本發(fā)明涉及一種(nd,y)-fe-b稀土永磁體及其制備方法
背景技術(shù)：
第三代稀土永磁材料釹鐵硼因為高剩磁、高矯頑力和高磁能積的特點，被廣泛應(yīng)用于電力電子、通訊、信息、電機、交通運輸、辦公自動化、醫(yī)療器械、軍事等領(lǐng)域。在很多情況下，釹鐵硼永磁體會應(yīng)用在溫度較高的環(huán)境下，這時磁體的溫度穩(wěn)定性就顯得十分重要，這決定了磁體能否在高溫環(huán)境下繼續(xù)保持較高的磁性能。傳統(tǒng)上提高燒結(jié)磁體溫度穩(wěn)定性的主要途徑是提高室溫的矯頑力，所以一般會采用添加重稀土元素如tb、dy等。但是，由于重稀土在地殼中的儲量較少、價格很高，無論從經(jīng)濟，還是稀土資源的可持續(xù)利用的角度來說，都需要找到一種新的方式來提高磁體的溫度穩(wěn)定性。
除了提高磁體的室溫矯頑力外，磁體的磁晶各向異性場隨著溫度的變化趨勢對磁體的溫度穩(wěn)定性也十分重要，因為這決定了在升溫過程中，磁體的矯頑力下降速率的快慢。因為稀土元素y沒有4f電子，所以y2fe14b化合物的磁晶各向異能主要是由fe亞晶格所貢獻的。前人對于y2fe14b單晶體的研究表明其磁晶各向異能表達式中高于磁晶各向異性常數(shù)k1的各階常數(shù)都可以忽略，所以其各向異性能主要由k1項所決定。而k1在一定的溫度區(qū)間內(nèi)具有正的溫度系數(shù)，即隨著溫度升高是逐漸變大的。所以稀土元素y所形成的2:14:1化合物在特定的溫度區(qū)間內(nèi)具有不同于其他稀土化合物的反常溫度特性。
綜上所述，在生產(chǎn)的稀土永磁體中用稀土元素y部分取代nd，可利用y2fe14b的反常的溫度行為來提高磁體的溫度穩(wěn)定性。在特定的溫度區(qū)間內(nèi)磁體的鐵磁性對溫度的依賴性會減弱甚至變成正關(guān)系，這對于磁體在升溫環(huán)境下保持其磁性能有著至關(guān)重要的作用。同時，經(jīng)過第一性原理計算證明，y元素在加入釹鐵硼磁體后會趨于進入主相，保持2：14：1鐵磁相對磁性能的保持也尤為重要。y元素的儲量在稀土元素中僅少于ce和la，是一種高豐度稀土元素。所以應(yīng)用y元素生產(chǎn)稀土永磁體，還有助于實現(xiàn)成本控制，緩解當前國際稀土產(chǎn)業(yè)的嚴峻形勢。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種(nd,y)-fe-b稀土永磁體及其制備方法
一種(nd,y)-fe-b稀土永磁體包括以質(zhì)量百分數(shù)計90～99.99％的主相合金和0.01～10％的晶界相輔合金。
主相合金成分以原子百分數(shù)計為(yxnd1-x-yrey)ufe100-u-v-wmvbw，re為除y和nd以外的其他稀土元素中的一種或幾種，m為nb、v、ti、co、cr、mo、mn、ni、ga、zr、ta、ag、au、al、pb、cu、si元素中的一種或幾種；x、y、u、v和w滿足以下關(guān)系：0.01≤x≤0.6、0＜y≤0.1、12≤u≤18、0＜v≤2、5.6≤w≤7。
晶界相輔合金成分以原子百分數(shù)計為r100-zm’z，r為稀土元素中的一種或幾種，m’為cu、h、o、f、fe、ga、ti、al、co、nb、zr、ta、si、v、mo、mn、ag、mg、zn元素中的一種或幾種；z滿足：0<z<100。
一種(nd,y)-fe-b稀土永磁體的制備方法的步驟具體如下：
1)按照設(shè)計的主相合金成分進行配料，在真空度高于10-2pa的真空中頻感應(yīng)爐中熔煉主相合金，采用速凝鑄帶技術(shù)得到厚度為0.2～0.5mm的主相合金甩片，然后經(jīng)過氫爆和氣流磨工藝制備平均粒度為3～4μm的主相合金粉末；
2)按照設(shè)計的晶界相輔合金成分進行配料，然后依次通過熔煉、粗破、球磨制備平均粒度為0.01～3.0μm的晶界相輔合金粉末；
3)將晶界相輔合金粉末與主相合金粉末在氮氣保護下混合均勻，在1.5～2t的磁場下進行取向壓型，得到生坯。其中，晶界相輔合金粉末占總粉末質(zhì)量的0.01～10％；
4)將得到的生坯進行真空封裝，15～20mpa間冷等靜壓1～3min，放入高真空正壓燒結(jié)爐，在1040～1100℃間燒結(jié)2.5～4h，860～920℃間進行一級回火，480～620℃間進行二級回火，得到稀土永磁體。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果：1)通過在主相成分中用y部分取代nd，利用y2fe14b的反常的溫度行為來提高永磁體的溫度穩(wěn)定性；2)通過合理設(shè)計優(yōu)化成分中的合金元素，使磁體在燒結(jié)過程中盡可能多的形成2：14：1強磁相，保證了永磁體具有較高的內(nèi)稟磁性能。3)由于y加入后大部分都進入了主相，所以本發(fā)明通過設(shè)計制備了新的晶界相，進一步提高磁體綜合磁性能的同時，也提高了磁體的本征抗蝕性；4)本發(fā)明通過恰當?shù)貎?yōu)化燒結(jié)工藝和熱處理的工藝，使磁體充分致密的同時又防止了主相晶粒的長大，進一步滿足了應(yīng)用需求；5)y作為一種高豐度稀土元素，相較于價格高、豐度低的nd，pr，dy，tb等稀土元素，能夠在降低成本的同時促進稀土產(chǎn)品的產(chǎn)銷平衡，保護珍貴的稀土資源。
具體實施方式
一種(nd,y)-fe-b稀土永磁體包括以質(zhì)量百分數(shù)計90～99.99％的主相合金和0.01～10％的晶界相輔合金。
主相合金成分以原子百分數(shù)計為(yxnd1-x-yrey)ufe100-u-v-wmvbw，re為除y和nd以外的其他稀土元素中的一種或幾種，m為nb、v、ti、co、cr、mo、mn、ni、ga、zr、ta、ag、au、al、pb、cu、si元素中的一種或幾種；x、y、u、v和w滿足以下關(guān)系：0.01≤x≤0.6、0＜y≤0.1、12≤u≤18、0＜v≤2、5.6≤w≤7。
晶界相輔合金成分以原子百分數(shù)計為r100-zm’z，r為稀土元素中的一種或幾種，m’為cu、h、o、f、fe、ga、ti、al、co、nb、zr、ta、si、v、mo、mn、ag、mg、zn元素中的一種或幾種；z滿足：0<z<100。
一種(nd,y)-fe-b稀土永磁體的制備方法的步驟具體如下：
1)按照設(shè)計的主相合金成分進行配料，在真空度高于10-2pa的真空中頻感應(yīng)爐中熔煉主相合金，采用速凝鑄帶技術(shù)得到厚度為0.2～0.5mm的主相合金甩片，然后經(jīng)過氫爆和氣流磨工藝制備平均粒度為3～4μm的主相合金粉末；
2)按照設(shè)計的晶界相輔合金成分進行配料，然后依次通過熔煉、粗破、球磨制備平均粒度為0.01～3.0μm的晶界相輔合金粉末；
3)將晶界相輔合金粉末與主相合金粉末在氮氣保護下混合均勻，在1.5～2t的磁場下進行取向壓型，得到生坯。其中，晶界相輔合金粉末占總粉末質(zhì)量的0.01～10％；
4)將得到的生坯進行真空封裝，15～20mpa間冷等靜壓1～3min，放入高真空正壓燒結(jié)爐，在1040～1100℃間燒結(jié)2.5～4h，860～920℃間進行一級回火，480～620℃間進行二級回火，得到稀土永磁體。
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：
1)以原子百分數(shù)計，成分為(nd0.85y0.05pr0.1)12fe81.95co0.05al0.2b5.8的主相在真空度高于10-2pa的真空中頻感應(yīng)爐熔煉后，采用速凝鑄帶技術(shù)得到厚度為0.3mm的相應(yīng)主相甩片，經(jīng)過氫爆和氣流磨工藝制備平均粒度為3.3μm的主相合金粉末；
2)以原子百分數(shù)計，將成分為nd70cu30的晶界相輔合金依次通過熔煉、粗破、球磨制備，晶界改性相粉末平均粒度為1.5μm；
3)將質(zhì)量百分數(shù)為90％的主相合金粉末和質(zhì)量百分數(shù)為10％的晶界相輔合金粉末混合均勻后，在2t的磁場下取向成型，并經(jīng)17mpa冷等靜壓制成生坯；
4)將得到的生坯放入高真空正壓燒結(jié)爐，在1080℃燒結(jié)4h，890℃進行一級回火，680℃進行二級回火，得到稀土永磁體。
5)磁體磁性能為br＝13.1kgs，hcj＝12.4koe，(bh)max＝44.8mgoe；
在20℃～150℃，磁體的矯頑力溫度系數(shù)為-0.49％/℃。
對比例1：
1)以原子百分數(shù)計，成分為(nd0.9pr0.1)12fe82.2b5.8的合金在真空度高于10-2pa的真空中頻感應(yīng)爐熔煉后，采用速凝鑄帶技術(shù)得到厚度為0.31mm的相應(yīng)甩片，經(jīng)過氫爆和氣流磨工藝制備平均粒度為3.3μm的合金粉末；
2)將一定量的合金粉末在2t的磁場下取向成型，并經(jīng)17mpa冷等靜壓制成生坯；
3)將得到的生坯放入高真空正壓燒結(jié)爐，在1080℃燒結(jié)4h，890℃進行一級回火，580℃進行二級回火，得到稀土永磁體。
5)磁體磁性能為br＝12.9kgs，hcj＝12.1koe，(bh)max＝44.2mgoe；
在20℃～150℃，磁體的矯頑力溫度系數(shù)為-0.53％/℃。
說明：通過對比例1和實施例1的比較可以發(fā)現(xiàn)，實施例1中添加釔的磁體的各項磁性能指標都好于對比例中的磁體，而且溫度系數(shù)要明顯優(yōu)化，進一步說明了本發(fā)明不僅實現(xiàn)了溫度穩(wěn)定性的提高，而且也能使磁體的磁性能保持較好。磁體的綜合磁性能也達到了商用牌號的標準，進一步降低了原材料成本，滿足了應(yīng)用需求。同時，通過對比發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明(實施例1)中晶界相輔合金的設(shè)計添加，磁體成分中合金元素的設(shè)計優(yōu)化以及熱處理工藝的改良優(yōu)化都是保障磁體性能較好的原因。
實施例2：
1)以原子百分數(shù)計，成分為(nd0.7y0.2pr0.1)14fe79.8co0.1ga0.2al0.2b5.7的主相在真空度高于10-2pa的真空中頻感應(yīng)爐熔煉后，采用速凝鑄帶技術(shù)得到厚度為0.32mm的相應(yīng)主相甩片，經(jīng)過氫爆和氣流磨工藝制備平均粒度為3.4μm的主相合金粉末；
2)以原子百分數(shù)計，將成分為pr67.3cu32.7的晶界相輔合金依次通過熔煉、粗破、球磨制備，晶界改性相粉末平均粒度為1.5μm；
3)將質(zhì)量百分數(shù)為95％的主相合金粉末和質(zhì)量百分數(shù)為5％的晶界相輔合金粉末混合均勻后，在2t的磁場下取向成型，并經(jīng)17mpa冷等靜壓制成生坯；
4)將得到的生坯放入高真空正壓燒結(jié)爐，在1075℃燒結(jié)4h，980℃進行一級回火，680℃進行二級回火，得到稀土永磁體。
5)磁體磁性能為br＝12.9kgs，hcj＝12.2koe，(bh)max＝43.9mgoe；
在20℃～150℃，磁體的矯頑力溫度系數(shù)為-0.48％/℃。
實施例3：
1)以原子百分數(shù)計，成分為(nd0.5y0.4pr0.1)17fe76.8co0.2ga0.5b5.5的主相在真空度高于10-2pa的真空中頻感應(yīng)爐熔煉后，采用速凝鑄帶技術(shù)得到厚度為0.32mm的相應(yīng)主相甩片，經(jīng)過氫爆和氣流磨工藝制備平均粒度為3.3μm的主相合金粉末；
2)以原子百分數(shù)計，將成分為ce72cu28的晶界相輔合金依次通過熔煉、粗破、球磨制備，晶界改性相粉末平均粒度為1.5μm；
3)將質(zhì)量百分數(shù)為96％的主相合金粉末和質(zhì)量百分數(shù)為4％的晶界相輔合金粉末混合均勻后，在2t的磁場下取向成型，并經(jīng)17mpa冷等靜壓制成生坯；
4)將得到的生坯放入高真空正壓燒結(jié)爐，在1080℃燒結(jié)4h，960℃進行一級回火，670℃進行二級回火，得到稀土永磁體。
5)磁體磁性能為br＝12.2kgs，hcj＝10.3koe，(bh)max＝38.6mgoe；在20℃～150℃，磁體的矯頑力溫度系數(shù)為-0.51％/℃。