一種提高高豐度稀土永磁材料磁性能的制備方法
【專利摘要】一種提高高豐度稀土永磁材料磁性能的制備方法，屬于稀土永磁材料制備領(lǐng)域。其特征是通過對(duì)高豐度稀土永磁材料進(jìn)行晶界擴(kuò)滲，擴(kuò)滲源成份為(NdxPr100?x)a(DyyTb100?y)b(AlzCu100?z)100?a?b(x＝0?100,y＝0?100,z＝5?30；a+b＝60?90,a>b≥5，重量分?jǐn)?shù))。具體工藝步驟是：真空冶煉擴(kuò)滲源合金，將擴(kuò)滲源合金制成薄帶或粉末并附著在高豐度稀土永磁體表面，隨后在真空爐中，600?900℃擴(kuò)散處理1?8小時(shí)，450?550℃退火處理1?5小時(shí)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過晶界擴(kuò)滲少量復(fù)合中重稀土－銅鋁合金，既可改善晶界相的分布提高去磁耦合作用，又可改善內(nèi)稟性能，磁性能特別是矯頑力提升效果顯著。
【專利說明】
-種提高高豐度稀±永磁材料磁性能的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于稀±永磁材料制備領(lǐng)域，特別設(shè)及一種提高高豐度稀±永磁材料磁性 能的制備方法。 技術(shù)背景
[0002] 欽鐵棚永磁材料自二十世紀(jì)八十年代問世W來，有力的促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與信 息產(chǎn)業(yè)向集成化、小型化、輕量化、智能化方向的發(fā)展。燒結(jié)欽鐵棚廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)硬盤 音圈電機(jī)(VCM)、核磁共振成像儀(MRI)、消費(fèi)電子(CD、DVD、手機(jī)、音響、復(fù)印機(jī)、掃描儀、攝 像機(jī)、照相機(jī)、冰箱、電視機(jī)、空調(diào)機(jī)等）、磁分離設(shè)備等領(lǐng)域，并且不斷擴(kuò)展，如風(fēng)力發(fā)電、電 動(dòng)車等。
[0003] 憑借稀±的資源優(yōu)勢(shì)，中國燒結(jié)欽鐵棚相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅猛，然而在產(chǎn)量和性能大 幅提高的同時(shí)，也存在一些問題，稀±的儲(chǔ)量和利用都很不平衡，像DyJb等重稀±儲(chǔ)量相 對(duì)低、價(jià)格高企;NcUPr等稀±元素由于欽鐵棚材料的迅猛發(fā)展而被大量應(yīng)用。La、Ce與NcU Pr都為4f原子，晶體結(jié)構(gòu)均為六方密排結(jié)構(gòu)，因此均能與Fe，B元素形成R2Fel4B型化合物。 La、Ce等輕稀±元素儲(chǔ)量很高，資源豐富，價(jià)格顯著低于Nd/Pr，僅為Nd/Pr的1/10-1/5,適量 La與Ce對(duì)Nd/Pr的替代對(duì)于減少Nd/Pr和Dy/Tb用量，節(jié)約寶貴的中、重稀±資源，促進(jìn)稀± 資源的綜合利用，降低燒結(jié)欽鐵棚磁體的生產(chǎn)成本具有重要的意義。
[0004] 然而由于材料的內(nèi)稟性能局限，如La2Fel4B和Ce2Fel4B的飽和磁化強(qiáng)度和各向異 性場(chǎng)分別為 1.38T/1.17T和20T/36T，明顯低于Pr2Fel4B和Nd2Fel4B的 1.56T/1.60T和87T/ 67T，因此La、Ce等輕稀±元素替代Nd/Pr不可避免會(huì)降低欽鐵棚磁體的部分磁性能。La、Ce 等高豐度稀±元素替代Nd/Pr能顯著降低欽鐵棚磁體的成本，如何進(jìn)一步提高高豐度稀± 永磁材料的磁性能顯得尤為重要。組織結(jié)構(gòu)對(duì)稀±永磁材料的磁性能特別是矯頑力起至關(guān) 重要的作用，通過進(jìn)一步優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)特別是邊界結(jié)構(gòu)是改善磁體性能的有效途徑。
[000日]Wan等人使用雙合金的方法引入Pr-Cu晶界相制備不含Dy的燒結(jié)Nd-Fe-B磁體，磁 體矯頑力從HkOe提局到引入Pr68Cu32晶界相的21k0e，主要是由于晶界相的分布更加均 勻，對(duì)2:14:1主相晶粒起到了更好的磁隔絕的作用（Wan F，Zhang Y，Han J，et al.Coercivity enhancement in Dy-free Nd-Fe-B sintered magnets by using Pr-Cu al Ioy [J] .Journal of Applied Physics ,2014,115(20): 203910 .)。相關(guān)專利報(bào)道了輕稀 ±-銅合金(包小倩，盧克超，湯明輝，李紀(jì)恒，高學(xué)緒.晶界擴(kuò)滲輕稀±-銅合金制備高矯頑 力欽鐵棚磁體的方法，201510335273.6)和輕稀± -侶合金(孫愛芝，路振文，馬斌，郎惠珍， 喻蜜，杜君峰.一種提高燒結(jié)NdFeB磁體矯頑力的方法，201510801123.X.)對(duì)燒結(jié)欽鐵棚磁 體的磁性能改善效果顯著，主要也是得益于高潤濕性輕稀± -銅侶晶界相的均勻分布。而 重稀±DyAb由于其2:14:1相優(yōu)異的各向異性(〇72化148和化2。6148的各向異性場(chǎng)分別為 150T和220T)，一直是提高燒結(jié)欽鐵棚永磁材料矯頑力的最有效途徑，然而DyAb重稀±的 添加存在兩個(gè)問題，一是原料成本大幅提高，二是飽和磁化強(qiáng)度的急劇下降，因?yàn)镈y2Fel4B 和的飽和磁化強(qiáng)度分別為0.712T和0.703T，不到Pr2Fel4B和Nd2Fel4B的1.56T和 1.60T的一半，也遠(yuǎn)低于La2Fel4B和Ce2Fel4B的1.38T和1.17T。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中加 Dy/Tb重稀±導(dǎo)致的原料成本大幅提高和 飽和磁化強(qiáng)度的急劇下降問題。
[0007] -種提高高豐度稀±永磁材料磁性能的制備方法，其特征是對(duì)高豐度稀±永磁材 料晶界擴(kuò)滲復(fù)合中重稀± -銅侶合金，擴(kuò)滲源的成份為（NdxPrioo-x)a(DyyTbioo-y)b (AlzC山oo-z)ioo-a-b(x = 〇-100 ,y = 0-100 ,z = 5-30 ;a+b = 60-90 ,a〉b>5,重量分?jǐn)?shù)）。
[000引具體工藝步驟為：
[0009] a.真空烙煉擴(kuò)滲源合金并制成粉末或薄帶；
[0010] b.將擴(kuò)滲源合金附著在高豐度稀±永磁體表面；
[0011] c.600_900°C真空擴(kuò)滲處理1-化；
[0012] d.450_550°C真空退火熱處理1-化；
[0013] e.得到高性能高豐度稀±永磁體。
[0014]本發(fā)明主要針對(duì)低成本高豐度稀±永磁材料化a, Ce或La, Ce混合稀±占稀±總量 10-80%重量分?jǐn)?shù)的燒結(jié)欽鐵棚磁體），旨在通過晶界擴(kuò)滲處理，一方面改善磁體的邊界結(jié) 構(gòu)，另一方面優(yōu)化內(nèi)稟性能，從而提高高豐度稀±永磁材料的磁性能。設(shè)計(jì)的擴(kuò)滲源合金成 份為復(fù)合中重稀± -銅侶合金，主要考慮W下五個(gè)方面:其一，一定成份范圍的稀± -銅侶 合金不僅烙點(diǎn)較低，而且與2:14:1相具有很好的潤濕性，有利于晶界相的充分分布和磁隔 絕作用；其二，稀±元素為中稀±Nd/Pr和重稀±DyAb的聯(lián)合配伍，既可利用（Dy/Tb) 2Fel4B的超高各向異性，又可利用(Nd/Pr)2Fel4B的高飽和磁化強(qiáng)度;其S，A1和Cu應(yīng)聯(lián)合 配伍，Al元素能改善高豐度稀±永磁材料的液相表面能，但Al元素進(jìn)入2:14:1相，而化與Fe 排斥，不進(jìn)入2:14:1相，而是主要分布在晶界，由于Al元素進(jìn)入2:14:1相會(huì)降低剩磁，因此 Al添加不宜太多;其四：復(fù)合中重稀± -銅侶合金中，復(fù)合中重稀±的含量為60-90%重量 分?jǐn)?shù)，運(yùn)主要是從相結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)出發(fā)，同時(shí)運(yùn)一成份范圍的合金烙點(diǎn)相對(duì)較低，有利于促 進(jìn)晶界擴(kuò)散;其五:復(fù)合中重稀±中^中稀±Nd/Pr為主，重稀±DyAb為輔，運(yùn)既是從飽和 磁化強(qiáng)度考慮，也是從原料成本上考慮，但NcUPr可W單獨(dú)也可聯(lián)合配伍，Dy、化可W單獨(dú)也 可聯(lián)合配伍。
[001引本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：
[0016] 1. La，Ce等高豐度稀±替代Nd/Pr，可大幅降低稀±永磁材料的生產(chǎn)成本；
[0017] 2丄3，〔6等高豐度稀±替代炯作'，可促進(jìn)稀±資源的平衡利用；
[0018] 3.高豐度稀±永磁材料晶界擴(kuò)滲少量低烙點(diǎn)復(fù)合稀± -銅侶合金，既改善了晶界 相的分布提高去磁禪合作用，又改善了內(nèi)稟性能，磁性能特別是矯頑力提升效果顯著；
[0019] 4.高豐度稀±永磁材料晶界擴(kuò)滲少量低烙點(diǎn)復(fù)合中重稀± -銅侶合金，可W提高 重稀±DyAb提高矯頑力的效率，是制備高性價(jià)比稀±永磁材料的有效途徑。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)施例一 ：08mmx4.min的N38磁體（Ce占稀±含量20 %重量分?jǐn)?shù)）晶界擴(kuò)滲 (Pr7 抓 y25)80(A120Cu80)20(重量分?jǐn)?shù)）
[0021] 選擇N38商用磁體(Ce占稀±含量的20%重量分?jǐn)?shù)），加工成尺寸為:(p8mmX4mm的 樣品。通過速凝工藝制備厚度為(P巧抓y25)80(A120化80)20薄帶，直接覆蓋在N38磁體的上 下表面并置于料舟內(nèi)，將料舟置于爐內(nèi)，抽真空至(3-5) X ICT3Pa,開始快速加熱至860°C， 保溫化，再經(jīng)過470°C/化真空退火熱處理。磁體矯頑力從晶界擴(kuò)滲前的不到11.OkOe提高到 擴(kuò)滲后的近17.OkOe,而剩磁幾乎不下降，組織觀察表明，晶界相的分布更加均勻，基本呈薄 層狀分布，有效地阻礙了相鄰晶粒間的交換禪合作用，同時(shí)晶界附近的稀±元素?cái)U(kuò)散也改 善了 2:14:1相的內(nèi)稟性能，運(yùn)些都是矯頑力大幅提高且剩磁無明顯下降的重要原因。
[0022] 實(shí)施例二：08mmx4mm的N3 5磁體（Ce占稀±含量30 %重量分?jǐn)?shù)）晶界擴(kuò)滲 (Nd7 抓 y25)7〇(Al5Cu95)3〇(重量分?jǐn)?shù)）
[0023] 選擇N35商用磁體(Ce占稀±含量的30%重量分?jǐn)?shù)），加工成尺寸為(p8mmx4mm的 樣品。通過速凝工藝制備厚度為(Nd7加y25)70(A15化95)30薄帶，直接覆蓋在N35磁體的上 下表面并置于料舟內(nèi)，將料舟置于爐內(nèi)，抽真空至(3-5) X ICT3Pa,開始快速加熱至860°C， 保溫化，再經(jīng)過470°C/化真空退火熱處理。磁體矯頑力從晶界擴(kuò)滲前的不到12.OkOe提高到 擴(kuò)滲后的近18k0e，而剩磁幾乎不下降，組織觀察表明，晶界相的分布更加均勻，基本呈薄層 狀分布，有效地阻礙了相鄰晶粒間的交換禪合作用，同時(shí)晶界附近的稀±元素?cái)U(kuò)散也改善 了 2:14:1相的內(nèi)稟性能，運(yùn)些都是矯頑力大幅提高且剩磁無明顯下降的重要原因。
[0024] 實(shí)施例S : 08mm x4mm的N2 8磁體（C e占稀±含量5 0 %重量分?jǐn)?shù)）晶界擴(kuò)滲 (Nd50Pr25Dy25)75(A110Cu90)25(重量分?jǐn)?shù)）
[00巧]選擇N28商用磁體(Ce占稀±含量的50%重量分?jǐn)?shù)），加工成尺寸為q>8mmx4mm的 樣品。通過速凝工藝制備厚度為(Nd50Pr2抓y25)75(A110化90)25薄帶，直接覆蓋在N28磁體 的上下表面并置于料舟內(nèi)，將料舟置于爐內(nèi)，抽真空至(3-5) X ICT3Pa,開始快速加熱至850 °C，保溫地，再經(jīng)過450°C/化真空退火熱處理。磁體矯頑力從晶界擴(kuò)滲前的不到9k0e提高到 擴(kuò)滲后的近15k0e，而剩磁幾乎不下降，組織觀察表明，晶界相的分布更加均勻，基本呈薄層 狀分布，有效地阻礙了相鄰晶粒間的交換禪合作用，同時(shí)晶界附近的稀±元素?cái)U(kuò)散也改善 了 2:14:1相的內(nèi)稟性能，運(yùn)些都是矯頑力大幅提高且剩磁無明顯下降的重要原因。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高高豐度稀土永磁材料磁性能的制備方法，其特征是對(duì)高豐度稀土永磁材料 晶界擴(kuò)滲復(fù)合中重稀土一銅鋁合金，擴(kuò)滲源成份為（Nd xPr1QQi)a(DyyTb1()()- y)b (AlzCui。。-z)i。。-a-b(x = 0-100，y = 0-100，z = 5_30 ;a+b = 60_90，a>b^5,重量分?jǐn)?shù)）； 具體工藝步驟是： a. 真空熔煉擴(kuò)滲源合金并制成薄帶或粉末； b. 將擴(kuò)滲源合金附著在高豐度稀土永磁體表面； c. 進(jìn)行真空擴(kuò)滲處理； d. 進(jìn)行退火熱處理； e. 得到高性能高豐度稀土永磁體。2. 如權(quán)利要求1所述一種提高高豐度稀土永磁材料磁性能的制備方法，其特征是高豐 度稀土永磁材料為高豐度稀土占稀土總量10 - 80 %重量分?jǐn)?shù)的釹鐵硼永磁材料，高豐度稀 土為La, Ce中的一種或兩種。3. 如權(quán)利要求1所述一種提高高豐度稀土永磁材料磁性能的制備方法，其特征是步驟c 所述的真空擴(kuò)滲熱處理溫度范圍為600 - 900 °C，保溫時(shí)間為1 一8h。4. 如權(quán)利要求1所述一種提高高豐度稀土永磁材料磁性能的制備方法，其特征是步驟c 所述的退火熱處理溫度范圍為450 - 550 °C，保溫時(shí)間為1 一 5h。
【文檔編號(hào)】H01F41/02GK105938757SQ201610248341
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】包小倩, 高學(xué)緒, 湯明輝, 盧克超, 孫璐
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)