CN103730227B - 一种纳米双相各向同性复合永磁体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稀土永磁体及其制备方法。本发明中的一种纳米双相各向同性复合永磁体，纳米双相快淬合金粉末成分基于原子比通式为RxFe100-x-y-z？By？Mz,？x的范围为6.0～11.7，y的范围为5.0～6.0,？z的范围为4.0～10.0，R选自Pr、Nd、Tb、Dy中的一种或几种，M选自Co、Ga、Al、Nb中的一种或几种。采用真空热压的方法制备的纳米双相各向同性复合永磁体，具有全密度、各向同性特征，并且可以根据应用需要充磁成为任意偶数磁极的多极环。
Description
技术领域
本发明涉及一种稀土永磁体及其制备方法，特别涉及一种纳米双相各向同性复合永磁体及其制备方法。
背景技术
稀土永磁材料是稀土金属元素与过渡族金属元素组成的金属间化合物，钕铁硼永磁体属稀土永磁材料的一部分，属第三代稀土永磁体，是迄今为止性能价格比最佳的商品化磁体。钕铁硼永磁体主要包括粘结钕铁硼磁体、烧结钕铁硼磁体和热压钕铁硼磁体等。粘结钕铁硼磁体的磁性能相对较低，主要用于微型、小型精密电机中；烧结钕铁硼磁体和热压钕铁硼磁体的磁性能相对较高，主要用于磁性能要求较高的节能电机中。热压钕铁硼磁体具有纳米晶微观结构,在不含Tb和少含Dy的情况下矫顽力仍然很高,所以目前热压钕铁硼磁体原料成本比烧结钕铁硼磁体原料成本低很多，得到了大家的青睐。另外，热压钕铁硼磁体的磁性能受到各种添加成分和热压温度、压力、热压时间等工艺参数的影响。
在钕铁硼磁体中添加不同成分对其磁性能的影响，用Pr、Tb、Dy部分替代Nd能提高硬磁相的各向异性和磁体的矫顽力，但是Pr会降低居里温度，Tb、Dy的原子磁矩与过渡族Fe原子的磁矩方向相反，这样替代会使硬磁性四方相的分子磁矩减小，致使磁体的饱和磁矩及剩磁降低。较高的B含量有利于获得高矫顽力，但不利于得到高剩磁。添加Co可能同时取代硬磁相和软磁相中的Fe，得到Nd2(Fe,Co)14B/α-(Fe,Co)复合磁体，使磁体的居里温度、各向异性和矫顽力同时增强。加入Nb元素能提高钕铁硼体系的非晶形成能力，若在晶界析出，能阻碍晶粒的长大，从而优化微结构，增强交互耦合作用，提高合金的剩磁性能，能够增加磁体的矫顽力。Al能在硬磁相的表面析出，使晶粒不过分长大，能够增加磁体的矫顽力；Ga对磁体内部晶界起润滑作用。
不同的热压温度、压力、热压时间等工艺参数的对磁性能的影响，D.Lee,J.S.Hilton等人于2003年发表的热压、热成型制备(Nd,Pr,Dy)2Fe14B/α-Fe基纳米复合永磁材料的文章(IEEETransactionsonMagnetics,Vol.39,NO.5,2003.9,2947-2949)。文章中报道，磁性合金粉末首先在真空环境中，600℃～800℃，100～200MPa的压力热压制成各向同性纳米双相复合永磁体；然后在700℃～1000℃，200-700MPa的压力下发生热形变制成各向异性纳米双相复合永磁体。其中，Nd10.7Pr0.7Dy0.2Fe76.1Co6.3Ga0.4B5.6磁体粉末在真空环境中，650℃，170MPa的压力热压制成的各向同性纳米双相复合永磁体，剩磁是8kGs,最大磁能积为13.3MGOe。
各向同性钕铁硼纳米双相复合永磁体，由于具备各向同性的特点，可以根据应用需要充磁成为任意偶数磁极，既可做成内圆多极，也可做成外圆多极，该类磁体材料广泛应用于汽车微电机、伺服电机、直流电机、无刷电机、启动电机等。但先前的技术得到的热压钕铁硼磁体磁性能特别是最大磁能积和剩磁与粘结钕铁硼产品没有拉开的距离，成本却增加较多，导致该方案难以获得实际的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种纳米双相各向同性复合永磁体，本发明提供的复合永磁体为纳米双相各向同性复合永磁体，其磁能积和剩磁均较高。
本发明的另一目的提供了上述纳米双相各向同性复合永磁体的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种纳米双相各向同性复合永磁体，包括硬磁相和软磁相，软磁相为α-Fe、Fe3B、Fe-Co中的一种或几种，所述纳米双相各向同性复合永磁体基于原子比的通式为RxFe100-x-y-zByMz,其中x的范围为6.0～11.7，y的范围为5.0～6.0,z的范围为4.0～10.0，R选自Nd、Pr、Tb、Dy中的一种或几种，M选自Co、Ga、Al、Nb中的一种或几种。
上述纳米双相各向同性复合永磁体，当R中含Nd时，硬磁相为Nd2Fe14B、Nd2(FeCo)14B中的一种或两种。
上述纳米双相各向同性复合永磁体，软磁相为α-Fe，软磁相体积百分比为12vol％～50vol％。
上述纳米双相各向同性复合永磁体，更优选的α-Fe软磁相体积百分比为15vol％～40vol％。
上述纳米双相各向同性复合永磁体，Mr/Ms的范围为0.5～0.8，回复磁导率为1.05～1.4。
上述纳米双相各向同性复合永磁体，其磁体为磁环，优选为多极磁环。
制备纳米双相各向同性复合永磁体的方法，包括以下步骤：
（1）将纳米双相快淬钕铁硼合金粉末在室温，200MPa～500MPa的压力下，压制成粉坯；
（2）在粉坯表面涂润滑剂，干燥；
（3）将环坯置于550～800℃，真空度为1×10-5MPa～1.2×102MPa的环境或Ar气气氛中,200MPa～400MPa的压力压制成的各向同性磁环，其晶粒取向度＜5％；
（4）将压制后的各向同性磁环表面打磨加工，进行充磁，得到纳米双相复合永磁环。
优选的，上述制备方法，步骤（2）中的润滑剂混合液由润滑剂和介质组成，其中润滑剂为氮化硼、二硫化钼、石墨中的一种或者几种；介质为无水乙醇或丙酮。其中，介质与润滑剂的比例为2.5:1～5:1,以便于涂刷或喷涂为准。
优选的，上述制备方法，步骤（3）中的真空度为6×10-3Pa～7×10-1Pa。
优选的，上述制备方法，步骤（4）中所述充磁为多极充磁，可以为2-100极。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明纳米双相各向同性复合永磁体，加入了Co、Ga、Al、Nb等元素，对合金成分含量进行了选择，并且选择稀土含量在6.0at%-11.7at%，硼含量在5.0at%-6.0at%之间，Co、Ga、Al、Nb等参入元素在4.0at%～10.0at%，使本发明的纳米双相各向同性复合永磁体表现出最佳的综合磁性能，其磁能积为16～19MGOe，与现有的各向同性的磁体相比，本发明磁体具有高的剩磁Br和高的最大磁能积(BH)max，为电机等磁性器件提供更高的磁通，从而使磁性器件设计具有体积小和重量轻的优越性。在制备过程中，用真空环境下热压，避免了钕被氧化，有助于磁体性能的提高。本发明真空热压成形的环状磁体可根据应用需要充磁成为任意偶数磁极的多极环。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。at%是指原子数百分比例，wt%是指重量百分比。
实施例1
（1）将成份为Nd1.7Pr7.7Dy0.1Fe80.9B5.1Co4.2Ga0.1Nb0.2纳米双相快淬合金粉末在25℃，400MPa的压力下，压制成Φ外45mm×Φ内39mm×高50mm的环坯；
（2）在环坯表面涂氮化硼/无水乙醇混合润滑剂，干燥；
（3）将环坯置于750℃、7×10-2Pa真空条件下,采用300MPa的压力压制，得到尺寸为Φ外46mm×Φ内38mm×高32mm的全密度各向同性复合永磁体；
（4）将压制后的环坯表面磨加工后，用电火花线切割机切取样品进行测试。
用磁滞回线仪测磁性测试结果：Br=9.54kGs,bHc=7.2kOe,iHc=8.2kOe,(BH)max=17.6MGOe,回复磁导率为1.2，最后进行6极充磁，用高斯计测量磁极表面的磁通强度为2.9kGs。此全密度非晶粒取向纳米双相钕铁硼体中α-Fe相的体积比为17％，Mr/Ms=0.56。
实施例2
（1）将成分为Nd6.5Pr4.35Tb0.15Fe78.5B5.2Co5Ga0.17Al0.01Nb0.12纳米双相快淬合金粉末在20℃，500MPa的压力下，压制成Φ外45mm×Φ内39mm×高50mm的环坯；
（2）在环坯表面涂氮化硼/丙酮混合润滑剂，干燥；
（3）将环坯置于800℃、6×10-2MPa真空条件下，采用400MPa的压力压制，得到尺寸为Φ外46mm×Φ内38mm×高32mm的全密度各向同性复合永磁体；
（4）将压制后的环坯表面磨加工后，用电火花线切割机切取样品进行测试。
用磁滞回线仪测磁性测试结果：Br=9.77kGs,bHc=7.5kOe,iHc=11.72kOe，(BH)max=19.47MGOe，回复磁导率为1.15，最后进行6极充磁，用高斯计测量磁极表面的磁通强度为3.1kGs。此全密度非晶粒取向纳米双相钕铁硼体中α-Fe相的体积比为25％，Mr/Ms=0.59。
实施例3
（1）将成分为Nd3.2Pr6.7Dy0.1Fe80.1B5.1Co4.5Ga0.12Al0.01Nb0.17的纳米双相快淬合金粉末在25℃，500MPa的压力下，压制成Φ外45mm×Φ内39mm×高50mm的环坯；
（2）在环坯表面涂二硫化钼/丙酮混合润滑剂，干燥；
（3）将环坯置于750℃、6×10-2MPa真空条件下，300MPa的压力压制，得到相对密度为100％，尺寸为Φ外46mm×Φ内38mm×高32mm各向同性复合永磁体；
（4）将压制后的环坯表面磨加工后，用电火花线切割机切取样品进行测试。
用磁滞回线仪测磁性测试结果：Br=9.82kGs,bHc=7.2kOe,iHc=9.08kOe,(BH)max=18.66MGOe,回复磁导率为1.2，最后进行8极充磁，用高斯计测量磁极表面的磁通强度为2.9kGs。此全密度非晶粒取向纳米双相钕铁硼体中α-Fe相的体积比为17％，Mr/Ms=0.56。
对比例1
（1）将成分为Nd10.2Pr3.5Fe76.6B5.4Co3.9Ga0.4的纳米双相快淬合金粉末在25℃，500MPa的压力下，压制成Φ外45mm×Φ内39mm×高50mm的环坯；
（2）在环坯表面涂氮化硼/无水乙醇混合润滑剂，干燥；
（3）将环坯置于750℃、6×10-2MPa真空条件下,350MPa的压力压制，得到相对密度为100％，尺寸为Φ外46mm×Φ内38mm×高32mm各向同性复合永磁体；
（4）将压制后的环坯表面磨加工后，用电火花线切割机切取样品进行测试。
用磁滞回线仪测磁性测试结果：Br=8.28kGs,bHc=6.64kOe,iHc=16.57kOe,(BH)max=14.29MGOe，回复磁导率为1.1，最后进行8极充磁，用高斯计测量磁极表面的磁通强度为2.5kGs。此全密度非晶粒取向纳米双相钕铁硼体中α-Fe相的体积比为0％，Mr/Ms=0.6。
表1.各组分的原子百分含量
表2、纳米双相各向同性复合永磁体的制备时的参数
表3不同组分合金磁体的磁性能参数
Claims (7)
1.一种纳米双相各向同性复合永磁体，包括硬磁相和软磁相，软磁相为α-Fe、Fe3B、Fe-Co中的一种或几种，所述纳米双相各向同性复合永磁体基于原子比的通式为RxFe100-x-y-zByMz，其中x的范围为6.0～11.7，y的范围为5.0～6.0，z的范围为4.0～10.0，R选自Pr、Nd、Tb、Dy中的一种或几种，M选自Co、Ga、Al、Nb中的一种或几种；
所述纳米双相各向同性复合永磁体为多极磁环；
所述纳米双相各向同性复合永磁体制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米双相快淬钕铁硼合金粉末在常温，200MPa～500MPa的压力下，压制成粉坯；
（2）在粉坯表面涂润滑剂混合液，干燥；
（3）将粉坯置于550～800℃，真空度为1×10-5Pa～1.2×102Pa的环境中，采用200MPa～400MPa的压力压制成为各向同性磁环，其晶粒取向度＜5％；
（4）将压制后的各向同性磁环表面打磨加工后充磁，得到纳米双相复合各向同性多极磁环。
2.如权利要求1中所述的纳米双相各向同性复合永磁体，其特征在于，所述软磁相为α-Fe软磁相，α-Fe软磁相体积百分比为12vol％～50vol％。
3.如权利要求2中所述的纳米双相各向同性复合永磁体，其特征在于，更优选的α-Fe软磁相体积百分比为15vol％～40vol％。
4.如权利要求1中所述的纳米双相各向同性复合永磁体，其特征在于，Mr/Ms的范围为0.5～0.8，回复磁导率为1.05～1.4。
5.如权利要求1所述的纳米双相各向同性复合永磁体，其特征在于，制备步骤（2）中的润滑剂混合液由润滑剂和介质组成，其中润滑剂为氮化硼、二硫化钼、石墨中的一种或者几种，采用的介质为无水乙醇或丙酮。
6.如权利要求1所述的纳米双相各向同性复合永磁体，其特征在于，制备步骤（3）中的真空度为6×10-3Pa～7×10-1Pa。
7.如权利要求1所述的纳米双相各向同性复合永磁体，其特征在于，制备步骤（4）中所述充磁为2-100极充磁。
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