專利名稱：一種利用混合稀土mm制備的低成本永磁體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用混合稀土 MM制備的低成本永磁體及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)與技術(shù)中常見的永磁材料包括鑄造永磁材料、鐵氧體永磁材料、稀土永磁材料及其他四大類。其中，第三代稀土永磁材料——釹鐵硼因其優(yōu)異的綜合磁性能，特別有利于實現(xiàn)儀表儀器的小型化、輕量化和薄型化，成為了現(xiàn)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心材料。數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，全世界對釹鐵硼的需求量從80年代的3萬噸上升到2010年的12萬噸(2010年的數(shù)據(jù)還受到了經(jīng)濟危機的影響)；據(jù)預(yù)測，到2015年，需求量將增至20萬噸。伴隨著需求量的快速增長，Nd-Fe-B磁體的價格也在飛漲。僅在2010年一年間，釹氧化物的價格就從17$/kg飆升到了 85$/kg，而現(xiàn)在Nd-Fe-B的價格已經(jīng)超過100$/kg。近期不斷有專家提出“稀土危機論”，認為世界稀土產(chǎn)業(yè)當(dāng)前面臨嚴峻的考驗，迫切需要找到一種新的低成本的永磁體來替代釹鐵硼，實現(xiàn)成本控制，解決燃眉之急。應(yīng)對當(dāng)前稀土產(chǎn)業(yè)的成本危機，科研工作者的研究主要集中在三個方向一是通過工藝和晶界相的優(yōu)化，在保障釹鐵硼磁體高熱穩(wěn)定性的同時降低重稀土含量；這部分工作已經(jīng)取得了很大的進展，例如特拉華州大學(xué)的研究顯示，通過晶界添加Dy2S3可以實現(xiàn)Dy有效進入主相的目的。二是尋找一種新的高性能磁體來取代稀土永磁體；這部分研究現(xiàn)在是困難重重，很難再找到一種高性能磁體可以和釹鐵硼相媲美，能利用廉價的儲量豐富的Fe以及極少量的B實現(xiàn)優(yōu)異的綜合磁性能。三是在現(xiàn)有釹鐵硼的研究基礎(chǔ)上，尋找一種低成本磁體，保障一定的磁性能。

第三種途徑能更加有效地改善現(xiàn)狀。再結(jié)合我國稀土儲量以及地域分布，內(nèi)蒙古白云鄂博礦的儲量最多，它的礦石在經(jīng)過化學(xué)處理后，便可得到Mishmetal產(chǎn)物，稱為混合稀土金屬MM。利用MM進行稀土永磁體的制備，一方面是能省去各種萃取環(huán)節(jié)，大幅節(jié)約成本；另一方面是能夠提高稀土礦的利用率，避免分離過程中稀土的流失。因此用混合稀土MM來替代部分Nd，制備(MM，Nd) -Fe-B磁體，可以大大降低永磁體材料的成本，有助于實現(xiàn)成本控制，是應(yīng)對當(dāng)前稀土產(chǎn)業(yè)價格危機的一種有效措施。從內(nèi)稟磁性能的角度來看，相較于Nd和Pr，MM2Fe14B的各項磁性能指標(biāo)都要差一些；但是，當(dāng)加入一些元素取代Fe對性能進行優(yōu)化之后，其各項磁參量指標(biāo)是可以達到使用要求的。特別是對于填補鐵氧體和釹鐵硼磁體之間的最大磁能積取值為38 200kJ/m3的產(chǎn)品空白，是完全能夠?qū)崿F(xiàn)的。同時，對于牌號在40以下的Nd-Fe-B永磁體，都是有很大可能實現(xiàn)取代的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用混合稀土麗制備的低成本永磁體及其制備方法。利用混合稀土麗制備的低成本永磁體的原子分數(shù)通式為MMxNdy(Fe1=Mz) 1QQ_x_y_wBw，式中，MM為混合稀土，其質(zhì)量組成成分的界定是TREM>99%，Ce/TREM>48%, La/TREM:20^35%, Pr:4 7%，Nd:10^20%, Sm<0. 3%, Fe〈l%，Mg<0. 8%, Si<0. 2%,Ca〈0. 03%, S〈0. 02%, P〈0. 01%, M 為 Nb、V、T1、Co、Cr、Mo、Mn、N1、Ga、Zr、Ta、Ag、Au、Al、Pb、Cu、Si元素中一種或幾種，Nd為釹元素，B為硼元素，x、y、z、w滿足以下關(guān)系14. 5 ^ x+y ^ 17. 5,1/3 ( x/y ( 1、0· I 彡 ζ 彡 5、5 彡 w 彡 8· 5。利用混合稀土 MM制備低成本永磁體的制備方法的步驟如下
O配料，所使用的原材料為混合稀土金屬麗，純度均大于99. 5%的釹、鐵、鈮、釩、鈦、鈷、鉻、鑰、錳、鎳、鎵、鋯、鉭、銀、金、鋁、鉛、銅和硅，硼的加入是以硼鐵合金的形式；
2)熔煉與速凝鱗片鑄錠，合金采用真空中頻感應(yīng)熔煉并進行速凝鱗片鑄錠制成厚帶，首先將配好的原材料放入干凈的坩堝內(nèi)，然后將坩堝放入中頻感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進行真空熔煉，熔煉后將熔融的金屬液經(jīng)過渡包澆注到旋轉(zhuǎn)的水冷銅輥輪上，輥輪轉(zhuǎn)速為廣2 m/s，制得厚度為O. 2^0. 5 mm的速凝厚帶；
3)氫爆，采用旋轉(zhuǎn)式氫碎爐對速凝厚帶進行氫爆處理，將合金破碎成10 300μ m的顆
粒;
4)氣流磨或者球磨制粉后磁場取向壓型，在航空汽油或石油醚中進行球磨，或者利用高壓氮氣等惰性氣體在6 7 atm下進行氣流磨，將氫爆粉制成平均粒度為Γ5 μ m的磁粉，然后將磁粉在1. 5^2 T的磁場下取向壓型，并經(jīng)17 MPa的冷等靜壓制成生坯； 5)真空燒結(jié)與回火，用高真空正壓燒結(jié)爐將生坯在102(Tll20°C燒結(jié)制成磁體，然后進行一級回火和二級回火兩步回火熱處理，一級回火溫度為84(T950 °C，二級回火溫度為48(T650°C。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果
1)本發(fā)明所提供的磁體，利用了混合稀土麗?？紤]到中國稀土資源的特色，內(nèi)蒙古白云鄂博礦的儲量最多，礦石在經(jīng)過化學(xué)處理后，便可得到Mishmetal產(chǎn)物，簡稱為混合稀土金屬MM。本發(fā)明能夠利用MM部分取代Nd進行稀土永磁體的制備和生產(chǎn)，實現(xiàn)成本控制。按照現(xiàn)在國內(nèi)市場上的價格來看，MM的價格大約是40元/公斤，是鐠釹合金價格(490元/公斤)的將近1/10 ；
2)本發(fā)明所提供的磁體，由于利用7 Nb、V、T1、Co、Cr、Mo、Mn、N1、Ga、Zr、Ta、Ag、Au、Al、Pb、Cu、Si元素中一種或幾種，對磁體的磁性能進行優(yōu)化，能夠在MM取代一定量Nd的同時保障一定磁性能；
3)磁體組成中的硼，在實際操作中為了降低配料加工熔融過程時的熔點，采用購買市售硼重量百分比為189Γ20%的硼鐵合金加入；
4)為了盡量避免合金的氧化，在制粉時，選擇在航空汽油或石油醚中進行球磨或者利用高壓氮氣等惰性氣體在6 7 atm下進行氣流磨。
具體實施例方式本發(fā)明所提供的新型永磁體的組織結(jié)構(gòu)仍保留Nd-Fe-B的結(jié)構(gòu)，包括主相、富稀土相和富硼相。主相為RE2Fe14B, RE為La, Ce, Pr, Nd。與Nd2Fe14B相相比，內(nèi)稟磁性能的各項指標(biāo)都要差一些。在本發(fā)明中，為了在降低成本的同時，改善磁體的磁性能，可適當(dāng)加入一些非稀土金屬元素M，通過部分摻雜來調(diào)整磁體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，提升磁體的％，H。」，T。等指標(biāo)，來滿足應(yīng)用的要求。
利用混合稀土麗制備的低成本永磁體的原子分數(shù)通式為MMxNdy (Fe1^zMz) ioo-x-y-wBwJ式中，MM為混合稀土金屬，其質(zhì)量組成成分的界定是TREM>99%，Ce/TREM>48%, La/TREM:20 35%，Pr:4 7%，Nd: 10 20%，Sm〈0. 3%, Fe〈l%，Mg〈0. 8%, Si〈0. 2%,Ca〈0. 03%, S〈0. 02%, P〈0. 01%, M 為 Nb、V、T1、Co、Cr、Mo、Mn、N1、Ga、Zr、Ta、Ag、Au、Al、Pb、Cu、Si元素中一種或幾種，Nd為釹元素，B為硼元素，x、y、z、w滿足以下關(guān)系14. 5 ^ x+y ^ 17. 5,1/3 ( x/y ( 1、0· I 彡 ζ 彡 5、5 彡 w 彡 8· 5。
利用混合稀土 MM制備的低成本永磁體的制備方法的步驟如下
O配料，所使用的原材料為混合稀土金屬麗，純度均大于99. 5%的釹、鐵、鈮、釩、鈦、鈷、鉻、鑰、錳、鎳、鎵、鋯、鉭、銀、金、鋁、鉛、銅和硅，硼的加入是以硼鐵合金的形式；
2)熔煉與速凝鱗片鑄錠，合金采用真空中頻感應(yīng)熔煉并進行速凝鱗片鑄錠制成厚帶，首先將配好的原材料放入干凈的坩堝內(nèi)，然后將坩堝放入中頻感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進行真空熔煉，熔煉后將熔融的金屬液經(jīng)過渡包澆注到旋轉(zhuǎn)的水冷銅輥輪上，輥輪轉(zhuǎn)速為廣2 m/s，制得厚度為O. 2^0. 5 mm的速凝厚帶；
3)氫爆，采用旋轉(zhuǎn)式氫碎爐對速凝厚帶進行氫爆處理，將合金破碎成10 300μ m的顆
粒;
4)氣流磨或者球磨制粉后磁場取向壓型，在航空汽油或石油醚中進行球磨，或者利用高壓氮氣等惰性氣體在6 7 atm下進行氣流磨，將氫爆粉制成平均粒度為Γ5 μ m的磁粉，然后將磁粉在1. 5^2 T的磁場下取向壓型，并經(jīng)17 MPa的冷等靜壓制成生坯；
5)真空燒結(jié)與回火，用高真空正壓燒結(jié)爐將生坯在102(Tll20°C燒結(jié)制成磁體，然后進行一級回火和二級回火兩步回火 熱處理，一級回火溫度為84(T950°C，二級回火溫度為48(T650°C。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不僅僅局限于以下實施例
實施例1:
O配料，所使用的原材料為混合稀土金屬MM，純度均大于99. 5%的釹、鐵、鈷、鋁和釩，硼的加入是以硼鐵合金的形式，其中，原子百分數(shù)計，6. 5%的麗，8%的Nd，5%的B，O. 2%的Co，1. 5%的Al,O. 2%的V，余量為Fe。如下表所示
權(quán)利要求
1.一種利用混合稀土麗制備的低成本永磁體，其特征在于磁體的原子分數(shù)通式為MMxNdy (Fe1^zMz) ioo-x-y-wBwJ式中，MM為混合稀土金屬，其質(zhì)量組成成分的界定是TREM>99%，Ce/TREM>48%, La/TREM:20 35%，Pr:4 7%，Nd: 10 20%，Sm〈0. 3%, Fe〈l%，Mg〈0. 8%, Si〈0. 2%,Ca〈0. 03%, S〈0. 02%, P〈0. 01%, M 為 Nb、V、T1、Co、Cr、Mo、Mn、N1、Ga、Zr、Ta、Ag、Au、Al、Pb、Cu、Si元素中一種或幾種，Nd為釹元素，B為硼元素，x、y、z、w滿足以下關(guān)系14. 5 ^ x+y ^ 17. 5,1/3 ( x/y ( 1、0.1 彡 z 彡 5、5 彡 w 彡 8. 5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用混合稀土MM制備的低成本永磁體的制備方法，其特征在于它的步驟如下 1)配料，所使用的原材料為混合稀土金屬麗，純度均大于99.5%的釹、鐵、鈮、釩、鈦、鈷、鉻、鑰、錳、鎳、鎵、鋯、鉭、銀、金、鋁、鉛、銅和硅，硼的加入是以硼鐵合金的形式； 2)熔煉與速凝鱗片鑄錠，合金采用真空中頻感應(yīng)熔煉并進行速凝鱗片鑄錠制成厚帶，首先將配好的原材料放入干凈的坩堝內(nèi)，然后將坩堝放入中頻感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進行真空熔煉，熔煉后將熔融的金屬液經(jīng)過渡包澆注到旋轉(zhuǎn)的水冷銅輥輪上，輥輪轉(zhuǎn)速為廣2 m/s，制得厚度為0. 2^0. 5 mm的速凝厚帶； 3)氫爆，采用旋轉(zhuǎn)式氫碎爐對速凝厚帶進行氫爆處理，將合金破碎成10 300ii m的顆粒; 4)氣流磨或者球磨制粉后磁場取向壓型，在航空汽油或石油醚中進行球磨，或者利用高壓氮氣等惰性氣體在6 7 atm下進行氣流磨，將氫爆粉制成平均粒度為T5 y m的磁粉，然后將磁粉在1. 5^2 T的磁場下取向壓型，并經(jīng)17 MPa的冷等靜壓制成生坯； 5)真空燒結(jié)與回火，用高真空正壓燒結(jié)爐將生坯在102(Tll20°C燒結(jié)制成磁體，然后進行一級回火和二級回火兩步回火熱處理，一級回火溫度為84(T950 °C，二級回火溫度為48(T650°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用混合稀土MM制備的低成本永磁體及制備方法。磁體原子分數(shù)通式為MMxNdy(Fe1-zMz)100-x-y-wBw，MM是混合稀土金屬，成分為Ce>48%，La:20~35%，Nd:10~20%，Pr:4~7%，其余為Fe、Si、S等，M為Nb、V、Ti、Co、Cr、Mo、Mn、Ni、Ga、Zr、Ta、Ag、Au、Al、Pb、Cu、Si中的一種或幾種，14.5≤x+y≤17.5、1/3≤x/y≤1、0.1≤z≤5、5≤w≤8.5。本發(fā)明提供的磁體利用低成本MM部分取代Nd，同時配合晶界改進元素和難溶元素摻雜Fe，在保障一定磁性能的同時降低成本滿足市場需求。
文檔編號H01F7/02GK103035350SQ20131000878
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者嚴密, 金佳瑩, 馬天宇, 梁麗萍, 張培, 高翠 申請人:浙江大學(xué)