CN101266855A - 稀土永磁材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稀土永磁体及其制造方法，特别是一种钕铁硼永磁材料及其制造方法。稀土永磁体包括速凝合金和晶界物，所述的晶界物为金属Nd、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Al、Cu、Sn、Zn中的一种或几种，所述的晶界混合物占总重量的0.3～2％。此晶界物无需熔炼，直接将纯金属或金属混合物氢破碎加气流磨制粉，然后与主相速凝合金粉混合、成型、烧结即可，磁体的性能比传统工艺同成分磁体有所改善。本发明省掉晶界物的熔炼工艺，直接制粉添加，节约了磁体的生产成本。

Description

稀土永磁材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种稀土永磁体及其制造方法，特别是一种钕铁朋永磁材料及其制造方法。

背景技术

以往R-Fe-B系稀土永磁体主要采用单合金工艺，即R-Fe-B系合金的制备→制粉→取向成型→烧结。单合金制得的磁体微观组织并不理想，通过改善磁体的微观组织，可以使相同成分的磁体获得更高的性能或相同性能的磁体含有更少的贵重元素。本发明涉及优化磁体配方、改善生产工艺从而达到提高磁性能和节约稀土原材料的目的。

在R-Fe-B磁体中对磁性能贡献最大的铁磁相是R₂T₁₄B相，该相被看作是主相，另外还存在一种富R相。在高性能R-Fe-B磁体中，由于R₂T₁₄B相比例的增加而使富R相的体积百分数相对减少。在许多情况下，增加R₂T₁₄B相百分数未必获得高性能，因为富R相的局部不足没有解决，在NdFeB磁体中富R相起着重要作用。

(1)富R相具有低熔点，因此它在磁体生产工艺的烧结步骤中变成液相。所以富R相促使磁体的致密化，由此提高磁化强度。

(2)在烧结以及时效处理过程中，富R相可以修复R₂T₁₄B相的晶格缺陷，这些缺陷很容易成为反向磁畴的成核点，成核点的减少可以使矫顽力增加。

(3)由于富R相是非磁性的，所以富R相将主相相互隔开可以阻碍反向磁畴的长大，这样可以使矫顽力增加。

总之，当富R相的分散不足以覆盖主相的晶界时，在没有被覆盖的晶界上矫顽力的局部减小，从而影响到整块磁体的磁性能。所以在富R相总量较低时如何解决富R相不足问题是制备高性能R-Fe-B磁体的关键问题。

为了改善磁体的微观结构及磁性能，人们采用了双合金混合法来生产R-Fe-B磁体，目前已经取得了很大的成功。本发明是在此基础上采用了主相合金与晶界物的混合来制备R-Fe-B磁体，晶界物为纯金属或金属混合物，不需要熔炼。与单合金工艺相比，此制备方法的优点是改善磁体结构，提高磁体性能，而且达到了节约稀土元素的目的。与双合金工艺相比，此工艺简化了磁体的制备工序，同时在改善磁体结构、提高磁体性能和节约稀土元素等方面也有所改善。

发明内容

本发明主要是采用主相速凝合金加晶界物的工艺制备稀土永磁体，解决了上述技术问题，本发明的技术方案具体为

一种稀土永磁材料，包括速凝合金和晶界物，所述的晶界物为金属Nd、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Al、Cu、Sn、Zn中的一种或几种，所述的晶界混合物占总重量的0.3～2％。此晶界物无需熔炼，直接将纯金属或金属混合物氢破碎加气流磨制粉，然后与主相速凝合金粉混合、成型、烧结即可，磁体的性能比传统工艺同成分磁体有所改善。本发明的优点在于：省掉晶界物的熔炼工艺，直接制粉添加，节约了磁体的生产成本；可通过调节晶界物的添加比例来实现多种牌号磁体的生产，方便快捷，缩短了生产周期；对磁体的综合磁性能也有所改善；晶界物中可以少加或不加稀土元素，节约了稀有资源，降低成本。

作为优选，所述的速凝合金为：(Nd_1-x-yDy_xTb_y)_aFe_100-a-b-cM_bB_c，M为Nb、V、Mo、W、Cr、Al、Ti、Zr、Cu、Ga中的一种或几种，组分比满足：0≤x≤0.3原子％、0≤y≤0.1原子％、12≤a≤15原子％、0≤b≤3原子％、5≤b≤7原子％。

本发明还提供了上述永磁材料的制备方法：

一种稀土永磁材料的制造方法，包括以下步骤：

A、制备速凝合金；

B、采用氢破碎和气流磨对速凝合金和晶界物分别制粉，速凝合金平均粒度3～5μm，晶界物平均粒度为2～4μm；

C、按比例将速凝合金和晶界物混合均匀，晶界物占总重的0.3～2％；

D、在氧含量低于1原子％的环境中，将混合混合粉末在磁场中取向成型并进行冷等静压；

E、将成型的磁粉芯在1030℃～1100℃烧结1～5小时，然后在750℃～950℃下一次退火3～10小时，在400℃～680℃下二次退火3～10小时。

当然上述合金为组成为(Nd_1-x-yDy_xTb_y)_aFe_100-a-b-cM_bB_c的合金，M为Nb、V、Mo、W、Cr、Al、Ti、Zr、Cu、Ga中的一种或几种，组分比满足：0≤x≤0.3原子％、0≤y≤0.1原子％、12≤a≤15原子％、0≤b≤3原子％、5≤b≤7原子％。

上述晶界物的成分为金属Nd、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Al、Cu、Sn、Zn中的一种或几种。

由于主相合金(Nd_1-x-yDy_xTb_y)_aFe_100-a-b-cM_bB_c的成分设计很接近化学计算的R₂Fe₁₄B成分，包晶反应时容易有α-Fe形成。合金中的α-Fe会导致生产中制粉效率的下降和磁体性能下降。速凝工艺是通过提高凝固速度而使合金快速冷却到包晶反应温度下抑制了α-Fe的析出。

众所周知，Dy₂Fe₁₄B和Tb₂Fe₁₄B比Nd₂Fe₁₄B具有更高的各向异性场和更低的饱和磁极化强度，采用Dy、Tb部分取代Nd可以有效提高磁体的Hcj但同时降低了磁体的Br。Dy、Tb的添加与否以及添加量是根据磁性能要求和原材料价格决定的，一般来说，Dy的添加量不超过稀土总量30％(原子百分比)，Tb的添加量不超过稀土总量10％(原子百分比)。

在传统工艺生产的磁体中，都不可避免的存在大量晶格缺陷及晶界富钕相局部不足现象，晶格缺陷将成为反向磁畴的形核点，富钕相的局部不足将使反向磁畴迅速长大，从而降低了磁体的矫顽力。晶界物的添加可以将主相隔开，弥补富钕相的局部不足，阻碍反向磁畴的长大，从而提高磁体的矫顽力。当晶界物中含有金属钕时，金属钕还可以起到对晶格缺陷的修复作用，减少了反向磁畴的形核中心，也一定程度上提高了磁体的矫顽力。

为了使晶界物在磁体中尽可能均匀分布，所以要将晶界物磨的很细，但粉末越细就越容易团聚和氧化，这对磁性能是不利的。通过实验发现，当采用氢破碎工艺时，晶界物的平均粒度在2～4μm时磁体的综合性能比较好。氢破碎工艺残留在金属钕粉中的氢对钕粉可以起到了很好的防氧化作用，所以未发现平均粒度为2μm的晶界物粉末有明显氧化现象。相信随着防氧化措施的改进钕粉可以磨的更细，磁体性能会更好。

二级时效是人们常用的烧结钕铁硼磁体的时效处理方法，可以去除晶界外延层以及烧结应力。对于添加晶界物的磁体，晶界物的扩散以及修复晶格缺陷的过程需要更长的时间。实践证明，二级时效分别需要3小时或更长的时间，否则，晶界物无法起到理想的作用。

分别采用本发明工艺、单合金工艺和双合金工艺制备相同成分的Nd-Fe-B磁体，性能列表见表1。

表1  不同工艺、相同成分磁体性能对比

注：

单合金工艺：采用速凝工艺制备一种成分的合金片→氢破碎+气流磨制粉→取向成型→烧结。

双合金工艺：采用速凝工艺制备两种成分的合金片→将两种合金片按一定比例混合→氢破碎+气流磨制粉→取向成型→烧结。

本发明工艺：采用速凝工艺制备一种成分的合金片→采用氢破碎+气流磨工艺对合金片和晶界物分别制粉→将磁粉与晶界物粉末按一定比例混合→取向成型→烧结。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1

金属钕(Nd)、Dy-Fe、金属铽(Tb)、Fe-B、Nb-Fe、Co、Al、Cu和Fe用来提供一种合金成分，该成分由28.5％(重量)的Nd，1％(重量)的Dy，0.5(重量)的Tb，1.00％(重量)的B，0.4％(重量)的Nb，1.00％(重量)的Co，0.20％(重量)的Al，0.10％(重量)的Cu和余量的Fe组成。将该原料在高频真空感应炉的氧化铝坩埚中，在氩气气氛下熔炼。通过速凝法形成约0.3～0.5mm厚的合金片。将从铸辊上分离下的高温的合金片在高绝热材料制的箱中保温1小时。然后将该合金片装入具有水冷结构的箱中，以便将该带急冷到室温。在室温下氢被吸收在所得的合金中，然后在560℃从该合金中放出，利用吸放氢工程中的形变将合金破碎成0.5mm左右的合金粉末。通过气流磨将氢破粗粉磨成平均颗粒直径为3～4μm的磁体粉末。

将金属钕氢破碎成0.5mm左右的粉末，然后利用气流磨将其磨成2.5μm的细粉。将金属钕粉末按1比200的比例添加到前面的合金粉末中，混合均匀。在2T的磁场下，和5Mpa的压力下将所得的粉末压坯。将所得的压坯在1060℃烧结3小时。然后以895℃×3小时和510℃×3小时进行二级时效处理。生产的磁体的磁性能示于表2。

实施例2

金属钕(Nd)、Dy-Fe、金属铽(Tb)、Fe-B、Nb-Fe、Co、Al、Cu和Fe用来提供一种合金成分，该成分由27.5％(重量)的Nd，1.5％(重量)的Dy，1(重量)的Tb，1.00％(重量)的B，0.4％(重量)的Nb，1.00％(重量)的Co，0.20％(重量)的Al，0.10％(重量)的Cu和余量的Fe组成。将该原料在高频真空感应炉的氧化铝坩埚中，在氩气气氛下熔炼。通过速凝法形成约0.3～0.5mm厚的合金片。将从铸辊上分离下的高温的合金片在高绝热材料制的箱中保温1小时。然后将该合金片装入具有水冷结构的箱中，以便将该带急冷到室温。在室温下氢被吸收在所得的合金中，然后在560℃从该合金中放出，利用吸放氢工程中的形变将合金破碎成0.5mm左右的合金粉末。通过气流磨将氢破粗粉磨成平均颗粒直径为3～4μm的磁体粉末。

将金属钕氢破碎成0.5mm左右的粉末，然后利用气流磨将其磨成2.5μm的细粉。将金属钕粉末按1比150的比例添加到前面的合金粉末中，混合均匀。在2T的磁场下，和5Mpa的压力下将所得的粉末压坯。将所得的压坯在1060℃烧结3小时。然后以895℃×3小时和510℃×3小时进行二级时效处理。生产的磁体的磁性能示于表2。

表2

性能指标	Br(kGs)	HcB(kOe)	HcJ(kOe)	(BH)max(MGOe)
					实施例1	14.01	13.1	17.2	47.9
实施例2	13.45	12.9	20.6	43.6

Claims (3)

1、一种稀土永磁材料，包括速凝合金和晶界物，所述的晶界物为金属Nd、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Al、Cu、Sn、Zn中的一种或几种，所述的晶界物占总重量的0.3～2％，所述的晶界物是单质金属粉或者金属粉的混合物。

2、根据权利要求1所述的稀土永磁材料，其特征在于所述的速凝合金为：(Nd_1-x-yDy_xTb_y)_aFe_100-a-b-cM_bB_c，M为Nb、V、Mo、W、Cr、Al、Ti、Zr、Cu、Ga中的一种或几种，组分比满足：0≤x≤0.3原子％、0≤y≤0.1原子％、12≤a≤15原子％、0≤b≤3原子％、5≤b≤7原子％。

3、一种稀土永磁材料的制造方法，包括以下步骤：

A、制备速凝合金；

B、采用氢破碎和气流磨对速凝合金和晶界物分别制粉，速凝合金平均粒度3～5μm，晶界物平均粒度为2～4μm；

C、按比例将速凝合金和晶界物混合均匀，晶界物占总重的0.3～2％；

D、在氧含量低于1原子％的环境中，将混合混合粉末在磁场中取向成型并进行冷等静压；

E、将成型的磁粉芯在1030℃～1100℃烧结1～5小时，然后在750℃～950℃下一次退火3～10小时，在400℃～680℃下二次退火3～10小时。