0008] 作為一種優(yōu)選，稀土永磁材料為平均晶粒尺寸為2.5?3.5ym，并且最小顆粒 >IUm、最大顆粒< 20iim，優(yōu)選最大顆粒< 10iim。
[0009] 作為一種優(yōu)選，稀土永磁材料中稀土元素Pr、Nd、Dy、Tb總量所占比重為29-35%。
[0010] 本發(fā)明公開的稀土永磁材料的制備方法，a、按照前述將稀土永磁材料的各種原材 料配置于真空速凝爐中高溫熔煉；b、步驟a熔煉得到的合金液體通過0?35°C水冷銅輥速 冷得到急冷鑄片（從而促使急冷鑄片從銅輥接觸面生成大量均勻穿透至自由面的柱狀晶， 貼輥面的柱狀晶形核點(diǎn)距離2?100ym)，急冷鑄片在水冷盤中充分?jǐn)嚢柚辆鶆蚶鋮s得到 合金鑄片（合金鑄片的柱狀晶分布均勻、形核點(diǎn)密集、合金鑄片厚度尺寸為〇. 05-0. 5mm從 而使合金鑄片組織結(jié)構(gòu)無QFe和無非晶態(tài)、富釹相分布均勻，具有良好的結(jié)晶組織）；c、步 驟b得到的合金鑄片經(jīng)過氫破碎、氣流磨、模壓成型、磁化、消磁、真空包裝、等靜壓壓制、真 空燒結(jié)以及后處理從而得到成品。將等靜壓壓制后的磁體放入氧含量低于500ppm的保護(hù) 箱中剝除真空袋并保持在同一環(huán)境下（即保持環(huán)境中氧含量低于500ppm)裝入燒結(jié)盆中待 燒結(jié)。保護(hù)箱可與燒結(jié)爐連體，也可以分體。本發(fā)明技術(shù)方案中在氫破碎后可以根據(jù)需要選 擇對粉料進(jìn)行脫氫再進(jìn)行模壓成型，也可以選擇不脫氫直接進(jìn)行模壓成型。氫破碎后磁體 粉料所含氫含量> 500PPm，氫破碎后可以米用加溫脫氫1?10小時，也可以米用不脫氫方 式氣流磨制粉。磁體在氣流磨制粉過程中通過氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w控制粉料中氧含量， 模壓成型壓制時控制保護(hù)箱氧含量〇?2000ppm，等靜壓后采用氧含量低于500ppm的保護(hù) 箱，保護(hù)磁體進(jìn)燒結(jié)爐，控制燒結(jié)后磁體的氧含量在200?1200ppm優(yōu)選400?800ppm、單 個磁體的內(nèi)外氧含量的差異小于500ppm優(yōu)選小于200ppm、氫含量在1?lOOppm。磁體的 平均晶粒粒徑為3?8iim，優(yōu)選4?6iim(通過日立的TM3030掃描電鏡分析檢測）。
[0011] 將氣流磨制成的磁粉在氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w保護(hù)的密封環(huán)境中按規(guī)定稱好重 量后加入成型壓機(jī)模具中。壓機(jī)可以采用模腔固定，上下壓頭壓制。也可以使用模腔自由組 合，左右壓制的模式。成型磁場場強(qiáng)必須大于I. 5T，成型密封保護(hù)裝置的溫度在0?37°C 之間，氧含量0?2000ppm，粉料在模具中先進(jìn)行充磁取向，然后進(jìn)行壓制成3. 5?4. 5g/ cm3的磁體，最后由壓機(jī)對磁體進(jìn)行退磁。退磁后的磁體在成型密封保護(hù)裝置中進(jìn)行真空包 裝，防止氧氣進(jìn)入。真空后的磁體使用等靜壓壓制，壓力150?200Mpa，保壓1?3分鐘后 取出，磁體的密度在4. 0?5.Og/cm3。
[0012] 作為一種優(yōu)選，步驟c中真空燒結(jié)還包括脫氫工藝，脫氫工藝包括步驟I、將等靜 壓壓制后的磁體在250?350°C保溫1?3小時進(jìn)行初步脫氫和除雜；步驟II、初步脫氫和 除雜的磁體在450?600°C保溫1?5小時脫除富釹相氫，處理后的磁體氧含量為200? IOOOppm,更優(yōu)選地氧含量為400?800ppm;單個磁體的內(nèi)外氧含量的差異小于500ppm，更 優(yōu)選地單個磁體的內(nèi)外氧含量的差異小于200ppm;磁體氫含量為1?lOOpprn。在生產(chǎn)過程 中為了提高磁體的性能防止氧化，磁體本身還含有大量的氫。此時部分氫會游離在磁體空 隙中，會導(dǎo)致磁體產(chǎn)生裂紋、脆性增加、可加工性能差，這里通過兩次脫氫工藝可以有效地 去除磁體中的游離氫、雜質(zhì)以及富釹相氫，從而可以在很大程度上提高磁體的質(zhì)量穩(wěn)定性 和加工性，有效地提高成品率。
[0013] 作為一種優(yōu)選，步驟c中后處理步驟為經(jīng)高溫1000?1080°C燒結(jié)1-10小時后，降 溫并且順次經(jīng)過850?950°C時1?3小時的一次回火，450?550°C時2?5小時的二次 回火后冷卻至80°C以下出爐。
[0014] 作為一種優(yōu)選，步驟b中急冷鑄片為在溫度為0?35°C水冷銅輥中急速凝成甩片 后，保溫600?900°C1?30分鐘得到。
[0015] 作為一種優(yōu)選，步驟C中磁化的磁場場強(qiáng)大于I. 5T，成型溫度在0?37°C之間。
[0016] 作為一種優(yōu)選，步驟c中真空燒結(jié)后磁體的氧含量在200?1200ppm，氫含量在 1?IOOppm,其中單個磁體的內(nèi)外氧含量的差異小于500ppm。
[0017]R_Fe_B(R表不稀土兀素）稀土永磁合金片在氫氣的氛圍中會與氫氣發(fā)生吸氫反 應(yīng)：
[0018]R2Fel4B+Hx=R2Fel4BHx_AHl
[0019]R+Hy=RNdHy-AH2
[0020] 由于RFeB合金片是脆性材料，伸長率幾乎為零，斷裂強(qiáng)度很低，氫化時形成氫化 物的局部區(qū)域產(chǎn)生體積膨脹和內(nèi)應(yīng)力，從而形成單晶顆粒。通過這個原理，可以將氫氣導(dǎo)入 密閉的不銹鋼桶中與合金片發(fā)生氫化反應(yīng)，制成氫含量> 500PPm的氫