CN102248157B

CN102248157B - 提高各向异性稀土永磁粉矫顽力和最高使用温度的方法

Info

Publication number: CN102248157B
Application number: CN 201110175708
Authority: CN
Inventors: 韩景智; 林忠; 杨金波; 刘顺荃; 王常生; 杨应昌
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: CN102248157A

Abstract

本发明公开了一种提高各向异性稀土永磁粉矫顽力和最高使用温度的方法。将低熔点的金属材料破碎成粉末，并与具有织构的各向异性稀土永磁粉混合均匀，然后将混合后的粉末在高真空下退火，从而大幅提高各向异性稀土永磁粉的矫顽力和最高使用温度，进而有助于拓宽各向异性稀土永磁粉的应用领域。

Description

提高各向异性稀土永磁粉矫顽力和最高使用温度的方法

技术领域

本发明涉及各向异性稀土永磁材料，特别涉及提高各向异性稀土永磁粉矫顽力和最高使用温度的方法。

背景技术

稀土永磁材料是指稀土金属和过渡族金属形成的合金经一定的工艺制成的永磁材料，是支撑现代工业的重要基础材料之一，与人们的生活息息相关。随着计算机、移动电话、汽车电话等通讯设备的普及和节能汽车的高速发展，世界对高性能稀土永磁材料的需求量迅速增长，稀土永磁材料发展之快令人瞩目。钕铁硼是当前稀土永磁体的主导产品。钕铁硼有烧结和粘结两种形式，其中钕铁硼烧结磁体是各向异性的，所以磁性能是永磁之冠，应用日益广泛；粘结钕铁硼磁体易于制造薄壁和形状复杂的精确尺寸磁体，从而也得到了广泛的应用。当前，计算机等信息产品正朝着小型化和高性能化方向发展，对粘结稀土永磁提出了更高的磁性能要求。但是由于现有的快淬钕铁硼粘结磁体是各向同性的，其性能已满足不了这些高端要求，因此迫切需要开发具有更高磁性能的各向异性粘结磁体。

开发和生产高性能的各向异性稀土粘结磁体是当前世界永磁材料领域开发前沿的生长点和竞争点。近20年来，国际上开发新型各向异性稀土粘结磁体主要有以下两个途径：

1、研究稀土铁氮新型永磁材料，制造单晶颗粒的各向异性磁粉。

该项研究我国走在世界的前列。北京大学杨应昌院士课题组在过去的30年中，以基础研究为先导，通过研究材料的磁畴结构和反磁化机制，先后成功开发了磁能积为22MGOe和40MGOe的各向异性钕铁氮和钐铁氮磁粉。

2、开发新工艺制造具有织构的各向异性磁粉。

近年来，最有希望用来制备高性能粘结磁体的磁粉是运用吸氢-歧化-脱氢-再复合(Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination，简称为HDDR)工艺制备的具有织构的各向异性磁粉(称为HDDR各向异性磁粉)。日本爱知制钢、北京科技大学和北京大学等单位通过近20年的努力制备出了磁能积高达40MGOe的各向异性HDDR钕铁硼磁粉。

目前上述两类各向异性磁粉已成功实现批量生产并逐步进入市场。单晶颗粒型的各向异性钐铁氮磁粉，其特点是颗粒很细(尺寸基本在几个微米之间)，表面非常容易氧化，因此目前在实用化过程中需要解决的主要问题是如何在这些细粉表面进行包敷，提高磁粉的抗氧化能力。而对于具有织构的HDDR各向异性钕铁硼磁粉，其特点是颗粒较粗(尺寸在几百个微米之间)，抗氧化能力稍强，在实用化过程中需要解决的关键问题是如何进一步提高它的矫顽力。目前各向异性钕铁硼磁粉的矫顽力主要介于10000Oe-13000Oe之间，其最高使用温度大致为100℃左右，还难以满足电动机中磁体高于120℃工作温度的要求。因此，近年来高矫顽力各向异性稀土永磁粉的制备也逐步引起人们的重视。

2005年日本的爱知制钢公司通过在HDDR钕铁硼磁粉表面扩散Dy提高了磁粉的矫顽力，并且使该磁粉所制备粘结磁体的使用温度超过120℃。2008年席卷全球的绿色经济和低碳经济浪潮极大地促进了无重稀土的高矫顽力稀土永磁材料的研发。绿色经济和低碳经济要求节能减排等等以保证未来经济的可持续发展，在此形势下混合动力汽车和电动汽车得到了迅猛发展，与此同时作为汽车中重要元器件原料的稀土永磁材料，其需求量也急剧增加。然而由于现有的稀土永磁体中含有较多的重稀土金属，而这些重稀土资源有限且价格昂贵，因此市场强烈需求无重稀土Dy和Tb且依然具有高矫顽力的稀土永磁材料。各向异性磁粉的研发也面临相同的问题，譬如现有高矫顽力HDDR各向异性钕铁硼磁粉均含有Dy。因此制备无重稀土Dy和Tb且依然具有高矫顽力的各向异性磁粉是当前的一个研究重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高各向异性稀土永磁粉矫顽力和最高使用温度的方法，以拓宽各向异性稀土永磁粉的应用领域。

本发明是一种提高各向异性稀土永磁粉矫顽力和最高使用温度的方法，包括下述步骤：

1)制备熔点低于600℃的金属材料，并对其进行真空均匀化退火处理；

2)将退火后的金属材料破碎成粉末，粉末的粒度介于3～50微米；

3)将步骤2)获得的金属材料粉末与粒度范围为100～300微米且具有织构的各向异性稀土永磁粉混合均匀，其中金属材料粉末质量比例为1～50％；

4)将混合后的粉末在真空下退火，获得矫顽力和最高使用温度提高了的各向异性稀土永磁粉。

上述步骤1)所述的金属材料是指熔点低于600℃的低熔点金属材料，可以是金属单质或合金，其成分优选由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Cu、Fe、Zn、Ni、Co、Al和Mn中的一种或几种元素构成。可以采用电弧熔炼、感应熔炼或速凝法制备低熔点金属材料。对金属材料进行真空均匀化退火处理，具体工艺参数可以是在10^-2～10^-3Pa的真空条件下300～500℃处理20～60小时。

上述步骤2)可以采用机械破碎或者氢破碎方法将金属材料破碎成粉末，金属材料粉末粒度优选为20～30微米。

上述步骤3)所述的具有织构的各向异性稀土永磁粉通常是HDDR各向异性稀土永磁粉，例如HDDR各向异性钕铁硼磁粉、HDDR各向异性镨铁硼磁粉。

上述步骤4)真空退火最好是在较高的真空条件下进行退火，真空达到10^-2～10^-4Pa。退火温度一般是200～900℃，退火时间为2～5小时。

本发明利用低熔点的金属材料与各向异性磁粉混合，仅采用一步真空退火热处理这样简单的工艺过程，就可使得上述金属材料在较低的温度条件下进入各向异性磁粉的晶界，达到降低晶界相磁性和磁隔离主相晶粒的目的，从而可以在不损坏主相晶体织构的前提下提高各向异性磁粉的矫顽力和最高使用温度，进而有助于拓宽各向异性稀土永磁粉的应用领域。

附图说明

图1显示了运用低熔点的Pr₇₀Cu₃₀(at％)合金粉末处理HDDR各向异性Pr_12.4Fe_80.9Nb_0.2Ga_0.3B_6.2磁粉前后的磁粉退磁曲线，其中：1代表处理前的HDDR各向异性磁粉，2代表处理后的HDDR各向异性磁粉。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：

根据下述步骤对HDDR各向异性镨铁硼磁粉(Pr_12.4Fe_80.9Nb_0.2Ga_0.3B_6.2粉末)进行处理：

(1)用电弧熔炼制备Pr₇₀Cu₃₀(at％)合金；

(2)对Pr₇₀Cu₃₀(at％)合金在500℃和3×10^-3Pa的真空条件下进行均匀化退火处理48小时；

(3)将退火处理后的Pr₇₀Cu₃₀合金用氢破碎法细化成粉末，粉末平均尺寸为25微米；

(4)将粒度为200微米左右的HDDR各向异性Pr_12.4Fe_80.9Nb_0.2Ga_0.3B_6.2粉末与Pr₇₀Cu₃₀粉末混合均匀，其中Pr₇₀Cu₃₀粉末所占质量比例为10％；

(5)将混合后的粉末在高真空下退火，退火条件为：真空达到10^-3Pa，退火温度750℃，退火时间1小时。

采用VSM测量材料的矫顽力(_iH_c)，用不可逆损失5％标记最高使用温度(T_max)，结果如下：

上述处理前HDDR各向异性Pr_12.4Fe_80.9Nb_0.2Ga_0.3B_6.2磁粉的性能为：_iH_c＝12500Oe，T_max＝100℃；处理后磁粉的性能为：_iH_c＝14500Oe，T_max＝124℃。图1显示了运用低熔点的Pr₇₀Cu₃₀合金处理HDDR各向异性Pr_12.4Fe_80.9Nb_0.2Ga_0.3B_6.2磁粉前后磁粉磁性能的变化情况，磁粉的矫顽力从12500Oe增加到了14500Oe。

实施例2：

根据下述步骤对HDDR各向异性钕铁硼磁粉(Nd_12.4Fe_80.9Nb_0.2Ga_0.3B_6.2粉末)进行处理：

(1)用感应熔炼法制备Pr₇₀Cu₂₅Zn₅(at％)合金；

(2)对Pr₇₀Cu₂₅Zn₅(at％)合金在450℃和3×10^-3Pa的真空条件下进行均匀化退火处理48小时；

(3)将退火后的Pr₇₀Cu₂₅Zn₅合金用氢破碎方法细化成粉末，粉末平均尺寸为20微米；

(4)将步骤(3)得到的Pr₇₀Cu₂₅Zn₅粉末与粒度为200微米左右的HDDR各向异性Nd_12.4Fe_80.9Nb_0.2Ga_0.3B_6.2粉末混合均匀，其中Pr₇₀Cu₂₅Zn₅粉末所占质量比例为10％；

(5)将混合后的粉末在高真空下退火，退火条件为：真空达到10^-4Pa，退火温度760℃，退火时间1小时。

采用VSM测量材料的矫顽力，用不可逆损失5％标记最高使用温度，结果如下：

上述处理前，HDDR各向异性Nd_12.4Fe_80.9Nb_0.2Ga_0.3B_6.2磁粉的性能为：_iH_c＝12850Oe，T_max＝102℃；处理后磁粉的性能分别为：_iH_c＝15500Oe；T_max＝130℃。

实施例3：

根据下述步骤对HDDR各向异性钕铁硼磁粉(Nd₁₃Fe_79.5Nb_0.2Ga_0.3B₇粉末)进行处理：

(1)用速凝法制备Pr₈₀Fe₁₅Cu₅(at％)薄片；

(2)对Pr₈₀Fe₁₅Cu₅速凝薄片在600℃和3×10^-3Pa的真空条件下进行均匀化退火处理24小时；

(3)将退火后的Pr₈₀Fe₁₅Cu₅薄片用氢破碎方法细化成粉末，粉末的平均粒径为30微米；

(4)将粒度为200微米左右的HDDR各向异性Nd₁₃Fe_79.5Nb_0.2Ga_0.3B₇粉末与步骤(3)得到的Pr₈₀Fe₁₅Cu₅粉末混合均匀，其中Pr₈₀Fe₁₅Cu₅粉末所占质量比例为8％；

采用VSM测量材料的矫顽力，用不可逆损失5％标记最高使用温度(T_max)，结果如下：

上述处理前，HDDR各向异性Nd₁₃Fe_79.5Nb_0.2Ga_0.3B₇磁粉的性能为：_iH_c＝12000Oe，T_max＝95℃；处理后磁粉的性能是：_iH_c＝14100Oe，T_max＝120℃。

Claims

1.一种提高各向异性稀土永磁粉矫顽力和最高使用温度的方法，包括以下步骤：

1）制备熔点低于600℃的金属材料，并对其进行真空均匀化退火处理；所述金属材料的成分由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Cu、Fe、Zn、Ni、Co、Al和Mn中的一种或几种元素构成；

2）将退火后的金属材料破碎成粉末，粉末的粒度介于3～50微米；

3）将步骤2）获得的金属材料粉末与粒度为100～300微米且具有织构的各向异性稀土永磁粉混合均匀，其中金属材料粉末质量比例为1～50%；

4）将混合后的粉末在真空下退火，获得矫顽力和最高使用温度提高了的各向异性稀土永磁粉。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）采用电弧熔炼、感应熔炼或速凝法制备金属材料。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）在10^-2～10^-3Pa真空条件下于300～500℃对金属材料真空均匀化退火处理20～60小时。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）采用机械破碎或者氢破碎方法将金属材料破碎成粉末。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）金属材料粉末的粒度为20～30微米

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3）所述各向异性稀土永磁粉是HDDR各向异性稀土永磁粉。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述HDDR各向异性稀土永磁粉是HDDR各向异性钕铁硼磁粉或HDDR各向异性镨铁硼磁粉。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4）退火的真空达到10^-2～10^-4Pa。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4）退火温度为200～900℃，退火时间为2～5小时。