CN103377784A - 一种双相纳米晶稀土永磁的制备方法 - Google Patents

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孙光飞
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Abstract

本发明涉及磁性材料领域，是一种双相纳米晶稀土永磁的制备方法。这种永磁材料是由纳米尺寸的硬磁性相R2Fe14B(R为一种或多种稀土元素)和软磁性相的α-Fe或Fe3B复合构成。合金按照硬磁性相和软磁性相的组合比例配制，组合由R2Fe14B/Fe3B或R2Fe14B/α-F组成，R2Fe14B体积比在50％至95％，Fe3B或α-Fe的体积比在5％至50％。材料的制备方法是采用熔融快淬法制备具有非晶态的合金粉屑，再经过晶化处理获得具有双相纳米晶结构的稀土永磁材料，广泛用作制造电磁器件。

Description

一种双相纳米晶稀土永磁的制备方法
技术领域    本发明涉及磁性材料领域。
背景技术    传统的合金设计的方法是从元素成分出发，而实际上对合金性能产生影响的最基本因素是合金中的相种类及其性能以及相组成各相的分布和相边界等这些显微组织的微观性能。因此从合金相的特性，合金相的组成以及比例来进行合金设计更能准确地调控合金的性能，合金制备应从相的性质、组成和比例进行设计开始。
发明内容    本发明涉及一种双相纳米晶稀土永磁的制备方法。这种永磁材料是具有硬磁性能的R2Fe14B(R为一种或多种稀土元素)相和具有软磁性能的α-Fe或Fe3B相在纳米尺寸的复合构成体。因此这类永磁材料既具有硬磁性的高矫顽力特点，也具有软磁性相的高饱和磁化强度的特点，但是这种优点的复合只能在具有纳米晶尺度下才能实现。
本发明的目在于提供一种从相组成比例及分布的微观结构角度出发的合金设计理念方法。传统的合金设计的方法是从元素成分出发，而实际上对合金性能产生影响的最基本因素是合金中的相种类及其性能以及相组成各相的分布和相边界等，这些显微组织的微观性能。因此从合金相的特性，合金相的组成以及比例来进行合金设计更能准确地调控合金的性能，合金制备从相的性质、组成和比例进行设计。其中硬磁性相R2Fe14B(R为一种或多种稀土元素)具有较高的内禀矫顽力，考虑到永磁材料的特点，故选择硬磁性相为合金基相材料。而软磁性相α-Fe或Fe3B具有较高的饱和磁化强度，作为合金辅相材料，分别制备R2Fe14B和α-Fe以及R2Fe14B和Fe3B构成的双相永磁系列。当硬磁性相和软磁性相组合确立后，合金的性能取决于硬磁性相和软磁性相的比例。根据合金性能要求，当需要矫顽力高时，则适当增加硬磁性相比例；当需要剩磁高时，则适当增加软磁性相的比例，硬磁性相(R2Fe14B)体积比为50～95％，软磁性相(α-Fe或Fe3B)体积比为5～45％。为此可调控制备具有不同性能要求的系列合金。这种合金相设计方法制备一系列双相纳米晶稀土永磁材料中，作为硬磁性相R2Fe14B中的R代表稀土元素，这里主要是指轻稀土元素Pr、Nd、或镨钕混合物，为提高矫顽力，可加入稀土元素中属于重稀土的Dy、Tb或其混合物。
本发明的目的是这样实现的。双相纳米晶稀土永磁材料性能取决于合金的相的性质，相的组成相的比例，相的分布形态及晶粒尺寸这些基本因素。而这些基本因素可以通过实施不同的工艺手段来掌控获得。这种工艺首先是将按照合金相设计的合金在高温下熔化后通过激冷使合金温度急速降至室温，这样将合金熔体原子分布的无序状态保持到室温而形成固体情况下的非晶状态，然后在非晶-晶化转变温度附近进行控制晶化处理，非晶态通过晶体形核和长大的过程而得到所需要的纳米晶态尺度的双相纳米晶稀土永磁材料粉屑，广泛用作制造电磁器件。
本发明的优点在于从影响双相纳米晶稀土永磁性能的微观组织中最基本的相的性质、相组成及比例、相分布形态和纳米尺度等因素的合金相设计的理念方法和非晶-晶化的处理作为工艺优化依据，可更有效的调控合金的性能。
附图说明    无
具体实施方式
实施例一
制备P2Fe14B相和α-Fe相构成的双相纳米晶永磁合金。所用原材料为纯度为99.5％的稀土镨，工业纯铁，硼铁合金。合金相设计配料为P2Fe14B相体积比为80％和α-Fe相体积比为20％。合金配好料在中频感应炉中抽真空至10-3Pa后充入氩气，然后熔炼成稀土合金，再在激冷设备上加热熔化，合金熔液流经40m/s高速旋转单辊水冷铜轮上得到合金屑粉，在真空连续晶化炉中经680℃处理15分钟，制得的合金粉性能为Br＝1.0T，iHc＝800kA/m，(BH)m＝176kJ/m3
实施例二
制备Nd2Fe14B相和Fe3B相构成的双相纳米晶永磁合金。所用原材料为纯度为99.5％的稀土钕，工业纯铁，硼铁合金。合金相设计配料为Nd2Fe14B相体积比为75％和Fe3B相体积比为25％。合金配好料在中频感应炉中抽真空至10-3Pa后充入氩气，然后熔炼成稀土合金，稀土母合金再在激冷设备上加热熔化，合金熔液流经30m/s高速旋转单辊水冷铜轮上得到合金屑粉，在真空连续晶化炉中经700℃处理10分钟，制得的合金性能为Br＝1.0T，iHc＝400kA/m，(BH)m＝96kJ/m3
实施例三
制备(PrNd)2Fe14B相和α-Fe相构成的双相纳米复合永磁合金。所用原材料为纯度为99.5％的镨钕合金，其中Pr含量为25wt％，Nd含量为75wt％，工业纯铁，硼铁合金。合金相设计配料为(PrNd)2Fe14B相体积比为80％和α-Fe相体积比为20％。合金配好料在中频感应炉中抽真空至10-3Pa后充入氩气，然后熔炼成稀土合金，稀土母合金再在激冷设备上加热熔化，合金熔液流经40m/s高速旋转单辊水冷铜轮上得到合金屑粉，在真空连续晶化炉中经720℃处理5分钟，制得的合金粉性能为Br＝1.1T，iHc＝760kA/m，(BH)m＝200kJ/m3。

Claims (4)

1.一种双相纳米晶稀土永磁，其特征在于合金是由纳米尺寸的硬磁性相R2Fe14B(R为一种或多种稀土元素)和软磁性相的α-Fe或Fe3B复合构成，合金按照硬磁性相和软磁性相的组合比例配制，相体积百分比为：R2Fe14B体积比在50％至95％，α-Fe或Fe3B的体积比在5％至50％，纳米晶态是通过熔体激冷法和晶化法获得。
2.按照权利要求1所述的永磁材料的特征在于所述的稀土元素是包括y在内的稀土元素中的一种或多种，以Pr、Nd、及镨钕混合物为主。
3.按照权利要求1所述的永磁材料的特征在于所述的稀土元素中可以添加重稀土，以Dy、Tb或其混合物为主，其总含量可为稀土总量的0-20％。
4.按照权利要求1所述的永磁材料的特征在于，其制备方法是采用熔融金属激冷法获得非晶态合金粉屑，然后再通过晶化法得到双相复合纳米结构的稀土永磁材料。
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