CN101593591A - 低Nd各向异性Nd2Fe14B/α-Fe复合纳米晶磁体及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低Nd的各向异性Nd₂Fe₁₄B/α－Fe复合纳米晶磁体及制备方法。所述低Nd的各向异性Nd₂Fe₁₄B/α－Fe复合纳米晶磁体，其纳米晶磁体由Nd₂Fe₁₄B和α－Fe两相复合而成，纳米晶磁体中α－Fe相含量为20～40％，Nd₂Fe₁₄B相晶粒取向生长，在压应力方向上具有[001]晶体学织构；在平行和垂直于压应力方向上具有明显的磁各向异性。所述方法运用热变形低Nd非晶Nd_xFe_94－xB₆(6≤x≤10)合金的办法，利用单轴压应力控制非晶基体中纳米晶的形核和生长，至使Nd₂Fe₁₄B相晶粒取向生长，从而制得低Nd的各向异性Nd₂Fe₁₄B/α－Fe复合纳米晶磁体。该磁体中软磁相α－Fe相含量的提高，不仅可以降低生产成本，还可以提高磁体的强度和抗腐蚀能力。

Description

低Nd各向异性Nd2Fe14B/α-Fe复合纳米晶磁体及制备方法

技术领域

本发明涉及一种功能材料及其制造方法，特别是涉及一种低Nd各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体及制备方法。

背景技术

永磁材料可广泛用于电机、发电机、计算机、汽车和磁悬浮列车等领域，在国民经济发展中具有重要的作用。复合纳米晶永磁材料作为一类新型永磁材料自1989年问世以来便倍受关注。其特点是将具有高饱和磁化强度的软磁相(如：α-Fe)和具有高矫顽力的硬磁相(如：Nd₂Fe₁₄B)在纳米尺寸下交换耦合成为具有高剩磁、高矫顽力的双相复合永磁材料。微磁学计算表明，该各向异性复合纳米晶永磁材料的最大磁能积可超过100MGOe，远高于任何一种单相永磁材料。而目前实际制备的复合纳米晶永磁材料多为各向同性的，虽然Lee等人和Gabay等人分别制备出了各向异性磁体，但遗憾的是其合金中稀土含量仍然很高，软磁相的含量受到很大的限制(低于5％)，因而难以实现磁体的高饱合磁化强度不利于磁性能的进一步提高。目前，在低Nd(Nd＜10％)的Nd-Fe-B合金中，获得含20％以上α-Fe相的各向异性块状复合纳米晶永磁体仍未见报导。而在低Nd合金中开发各向异性纳米晶复合永磁体也是亟待解决的一个难题，也是制约发展高磁能积各向异性纳米晶复合永磁体的瓶颈之一。

发明内容

为了解决制约发展高磁能积各向异性纳米晶复合永磁体的瓶颈问题，本发明提供一种低Nd各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体及制备方法，该发明利用单轴压应力控制纳米晶在非晶基体中的形核和生长，从而制得低Nd各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体。

所述低Nd各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体，其纳米晶磁体由Nd₂Fe₁₄B和α-Fe两相复合而成，纳米晶磁体中α-Fe相含量为20～40％，Nd₂Fe₁₄B相晶粒取向生长，在压应力方向上具有[001]晶体学织构；在平行和垂直于压应力方向上具有明显的磁各向异性，沿着平行于压应力方向上测得的最大磁能积是垂直于压应力方向上测得最大磁能积的1.5倍以上。

所述方法包括以下步骤：

1、利用熔体快淬法，将Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)合金在单辊甩带机上以35～50m/s的辊面线速度制备出宽度为1～3mm，厚度为20～30μm的Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)非晶簿带，然后破碎制成粉末，其粒度在500μm以下。

2、将Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)合金粉末置于模具中，在真空条件下升温至450～480℃后，在0.8～1.2GPa的压力下，将合金粉末压成相对密度为95～98％的Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)非晶块体；

3、将Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)非晶块打磨表面抛光后镶入壁厚为1～2mm的钢套内，所述钢套由1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢加工而成；然后在高纯氩气保护的条件下做热变形，变形温度在650～750℃，变形时间在0.5～60min，应变速率在10^-4～10^-2s^-1，压应力在100～600MPa。

4、磨去钢套后即得到低Nd各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体。

本发明的有益效果是：该发明率先采用热变形非晶Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)合金的技术，利用应力应变对非晶晶化过程的影响，有效地控制了Nd₂Fe₁₄B相纳米晶的形核和生长过程，获得晶体学取向，成功制备出低Nd各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体。该磁体中软磁相α-Fe相含量的提高，不仅可以降低生产成本，还可以提高磁体的强度和抗腐蚀能力。本发明为控制纳米晶取向生长提供了一个新的途径，也必将推动具有高磁能积各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体的进一步发展。

附图说明

图1是粉末热压成形模具示意图；

图2是沿平行(//)和垂直(⊥)压应力方向测Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合磁体的退磁曲线。

在图1中，1.夹具，2.控温热电隅TC1，3.石黑套，4.压头，5.内阴模，6.外阴模，7.Nd-Fe-B合金粉末，8.测温电隅TC2，9.真空室。

具体实施方式

下面用附图和实施例对本发明作进一步详述：

实施例：

将Nd₉Fe₈₅B₆合金在单辊甩带机上以40m/s的辊面线速度制备出宽2mm，厚度约为25μm的Nd₉Fe₈₅B₆非晶簿带，然后破碎制粉，粒度在500μm以下。再将Nd₉Fe₈₅B₆合金粉末装入模具中(如图1)，所述模具由夹具1、控温热电隅2、石黑套3、压头4、内阴模5、外阴模6和测温电隅8组成。压头4用碳化钨YG19制作，内阴模5用WC制作，外阴模6用Cr3W2V8制作，阴模由内阴模5和外阴模6组成。将石黑套3装入阴模内，石黑套3内装入Nd-Fe-B合金粉末7，最后将模具置于真空室9内。在真空条件下，在温度为470℃、压力为1GPa下热压30min压成相对密度为95.6％的Nd₉Fe₈₅B₆非晶块体。然后将非晶块打磨表面抛光后镶入壁厚为1.5mm，高为8mm的钢套内，所述钢套由1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢加工而成，然后在高纯氩气保护的条件下，施加310MPa的压应力，升温至700℃保温2min后降温。将变形后的样品磨去钢套后即得各向异性复合纳米晶磁体。该磁体在平行和垂直于压应力方向上呈现出明显的各向异性，平行方向上测得磁体的最大磁能积是垂直方向上的2倍，退磁曲线如图2所示，磁体中α-Fe相的体积分数为27％，Nd₂Fe₁₄B相在压应力方向具有[001]晶体学织构特征。

Claims (3)

1.一种低Nd各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体，其特征是：所述纳米晶磁体由Nd₂Fe₁₄B和α-Fe两相复合而成，在所述纳米晶磁体中α-Fe相的含量为20～40％，Nd₂Fe₁₄B相晶粒取向生长，在压应力方向上具有[001]晶体学织构；在平行和垂直于压应力方向上具有明显的磁各向异性，沿着平行于压应力方向上测得的最大磁能积是垂直于压应力方向上测得最大磁能积的1.5倍以上。

2.一种制备权利要求1所述的低Nd各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体的方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：

(1)利用熔体快淬法，将Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)合金在单辊甩带机上以35～50m/s的辊面线速度制备出宽1～3mm、厚度为20～30μm的Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)非晶簿带，然后破碎制成合金粉末，其粒度在500μm以下；

(2)将Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)合金粉末置于模具中，在真空条件下升温至450～480℃，在0.8～1.2GPa的压力下，将合金粉末压成相对密度为95～98％的Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)非晶块体；

(3)将Nd_xFe_94-xB₆(6≤x≤10)非晶块体打磨表面抛光后镶入壁厚为1～2mm的钢套内，然后在高纯氩气保护的条件下做热变形，变形温度为650～750℃，变形时间为0.5～60min，应变速率为10^-4～10^-2s^-1，压应力为100～600MPa；

(4)磨去钢套后即得到低Nd的各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体。

3.根据权利要求2所述的低Nd各向异性Nd₂Fe₁₄B/α-Fe复合纳米晶磁体的方法，其特征是：所述钢套由1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢加工而成。

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