CN103495733B

CN103495733B - 一种晶界富钕相被替换的烧结钕铁硼永磁材料的制备方法

Info

Publication number: CN103495733B
Application number: CN201310489117.6A
Authority: CN
Inventors: 包小倩; 高学绪; 朱洁; 李纪恒
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2033-10-18
Also published as: CN103495733A

Abstract

本发明属于稀土永磁材料领域，特别提供了一种晶界富钕相被替换的烧结钕铁硼永磁材料及其制备方法。其特征是烧结钕铁硼材料中的晶界富钕相被不含钕的晶界相替代，此晶界相满足以下特点：无磁性；熔点500－900℃，有利于液相烧结；与2:14:1主相润湿性好。该晶界相可以是Al－Cu（Cu含量范围5－50at％）合金。制备步骤为：将近正分2:14:1钕铁硼主合金铸锭破碎制成3－5μm的粉末颗粒，在其中加入体积分数小于5％、平均颗粒尺寸小于100nm的Al－Cu合金粉末混合均匀，经过磁场压型、等静压并烧结致密化，最后热处理后得到产品。本发明的优点是用常规金属Al和Cu代替稀土元素Nd，可大大降低原材料成本，节约稀土资源。本发明操作简单，适合工业化生产。

Description

一种晶界富钕相被替换的烧结钕铁硼永磁材料的制备方法

技术领域

本发明属于稀土永磁材料领域，特别涉及一种晶界富钕相被替换的烧结钕铁硼永磁材料的制备方法

背景技术

烧结钕铁硼永磁体自1983年日本住友金属公司首次发明以来，由于它具有比其他永磁体更高的剩磁和磁能积，良好的动态回复特性和很高的性能价格比，在高技术产业领域得到广泛的应用，已成为电力、电讯、汽车、计算机、生物医学及家用电器等领域的核心功能材料，正在应用于制造几百千瓦的电动（或混合电动）汽车的发电机、电动机，以及制造兆瓦量级的风力发电永磁电机。

烧结钕铁硼磁体之所有具有很高的永磁性能，一是由于Nd2Fe14B相本身具有很高的饱和磁感应强度（1.61T）和各向异性场(>70kOe)，二是由于材料经过了取向（高剩磁）、烧结（高致密化）和回火过程（高矫顽力）。分析烧结Nd-Fe-B磁体的显微组织不难发现如下特征：（1）由2:14:1相和晶界富钕相组成；（2）富Nd相沿晶界或晶界交隅处分布，沿晶界分布的富Nd相呈薄片状，把基体相晶粒包围住；（3）其它杂相和空洞很少。磁性能由2:14:1相提供，2:14:1主相的成分、体积百分数、取向度、晶粒大小及晶粒边界的缺陷决定了磁体的宏观磁性能。富Nd相主要分布在主相晶粒的边界，理想的富Nd相分布应是：在富Nd相总量尽可能低的情况下，能均匀地分布到所有Nd2Fe14B晶粒周围，这样就能在不降低矫顽力的情况下，尽可能提高主相体积份数而获得高的剩磁。

富Nd相之所以是烧结Nd-Fe-B磁体中的一个重要相，是因为它起两方面作用：一是分布在2:14:1主相晶粒的周围，起着对主相晶粒的去磁耦合作用，是Nd-Fe-B磁体具有高矫顽力的关键；二是富Nd相在烧结过程中呈液态，对于磁体的致密化和显微组织的均匀化起着重要作用。但富钕相本身并不提供磁性能。

发明内容

本发明的目的是为了最大限度降低烧结钕铁硼中稀土的用量，用无磁性、熔点500－900℃、与Nd2Fe14B相润湿性好的Al－Cu合金（Cu含量范围5－50at％）代替晶界富钕相，可大大降低原材料成本，节约稀土资源。

本发明的具体实施步骤为：

1.将近正分Nd2Fe14B合金铸锭破碎制得3－5μm的粉末颗粒；

2.将不超过5％（体积分数）的Al－Cu（Cu含量范围5－50at％）合金粉（平均颗粒尺寸小于100nm）与钕铁硼粉混合均匀；

3.将混合粉料在大于1.5T磁场下取向压型及等静压；

4.将压坯在1000－1200℃真空烧结1－10h；

5.将烧结磁体在700－950℃和300－600℃分别回火1－5h；

6.得到产品。

Cu20Al80合金相替代富钕相的烧结钕铁硼磁体按下列步骤完成：将Nd₂Fe₁₄B合金铸锭破碎制得平均尺寸3.5μm的粉末颗粒；将体积分数1.5％的Cu20Al80合金粉与钕铁硼粉混合均匀，Cu20Al80合金粉平均颗粒尺寸30nm；将混合粉料在1.8T磁场下取向压型及等静压；将压坯在1090℃真空烧结4h；将烧结磁体在850℃和550℃分别回火2h；得到产品。Cu40Al60合金相替代富钕相的烧结钕铁硼磁体按下列步骤完成：将Nd₂Fe₁₄B合金铸锭破碎制得平均尺寸3.8μm的粉末颗粒；将体积分数2％的Cu40Al60合金粉与钕铁硼粉混合均匀，Cu40Al60合金粉平均颗粒尺寸50nm；将混合粉料在1.8T磁场下取向压型及冷等静压；将压坯在1080℃真空烧结3h；将烧结磁体在900℃和500℃分别回火2.5h；得到产品。

本发明提出了一种由Al－Cu（Cu含量范围5－50at％）合金代替晶界富钕相的烧结钕铁硼磁体及其制备方法，其优点在于：

1.最大限度地降低了Nd的用量，由于金属Al和Cu的价格远低于稀土Nd，

因此可大大降低原材料成本，节约稀土资源；

2.该材料制备可全部使用原有的设备及工艺，不需任何新投入；

3.本发明操作简单，适合工业化生产。

具体实施方式

尽管参照本发明的下述示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性的劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

实施例1：Cu20Al80合金相替代富钕相的烧结钕铁硼磁体

1.将Nd₂Fe₁₄B合金铸锭破碎制得3.5μm的粉末颗粒；

2.将1.5％（体积分数）的Cu20Al80合金粉（平均颗粒尺寸30nm）与钕铁硼粉混合均匀；

3.将混合粉料在1.8T磁场下取向压型及等静压；

4.将压坯在1090℃真空烧结4h；

5.将烧结磁体在850℃和500℃分别回火2h；

6.得到产品。

实施例2：Cu40Al60合金相替代富钕相的烧结钕铁硼磁体

1.将Nd₂Fe₁₄B合金铸锭破碎制得3.8μm的粉末颗粒；

2.将2％（体积分数）的Cu40Al60合金粉（平均颗粒尺寸50nm）与钕铁硼粉混合均匀；

3.将混合粉料在1.8T磁场下取向压型及等静压；

4.将压坯在1080℃真空烧结3h；

5.将烧结磁体在900℃和500℃分别回火2.5h；

6.得到产品。

Claims

1.一种晶界富钕相被替换的烧结钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征是：烧结钕铁硼材料中的晶界富钕相被不含钕的晶界相替代，此晶界相满足以下特点：无磁性；熔点500－900℃，有利于液相烧结；与2:14:1主相润湿性好，该晶界相是Al－Cu合金，Cu含量范围5－50at％；

工艺步骤为：

a.将近正分2:14:1钕铁硼主合金铸锭破碎制得3－5μm的粉末颗粒；

b.将体积分数不超过5％的Al－Cu合金粉与钕铁硼粉混合均匀，Al－Cu合金粉Cu含量范围5－50at％，合金粉末平均尺寸小于100nm；

c.将混合粉料在大于1.5T磁场下取向压型及等静压；

d.将压坯在1000－1200℃真空烧结1－10h；

e.将烧结磁体在700－950℃和300－600℃分别回火1－5h；

f.得到产品。

2.如权利要求1所述一种晶界富钕相被替换的烧结钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于：Cu20Al80合金相替代富钕相的烧结钕铁硼磁体按下列步骤完成：将Nd₂Fe₁₄B合金铸锭破碎制得平均尺寸3.5μm的粉末颗粒；将体积分数1.5％的Cu20Al80合金粉与钕铁硼粉混合均匀，Cu20Al80合金粉平均颗粒尺寸30nm；将混合粉料在1.8T磁场下取向压型及等静压；将压坯在1090℃真空烧结4h；将烧结磁体在850℃和550℃分别回火2h；得到产品。

3.如权利要求1所述一种晶界富钕相被替换的烧结钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于：Cu40Al60合金相替代富钕相的烧结钕铁硼磁体按下列步骤完成：将Nd₂Fe₁₄B合金铸锭破碎制得平均尺寸3.8μm的粉末颗粒；将体积分数2％的Cu40Al60合金粉与钕铁硼粉混合均匀，Cu40Al60合金粉平均颗粒尺寸50nm；将混合粉料在1.8T磁场下取向压型及冷等静压；将压坯在1080℃真空烧结3h；将烧结磁体在900℃和500℃分别回火2.5h；得到产品。