CN103871702B

CN103871702B - 一种钕镨铁硼氮永磁材料及制备方法

Info

Publication number: CN103871702B
Application number: CN201410075562.2A
Authority: CN
Inventors: 孙锐; 卢俊丽; 孙学中
Original assignee: Shanxi Sanyiqiang Magnetic Industry Co ltd
Current assignee: Shanxi Sanyiqiang Magnetic Industry Co ltd
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: CN103871702A

Abstract

本发明提供一种钕镨铁硼氮永磁材料，该材料具有较高的磁能积。其制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该钕镨铁硼氮永磁材料中各成分的重量百分含量为：Cu1～3％，Co1.5～2％，Si1～1.5％，Y0.7～0.9％，Tm0.1～0.2％，As0.05～0.08％，B1.2～1.7％，V0.8～4％，N0.1～0.5％，C0.1～0.5％，Nd16～18％，Pr10～13％，Pb0.1％～0.4％，P0.01％～0.03％，其余Fe。

Description

一种钕镨铁硼氮永磁材料及制备方法

技术领域：

本发明属于金属材料领域，涉及一种钕镨铁硼氮永磁材料及制备方法。

背景技术：

CN201210378590.2号申请提供了一种获得高性能烧结钕铁硼磁体的制备方法，属于稀土永磁材料领域。该方法在目前工艺的基础上，在对磁粉进行气流磨过程中加入质量分数为0.05%～0.3%的硫化物，硫化物可以是MoS₂、MnS、CaS，硫化物的加入使材料具有良好的润滑性能。但是磁能积偏低。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种钕镨铁硼氮永磁材料材料，该材料具有较高的磁能积。

本发明的另一目的是提供一种钕镨铁硼氮永磁材料材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种钕镨铁硼氮永磁材料，该材料中各成分的重量百分含量为：

Cu1～3％，Co1.5～2％，Si1～1.5％，Y0.7～0.9％，Tm0.1～0.2％，As0.05～0.08％，B1.2～1.7％，V0.8～4％，N0.1～0.5％，C0.1～0.5％，Nd16～18％，Pr10～13％，Pb0.1％～0.4％，P0.01％～0.03％，其余Fe。

上述钕镨铁硼氮永磁材料制备方法，具体步骤如下：

1）首先按照上述各成分进行配料，原料中Cu、Co、Si、Y、Tm、As、Nd、Pr、Pb、Fe的纯度均大于99.9％；P采用磷铁合金形式加入，其中P的重量百分含量为24%；V、N、C以钒氮合金形式加入，其中V：N：C的重量比为8：1：1；B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；

2）将各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1540～1560℃，得到母合金；然后将母合金放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中重熔，重熔温度为1510～1530℃；重熔管式坩埚底部设有通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.5～1.8个大气压；

3）重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2～4mm处；当母合金熔化后，打开所述阀门，熔融母合金液在氮气压迫下从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金铸带；

4）然后将上述合金铸带放入真空度为0.06～0.1Pa，炉内气压为0.8～1.3atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至260～310℃，氢碎70～80分钟得到粗粉；

5）然后将粗粉放入气流磨中将粗粉磨为细粉，气流磨制粉压力6～7atm；

6）再将细粉放入模具，在0.03～0.05MPa成型压力，将细粉压制成块；取出装入烧结盆，随同烧结盆送入真空度为0.01～0.03Pa，温度为1170～1190℃的烧结电炉内，保温60～120分钟后断电，随炉自然冷却至850℃，再接电保温1～2h，然后再断电降温至480～490℃，再接电保温3～4h，然后随炉冷却至室温，即得钕镨铁硼氮永磁材料。

本发明的进一步设计在于：

步骤2）中重熔管式坩埚内径为20～23mm，高度为250～290mm，坩埚底部有2～2.5mm的通孔。

步骤3）中成型炉转轮旋转线速度为20～25m/s，所得合金铸带的厚度为220～320μm，宽度尺寸为4～6mm。

步骤4）中粗粉粒度为25～60微米；步骤5）中细粉粒度为2～6微米。

本发明具有如下有益效果：

本发明在Fe中加入Pr和N，可形成Pr～Fe～N永磁主相；在Fe中加入Nd和B，可形成Nd～Fe～B永磁主相。这两个主相复合存在，强化了合金的永磁性能。材料中的Si、Pb、P取代部分B原子。合金材料中Y、Tm元素进入主相，溶解于主相中的元素降低了有效退磁因子和细化了主相，这些都可有效提高磁体的磁性能。

C、As改善内禀矫顽力的原因是晶粒间副相的贡献,尤其是在晶粒交合位置上；由于添加了V元素，抑制了晶粒交汇处颗粒的长大，细化了主相晶粒，降低了有效退磁因子，进而提高了内禀矫顽力；材料中的Pb、Cu、Co可以减少富Nd相与主相的湿润角，抑制主相的长大，使反磁化畴在界面形核困难，提高了材料的剩磁。

本发明的制备方法中，重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2～4mm处。当母合金熔化后，重熔管式坩埚上部阀门打开，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部有1～1.5mm的通孔中喷向旋转的金属转轮，形成连续的合金铸带。转轮旋转线速度为20～25m/s，所得合金铸带的厚度为220～320μm，宽度尺寸为4～6mm。本发明采用合金成分优化和铸带结合。带铸工艺的特点在于有效地消除了相的分布不均匀性并使晶粒得到细化，容易得到高剩磁及磁能积的产品。

本发明所得产品具有优异磁性能。本发明制备中所用稀有元素微量其它原料成本较低；另外制备过种中合金经过快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，保证了合金的质量。该合金制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。

本发明的钕镨铁硼氮永磁材料材料性能见表1。

附图说明:

图1为本发明实施例一制备的钕镨铁硼氮永磁材料组织图。

由图1可以看出钕镨铁硼氮永磁材料的组织致密均匀。

具体实施方式：

实施例一：

本发明钕镨铁硼氮永磁材料制备步骤如下：

1）首先按照各成分的重量百分含量：Cu1％，Co1.5％，Si1％，Y0.7％，Tm0.1％，As0.05％，B1.2％，V0.8％，N0.1％，C0.1％，Nd16％，Pr10％，Pb0.1％，P0.01％，其余为Fe进行配料，原料中Cu、Co、Si、Y、Tm、As、Nd、Pr、Pb、Fe的纯度均大于99.9％；P采用磷铁合金形式加入，其中P的重量百分含量为24%；V、N、C以钒氮合金形式加入，其中V：N：C的重量比为8：1：1；B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；

2）将各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1540℃，得到母合金；然后将母合金放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中重熔，重熔温度为1510℃；重熔管式坩埚底部设有通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.5个大气压；重熔管式坩埚内径为20mm，高度为250mm，坩埚底部设有孔径为2mm的通孔。

3）重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2～4mm处；当母合金熔化后，打开所述阀门，熔融母合金液在氮气压迫下从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金铸带；成型炉转轮旋转线速度为20m/s，所得合金铸带的厚度为220～320μm，宽度尺寸为4～6mm。

4）然后将上述合金铸带放入真空度为0.06Pa，炉内气压为0.8atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至260℃，氢碎70分钟得到粗粉，粗粉粒度为25～60微米；氢碎利用稀土金属间化合物的吸氢特性，将钕铁硼合金置于氢气环境下，氢气沿富钕相薄层进入合金，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂，氢碎后使薄片变为粗粉。

5）然后将粗粉放入气流磨中将粗粉磨为细粉，气流磨制粉压力6atm，细粉粒度为2～6微米；

6）再将细粉放入模具，在0.03MPa成型压力，将细粉压制成块；取出装入烧结盆，随同烧结盆送入真空度为0.01Pa，温度为1170℃的烧结电炉内，保温60分钟后断电，随炉自然冷却至850℃，再接电保温1h，然后再断电降温至480℃，再接电保温3h，然后随炉冷却至室温，即得钕镨铁硼氮永磁材料。

实施例二：

本发明钕镨铁硼氮永磁材料制备步骤如下：

1）首先按照各成分的重量百分含量：Cu3％，Co2％，Si1.5％，Y0.9％，Tm0.2％，As0.08％，B1.7％，V4％，N0.5％，C0.5％，Nd18％，Pr13％，Pb0.4％，P0.03％，其余为Fe进行配料，原料中Cu、Co、Si、Y、Tm、As、Nd、Pr、Pb、Fe的纯度均大于99.9％；P采用磷铁合金形式加入，其中P的重量百分含量为24%；V、N、C以钒氮合金形式加入，其中V：N：C的重量比为8：1：1；B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；

2）将各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1560℃，得到母合金；然后将母合金放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中重熔，重熔温度为1530℃；重熔管式坩埚底部设有通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.5～1.8个大气压；重熔管式坩埚内径为23mm，高度为290mm，坩埚底部有孔径为2.5mm的通孔。

3）重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2～4mm处；当母合金熔化后，打开所述阀门，熔融母合金液在氮气压迫下从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金铸带；成型炉转轮旋转线速度为25m/s，所得合金铸带的厚度为220～320μm，宽度尺寸为4～6mm。

4）然后将上述合金铸带放入真空度为0.1Pa，炉内气压为1.3atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至310℃，氢碎80分钟得到粗粉，粗粉粒度为25～60微米；氢碎利用稀土金属间化合物的吸氢特性，将钕铁硼合金置于氢气环境下，氢气沿富钕相薄层进入合金，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂，氢碎后使薄片变为粗粉。

5）然后将粗粉放入气流磨中将粗粉磨为细粉，气流磨制粉压力7atm，细粉粒度为2～6微米；

6）再将细粉放入模具，在0.05MPa成型压力，将细粉压制成块；取出装入烧结盆，随同烧结盆送入真空度为0.03Pa，温度为1190℃的烧结电炉内，保温120分钟后断电，随炉自然冷却至850℃，再接电保温2h，然后再断电降温至490℃，再接电保温4h，然后随炉冷却至室温，即得钕镨铁硼氮永磁材料。

实施例三：

本发明钕镨铁硼氮永磁材料制备步骤如下：

1）首先按照各成分的重量百分含量：Cu2％，Co1.8％，Si1.3％，Y0.8％，Tm0.15％，As0.07％，B1.5％，V3.2％，N0.4％，C0.4％，Nd17％，Pr12％，Pb0.3％，P0.02％，其余为Fe进行配料，原料中Cu、Co、Si、Y、Tm、As、Nd、Pr、Pb、Fe的纯度均大于99.9％；P采用磷铁合金形式加入，其中P的重量百分含量为24%；V、N、C以钒氮合金形式加入，其中V：N：C的重量比为8：1：1；B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；

2）将各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1550℃，得到母合金；然后将母合金放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中重熔，重熔温度为1520℃；重熔管式坩埚底部设有通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.6个大气压；重熔管式坩埚内径为22mm，高度为280mm，坩埚底部有2.3mm的通孔。

3）重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2～4mm处；当母合金熔化后，打开所述阀门，熔融母合金液在氮气压迫下从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金铸带；成型炉转轮旋转线速度为23m/s，所得合金铸带的厚度为220～320μm，宽度尺寸为4～6mm。

4）然后将上述合金铸带放入真空度为0.08Pa，炉内气压为1.2atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至290℃，氢碎80分钟得到粗粉，粗粉粒度为25～60微米；氢碎利用稀土金属间化合物的吸氢特性，将钕铁硼合金置于氢气环境下，氢气沿富钕相薄层进入合金，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂，氢碎后使薄片变为粗粉。

6）再将细粉放入模具，在0.04MPa成型压力，将细粉压制成块；取出装入烧结盆，随同烧结盆送入真空度为0.02Pa，温度为1180℃的烧结电炉内，保温100分钟后断电，随炉自然冷却至850℃，再接电保温1h，然后再断电降温至485℃，再接电保温4h，然后随炉冷却至室温，即得钕镨铁硼氮永磁材料。

实施例四：（成份配比不在本发明设计方案内）

钕镨铁硼氮永磁材料中各成份按重量百分含量：Cu0.6％，Co1％，Si0.5％，Y0.5％，Tm0.05％，As0.03％，B1％，V0.4％，N0.05％，C0.05％，Nd14％，Pr9％，Pb0.05％，P0.008％，其余Fe进行配料，制备过程同实施例一。

实施例五：（成份配比不在本发明设计方案内）

钕镨铁硼氮永磁材料中各成份按重量百分含量：Cu4％，Co3％，Si2％，Y1％，Tm0.3％，As0.09％，B2％，V4.8％，N0.6％，C0.6％，Nd16～18％，Pr14％，Pb0.5％，P0.04％，其余Fe进行配料，制备过程同实施例一。

由上表可以看出，材料中添加Cu、Co、Si、Y、Tm、As、B、V、N、C、Nd、Pr、Pb、P元素有助于合金具有磁性能的提高。但是超出本案规定的范围，磁性能非但没提高，反而降低。原因是合金元素过多，会在合金内部形成非磁性化合物，也降低了合金元素的有效作用。Y、Tm、As、Nd、Pr元素过多，不再起作用，反而浪费原材料。

Claims

1.一种钕镨铁硼氮永磁材料，其特征是：该材料中各成分的重量百分含量为：

2.权利要求1所述钕镨铁硼氮永磁材料制备方法，其特征是：具体步骤如下：

1)首先按照上述各成分进行配料，原料中Cu、Co、Si、Y、Tm、As、Nd、Pr、Pb的纯度均大于99.9％；P采用磷铁合金形式加入，其中P的重量百分含量为24％；V、N、C以钒氮合金形式加入，其中V：N：C的重量比为8：1：1；B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％，余量铁以纯Fe形式加入；

2)将各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1540～1560℃，得到母合金；然后将母合金放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中重熔，重熔温度为1510～1530℃；重熔管式坩埚底部设有通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.5～1.8个大气压；

3)重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2～4mm处；当母合金熔化后，打开所述阀门，熔融母合金液在氮气压迫下从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金铸带；

4)然后将上述合金铸带放入真空度为0.06～0.1Pa，炉内气压为0.8～1.3atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至260～310℃，氢碎70～80分钟得到粗粉；

5)然后将粗粉放入气流磨中将粗粉磨为细粉，气流磨制粉压力6～7atm；

6)再将细粉放入模具，在0.03～0.05MPa成型压力，将细粉压制成块；取出装入烧结盆，随同烧结盆送入真空度为0.01～0.03Pa，温度为1170～1190℃的烧结电炉内，保温60～120分钟后断电，随炉自然冷却至850℃，再接电保温1～2h，然后再断电降温至480～490℃，再接电保温3～4h，然后随炉冷却至室温，即得钕镨铁硼氮永磁材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤2)中重熔管式坩埚内径为20～23mm，高度为250～290mm，坩埚底部有2～2.5mm的通孔。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征是：步骤3)中成型炉转轮旋转线速度为20～25m/s，所得合金铸带的厚度为220～320μm，宽度尺寸为4～6mm。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：步骤4)中粗粉粒度为25～60微米；步骤5)中细粉粒度为2～6微米。