稀土永磁材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及稀土永磁技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種成本較低的稀土永磁材料及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 稀土永磁材料是以稀土金屬元素與過渡族金屬所形成的金屬間化合物為基體的 永磁材料。釹鐵硼永磁材料（也稱NdFeB永磁材料）具有優(yōu)異的磁特性，已廣泛應(yīng)用于社 會生產(chǎn)、生活以及國防與航天等領(lǐng)域，成為支撐社會進(jìn)步的重要功能材料。在NdFeB永磁材 料中，稀土Nd的成本占到原材料成本的90%以上。隨著工業(yè)的發(fā)展與社會的進(jìn)步，NdFeB 永磁材料的使用量逐年增加，因此，有必要發(fā)展一種新的廉價Re-Fe-B化合物（Re表示稀土 元素），以減少Nd的用量，降低生產(chǎn)成本，平衡稀土利用。
[0003] 在NdFeB永磁材料中經(jīng)常添加的稀土元素有鐠（Pr)、鏑（Dy)、鋱（Tb)，但是，這些 稀土金屬價格昂貴，而且Dy與Tb在稀土資源中所占比例少，價格較為昂貴。稀土昂貴的價 格與部分稀土資源的缺乏，促使研宄者對Ce產(chǎn)生了興趣。然而，Ce2Fe14B的飽和磁化強(qiáng)度 與各向異性場均低于Nd2Fe14B相，Ce2Fe14B單主相化合物難以同時具備高的剩磁與內(nèi)稟矯頑 力。例如中國公開的專利申請（公開號為CN102779602A)公開了Ce-Fe-B快淬永磁材料， 其先將原料合金熔融然后經(jīng)由快淬制成快淬粉，由于該永磁材料為各向同性的磁粉，因此 矯頑力與剩磁均較低，磁性能較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種成本較低且磁性能較好的稀土永磁材料及其制備方 法。
[0005] 本發(fā)明提供一種稀土永磁材料的制備方法，其包括以下步驟：
[0006] ⑴分別提供Re-Fe-B快淬粉以及Ce基快淬粉，其中所述Re-Fe-B快淬粉中稀土Re 為NcUPr、Dy、Tb中的一種或幾種，所述Ce基快淬粉的化學(xué)式為CexFe (lOO-x-y-z)ByMz，M選自 Ga、Co、Al、Zn、Cu、Nb以及Zr中的一種或多種，x、y以及z為對應(yīng)元素的質(zhì)量百分含量，且 28%^x^35%,0. 8%^y^l.5%,0%^z^2%；
[0007] ⑵將所述Ce基快淬粉與所述Re-Fe-B快淬粉混合均勻得到混合磁粉，其中，在所 述混合磁粉中所述Ce基快淬粉所占的質(zhì)量百分比為10%?50% ;
[0008] ⑶將所述混合磁粉依次進(jìn)行熱壓成型、熱變形成型及回火處理，得到稀土永磁材 料，所述稀土永磁材料為多主相結(jié)構(gòu)，所述稀土永磁材料主要由納米級片狀晶組成。
[0009] 其中，在所述混合磁粉中所述Ce基快淬粉所占的質(zhì)量百分比為10%?20%。
[0010] 其中，在步驟⑴中所述Ce基快淬粉的制備方法如下：首先，采用電弧或感應(yīng)熔煉 的方法熔煉Ce-Fe-_B-M母合金，所述熔煉過程在惰性氣氛下進(jìn)行；然后，在惰性氣氛中將熔 融態(tài)Ce-Fe-_B_M母合金噴射至水冷棍輪進(jìn)行快淬，得到Ce基快淬帶，其中棍面速度為IOm/ s?50m/s，快淬溫度為1200°C?1500°C，噴射壓力為O.OIMPa?0?IMPa;最后，將所述Ce 基快淬帶進(jìn)行機(jī)械破碎，形成粒徑為50微米?300微米的Ce基快淬粉。
[0011] 其中，在步驟⑶中所述熱壓成型的過程具體為：將混合磁粉放入第一模具中，在 真空環(huán)境中對混合磁粉進(jìn)行加熱至第一溫度，并對第一模具施加第一壓力，得到熱壓毛坯， 其中，所述第一溫度為650°c?700°C，所述第一壓力為150MPa?200MPa，且所述真空環(huán)境 的真空度不低于5Xl(T2Pa。
[0012] 其中，在步驟⑶中所述熱變形成型的過程具體為：將所述熱壓毛坯放入第二模 具中，在惰性氣氛中對所述熱壓毛坯進(jìn)行加熱至第二溫度，使所述熱壓毛坯進(jìn)行變形度為 30 %?95 %的變形，再對變形后的熱壓毛坯施加第二壓力，得到熱變形磁體，其中所述第二 溫度為800°C?900°C，所述第二壓力為30MPa?lOOMPa。
[0013] 其中，在步驟⑶中所述回火處理的過程具體為：在真空環(huán)境中將所述熱變形磁體 加熱至第三溫度并保溫，并于保溫結(jié)束后淬火急冷，其中第三溫度為500°C?800°C，保溫 時間為1小時?10小時，加熱時升溫速率為5°C/min?20°C/min。
[0014] 本發(fā)明還提供一種采用上述制備方法得到的稀土永磁材料，所述稀土永磁材料為 多主相結(jié)構(gòu)，所述稀土永磁材料主要由納米級片狀晶組成，所述納米級片狀晶的化學(xué)式為 (RewCea) 2 (Fei_bC〇b) 14B，其中，稀土Re為NcUPr、Dy、Tb中的一種或幾種，a和b為對應(yīng)元素 的原子比例，0彡a彡1，0彡b彡0. 5。
[0015] 其中，所述納米級片狀晶的長度為200nm?lOOOnm，厚度為50nm?100nm。
[0016] 與傳統(tǒng)燒結(jié)技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的稀土永磁材料的制備方法中，采用熱壓成 型和熱變形成型工藝，通過熱壓成型使合金致密化，得到熱壓毛坯；在熱變形過程中，熱壓 毛坯在高溫和壓力作用下，（Nd,Ce) 2 (Fe,Co) 14B相晶粒通過溶解-傳質(zhì)-再結(jié)晶過程，形成 沿易磁化軸c軸一致取向的片狀晶，故熱變形磁體具有較高剩磁；由于成型溫度低，保溫時 間短，因此晶粒細(xì)小，矯頑力高，從而得到的稀土永磁材料具有較高的矯頑力和剩磁，磁性 能優(yōu)異。并且，所述稀土永磁材料為多主相結(jié)構(gòu)，其主要由納米級片狀晶組成，耐腐蝕性 強(qiáng)，具有較好的實用性。
[0017] 而且，由于采用廉價的稀土Ce部分取代昂貴的Nd、Pr等稀土金屬，Ce最大含量可 以達(dá)到稀土總量的50%，因而降低生產(chǎn)成本，平衡稀土利用。
[0018] 進(jìn)一步，還可根據(jù)需要調(diào)節(jié)所述Ce基快淬粉與所述Re-Fe-B快淬粉的混合比例， 進(jìn)而調(diào)節(jié)所述稀土材料中Ce的含量來調(diào)整其磁特性，以滿足不同產(chǎn)品中磁性能的需要。所 述制備方法易于實現(xiàn)近終成型，且材料收得率高，工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明采用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Ce基快淬粉制備得到的各稀土永磁材料的 X-射線衍射（XRD)圖，其中，Ce基快淬粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是指在制備方法中第⑵步混合磁粉中 Ce基快淬粉所占的質(zhì)量百分比。
[0020] 圖2為本發(fā)明采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的Ce基快淬粉制備得到的稀土永磁材料的掃 描電鏡（SEM)照片。
[0021] 圖3為本發(fā)明采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的Ce基快淬粉制備得到的稀土永磁材料的掃 描電鏡（SEM)照片。
[0022] 如下具體實施例將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0023] 以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的稀土永磁材料的制備方法作進(jìn)一步說明。
[0024] 本發(fā)明提供一種稀土永磁材料的制備方法，其包括以下幾個步驟：
[0025]Sl，分別提供Re-Fe-B快淬粉以及Ce基快淬粉，其中所述Re-Fe-B快淬粉中稀土 Re為Nd、Pr、Dy、Tb中的一種或幾種，所述Ce基快淬粉的化學(xué)式為CexFe__x_y_z)ByMz，M選自 Ga、Co、Al、Zn、Cu、Nb以及Zr中的一種或多種，x、y以及z為對應(yīng)元素的質(zhì)量百分含量，且 28%^x^35%,0. 8%^y^l.5%,0%^z^2%；
[0026]S2,將所述Ce基快淬粉與所述Re-Fe-B快淬粉混合均勻得到混合磁粉，其中，在所 述混合磁粉中所述Ce基快淬粉所占的質(zhì)量百分比為10%?50%;以及
[0027]S3,將所述混合磁粉依次進(jìn)行熱壓成型、熱變形成型及回火處理，得到主要由納米 級片狀晶組成的稀土永磁材料。
[0028] 在步驟Sl中，所述Ce基快淬粉的制備方法具體如下：
[0029]Slll，采用電弧或感應(yīng)熔煉的方法熔煉Ce-Fe-_B-M母合金，所述熔煉過程在惰性 氣氛下進(jìn)行；
[0030] S112,在惰性氣氛中將熔融態(tài)Ce-Fe-_B-M母合金噴射至水冷輥輪進(jìn)行快淬，得到 Ce基快淬帶，其中輥面速度為lOm/s?50m/s，快淬溫度為1200°C?1500°C，噴射壓力為 0.OlMPa?0.IMPa;
[0031]Sl13,將所述Ce基快淬帶進(jìn)行機(jī)械破碎，形成粒徑為50微米?300微米的Ce基 快淬粉。
[0032] 在步驟Slll中，先按照Ce基快淬粉中各元素的配比配制原料，再進(jìn)行熔煉得到熔 融態(tài)Ce-Fe-_B-M母合金。在熔煉的過程中，原料中的各原子會發(fā)生一系列的化學(xué)變化，而 形成具有一定配比的主相和富Ce相。所述惰性氣氛是指氮氣、氬氣、氖氣、氪氣等氣氛。
[0033] 在步驟S112中，通過快淬，得到非晶態(tài)、或納米晶與非晶共存的Ce基快淬帶，以 便于制備具有高磁性能的稀土材料。
[0034] 在步驟Sl 13中，所述Ce基快淬帶通過機(jī)械破碎形成Ce基快淬粉，以便于在后續(xù) 的熱壓成型中與Re-Fe-B快淬粉形成更好的接觸。
[0035] 所述Re-Fe-B快淬粉可參照上述Ce基快淬粉的制備方法進(jìn)行制備，也可直接從市 場購得，在此不再贅述。
[0036] 在步驟S2中，通過將所述Ce基快淬粉與所述Re-Fe-B快淬粉混合，使得所述Ce 基快淬粉均勻分布于所述Re-Fe-B快淬粉中。所述混合可在三維混料機(jī)中進(jìn)行。在所述混 合磁粉中所述Ce基快淬粉所占的質(zhì)量比例為10%?50%。在所述混合磁粉中所述Ce基 快淬粉所占的質(zhì)量比例優(yōu)選為10 %?20 %，此時得到的稀土永磁材料的磁體性磁能積大 于39MG0e，內(nèi)稟矯頑力大于12k0e，剩磁大于12. 6kGs。
[0037] 在步驟S3中，通過所述熱壓成型和熱變形成型工藝制備成片狀晶結(jié)構(gòu)的多主相 稀土永磁材料。具體為：熱壓成型使合金致密化，得到熱壓毛坯；在熱變形過程中，熱壓毛 坯在高溫和壓力作用下，（Nd,Ce) 2 (Fe,Co) 14B相晶粒通過溶解-傳質(zhì)-再結(jié)