CN103700459A

CN103700459A - 一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法

Info

Publication number: CN103700459A
Application number: CN201310668053.6A
Authority: CN
Inventors: 李建忠; 周鸿波; 任春德; 金伟洋; 邵海琴
Original assignee: Ningbo Permanent Magnetics Co Ltd
Current assignee: Ningbo Permanent Magnetics Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明涉及一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，其特征是：将Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物添加到钕铁硼粉体中，然后将该合金粉混匀，压型，真空烧结、时效后制成磁体。本发明通过添加价格较为低廉的稀土元素，并且添加纳米稀土氧化物和复配，生产出高矫顽力、高剩磁材料的烧结钕铁硼永磁材料；而且添加方式简单、方便，不用改变现有的生产流程。

Description

一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法

技术领域

本发明涉及一种烧结钕铁硼永磁材料的制备方法，特别是提高其矫顽力的制备方法。

背景技术

烧结钕铁硼永磁材料具有高的剩磁、矫顽力及大的磁能积，在现代工业和电子技术中获得了广泛应用，如电子计算机、自动化控制系统、电动机与发电机、核磁共振像仪、音响器件、材料分选装置、通讯设备等诸多领域。随着新应用领域的开拓及应用条件的苛刻多变，具有高矫顽力的产品需求越来越多。矫顽力是永磁材料的主要特性之一，提高矫顽力一直是磁性材料研究和理论研究的重要课题。

主相Nd₂Fe₁₄B的饱和磁感应强度很高，约为1.61T(16.1kGs)，理论磁能积可达512 KJ/m³，Nd₂Fe₁₄B具有非常高的各向异性场HA，其矫顽力的理论极限高达70kOe。但是实际Nd-Fe-B 磁体由主相Nd₂Fe₁₄B、富Nd相、富B相组成，磁体的矫顽力仅为理论值的十分之一到三分之一，且磁体剩磁、磁能积主要由磁性相Nd₂Fe₁₄B决定，矫顽力主要由富Nd相和微观结构决定。从烧结钕铁硼材料的反磁化机理来看，矫顽力主要是反磁化畴在晶界处的形核机制，这样就决定了磁性相边界结构和物理特性对磁体矫顽力有重要作用。提高矫顽力的方法也都集中在提高HA及改善边界相结构，比如采用晶界扩散方法来添加重稀土单质或化合物的微米、纳米粉末，采用细化晶粒方法，双液相合金化方法以及掺杂稀土氢化物等方法，以及对材料微观组织结构有效控制的方法，来改善磁体的矫顽力。重稀土Dy，Tb的HA比Nd的高2倍和3倍，Dy、Tb添加都能使磁体矫顽力大幅度增加。目前高矫顽力烧结钕铁硼磁体主要依赖于添加Dy、Tb重稀土元素，在中高矫顽力牌号产品中，Dy、Tb元素添加量占烧结钕铁硼材料稀土元素重量的1.5~30%。添加较大数量的Dy、Tb重稀土元素，虽然矫顽力得以显著提高，但是重稀土与铁属反铁磁耦合，降低了铁原子磁矩，从而导致饱和磁化强度Bs和剩磁Br下降，且Dy、Tb十分昂贵，产品成本显著上升，并且不利于资源储量缺乏的Dy 、Tb重稀土元素的综合高效利用。因此，无Dy、Tb使用的高矫顽力、高剩磁材料，有望在晶界相及结构控制方面获得突破。

不降低主相磁化强度的同时增强磁体矫顽力的方法还有采用价格较为低廉的Gd、Ho等稀土元素，并以适当的制备方法使重稀土元素不进入主相，而是进入主相和晶界相之间的边界层中取代钕元素的位置；通过对微观组织结构有效的控制，改善磁体的矫顽力，并且不降低剩磁。

发明内容

本发明所要实现的技术目的在于针对上述技术现状而提供一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，将纳米级Ho、Gd、Pr元素的氧化物添加到主相材料粉体中，经过混粉、成型、烧结、时效制备成钕铁硼材料，从而生产出不含Dy、Tb重稀土且价格较为低廉的高剩磁、高矫顽力的钕铁硼材料。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，其特征是：将Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物添加到钕铁硼粉体中，然后将该合金粉混匀，压型，真空烧结、时效后制成磁体。

上述Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物的粒径小于100纳米。

上述Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物比例为钕铁硼合金粉末重量的0.01~1%。

上述Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物至少含有两种元素，并且Ho为必需元素。

上述压型是在惰性气体保护的环境中，将磁粉在磁场大于1.5T的磁场中取向成型。

上述烧结、时效是将压型后的毛坯放入真空烧结炉内，在180~300℃进行低温放气，时间1.5~2.5h；700~900℃高温放气，时间1~2h；1000~1100℃的高温烧结，时间2~6h。然后进行900℃，2~3h保温的一级时效和500℃，4~6h保温的二级时效处理。

本发明通过添加价格较为低廉的稀土元素，并且添加纳米稀土氧化物和复配，生产出高矫顽力、高剩磁材料的烧结钕铁硼永磁材料；而且添加方式简单、方便，不用改变现有的生产流程。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，具体为：将厚度为0.3mm的钕铁硼合金铸片经氢碎、气流磨制成3.5um的粉体，再将与钕铁硼合金粉质量比为0.5%的Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物添加到钕铁硼粉体中，其中Ho的纳米氧化物占Ho、Gd、Pr氧化物的比例为85%.wt，Gd为10%，Pr为5%。然后将该合金粉混匀，在磁场强度大于1.5T的磁场中取向压型，然后转入真空炉进行烧结、时效后制成高矫顽力、高剩磁钕铁硼磁体，烧结时在300℃进行低温放气，时间2h；850℃高温放气，时间1.5h；1050℃的高温烧结，时间3h。然后进行880℃，3h保温的一级时效和500℃，5h保温的二级时效处理。

制备高矫顽力、高剩磁钕铁硼磁体与传统方法制备磁体的磁性能列于表1进行对比。表1中现有方法为对比例，现有方法成分与实施例成分一样，区别在于本实施例添加纳米氧化物的成分，现有方法在熔炼合金时将与纳米氧化物等同数量的金属Ho、Gd、Pr一并加入熔炼。

表1 添加纳米氧化物方法与现有方法的磁体磁性能比较

通过表1的磁性能比较，说明纳米氧化物形式的Ho、Gd、Pr后，具有更高的矫顽力、剩磁，磁能积也相应提高。

实施例2：

一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，具体为：将厚度为0.4mm的钕铁硼合金铸片经氢碎、气流磨制成3.2um的粉体，再将与钕铁硼合金粉质量比为1%的Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物添加到钕铁硼粉体中，其中Ho的纳米氧化物占Ho、Gd、Pr氧化物的比例为70%.wt，Gd为15%，Pr为15%。然后将该合金粉混匀，在磁场强度大于1.5T的磁场中取向压型，然后转入真空炉进行烧结、时效后制成高矫顽力、高剩磁钕铁硼磁体，烧结时在300℃进行低温放气，时间2h；900℃高温放气，时间2.5h；1080℃的高温烧结，时间6h。然后进行900℃，1h保温的一级时效和470℃，6h保温的二级时效处理。所制备高矫顽力、高剩磁钕铁硼磁体的磁性能列于表2。

表2的对比例为添加1%纳米氧化Ho，其它条件均与实施例2一致的方法制备的磁体的磁性能。通过表2比较发现，Ho、Gd、Pr的复配纳米氧化物，比单一Ho纳米氧化物具有更高的矫顽力。

表2 添加复配纳米氧化物方法与添加单一纳米Ho的磁体磁性能比较

实施例3：

一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，具体为：将厚度为0.25mm的钕铁硼合金铸片经氢碎、气流磨制成5um的粉体，再将与钕铁硼合金粉质量比为0.01%的Ho、Gd元素的纳米氧化物添加到钕铁硼粉体中，其中Ho的纳米氧化物占Ho、Gd氧化物的比例为90%.wt。然后将该合金粉混匀，在磁场强度大于1.5T的磁场中取向压型，然后转入真空炉进行烧结、时效后制成高矫顽力、高剩磁钕铁硼磁体，烧结时在300℃进行低温放气，时间1.5h；800℃高温放气，时间1h；1040℃的高温烧结，时间2h。然后进行850℃，2h保温的一级时效和510℃，4h保温的二级时效处理。所制备高矫顽力、高剩磁钕铁硼磁体的磁性能列于表3。

表3的对比例为添加0.01%纳米氧化Ho，其它条件均与实施例一致的方法制备的磁体的磁性能。通过表3比较发现，Ho、Gd的复配纳米氧化物，比单一Ho纳米氧化物具有更高的矫顽力。

表3添加复配纳米氧化物方法与添加单一纳米Ho的磁体磁性能比较

实施例4：

一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，具体为：将厚度为0.3mm的钕铁硼合金铸片经氢碎、气流磨制成2.8um的粉体，再将与钕铁硼合金粉质量比为0.8%的Ho、Pr元素的纳米氧化物添加到钕铁硼粉体中，其中Ho的纳米氧化物占Ho、Pr氧化物的比例为80%.wt。然后将该合金粉混匀，在磁场强度大于1.5T的磁场中取向压型，然后转入真空炉进行烧结、时效后制成高矫顽力、高剩磁钕铁硼磁体，烧结时在300℃进行低温放气，时间2h；850℃高温放气，时间1.5h；1050℃的高温烧结，时间3h。然后进行880℃，3h保温的一级时效和500℃，5h保温的二级时效处理。所制备高矫顽力、高剩磁钕铁硼磁体的磁性能列于表4。

表4的对比例为添加0.8%纳米氧化Ho，其它条件均与实施例一致的方法制备的磁体的磁性能。通过表4比较发现，Ho、Pr的复配纳米氧化物，比单一Ho纳米氧化物具有更高的矫顽力。

表4添加复配纳米氧化物方法与添加单一纳米Ho的磁体磁性能比较

实施例5：

实施例5与实施例4完全一样，而对比例不一样。

对比例为添加0.64%纳米氧化Ho，其它条件均与实施例一致。与实施例的区别是没有添加0.16%的纳米氧化Pr。两种成分制备的磁体的磁性能见于表5。

通过表5比较发现，Ho、Pr的复配纳米氧化物，比单一Ho纳米氧化物具有更高的矫顽力。

该对比例与实施例4的对比例的区别仅在于将纳米氧化Ho的含量由0.8%降低到0.64%，通过两对比例发现，磁体的矫顽力也由15.3KOe下降为14.8KOe。

表5添加复配纳米氧化物方法与添加单一纳米Ho的磁体磁性能比较

实施例6：

一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，具体为：将厚度为0.2mm的钕铁硼合金铸片经氢碎、气流磨制成2.5um的粉体，再将与钕铁硼合金粉质量比为0.25%的Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物添加到钕铁硼粉体中，其中Ho的纳米氧化物占Ho、Gd、Pr氧化物的比例为90%.wt，Gd为5%，Pr为5%。然后将该合金粉混匀，在磁场强度大于1.5T的磁场中取向压型，然后转入真空炉进行烧结、时效后制成高矫顽力、高剩磁钕铁硼磁体，烧结时在300℃进行低温放气，时间2h；900℃高温放气，时间1.5h；1050℃的高温烧结，时间3h。然后进行850℃，3h保温的一级时效和470℃，4h保温的二级时效处理。所制备高矫顽力、高剩磁钕铁硼磁体的磁性能列于表6。

表6的对比例为添加0.25%纳米氧化Ho，其它条件均与实施例一致的方法制备的磁体的磁性能。通过表6比较发现，Ho、Gd、Pr的复配纳米氧化物，比单一Ho纳米氧化物具有更高的矫顽力。

表6添加复配纳米氧化物方法与添加单一纳米Ho的磁体磁性能比较

Claims

1.一种提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，其特征是：将Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物添加到钕铁硼粉体中，然后将该合金粉混匀，压型，真空烧结、时效后制成磁体。

2.根据权利要求1所述的提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，其特征是：至少添加所述Ho、Gd、Pr元素中的两种，其中一种元素是Ho。

3.根据权利要求1所述的提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，其特征是： Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物的粒径小于100纳米。

4.根据权利要求1所述的提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，其特征是：Ho、Gd、Pr元素的纳米氧化物比例为钕铁硼合金粉末重量的0.01~1%。

5.根据权利要求4所述的提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，其特征是：Ho元素的纳米氧化物在Ho、Gd、Pr纳米氧化物中的比例≥70%.wt。

6.根据权利要求1所述的提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，其特征是：所述钕铁硼粉体是由钕铁硼合金经氢碎、气流磨制备。

7.根据权利要求6所述的钕铁硼合金，其特征是：所述合金由熔融合金带铸制备，铸带厚度≤0.4mm。

8.根据权利要求6所述的钕铁硼合金，其特征是：所述气流磨制粉的平均粒径为2~5um。

9.根据权利要求1所述的提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，其特征是：所述压型是在惰性气体保护的环境中，将磁粉在磁场大于1.5T的磁场中取向成型。

10.根据权利要求1所述的提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的制备方法，其特征是：所述烧结、时效是将压型后的毛坯放入真空烧结炉内，在180~300℃进行低温放气，时间1.5~2.5h；700~900℃高温放气，时间1~2h；1000~1100℃的高温烧结，时间2~6h；然后进行850~900℃，2~3h保温的一级时效和470~510℃，4~6h保温的二级时效处理。