CN1041360C - 一种温度补偿型永磁体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温度补偿型R-Fe-B永磁体的制造方法及磁粉干燥工艺，是用直接电解产物钕基或镨钕基重稀土合金RH-Nd或RH-PrNd代替部分轻稀土金属R，其成分(at%)为：稀土总量A为12-20，其中重稀土合金RH-Nd或RH-PrNd为0.01-19.9，轻稀土R为0.01-19.9，B4-20，Co0.01～20，M0.01-5，其余为Fe；磁粉干燥工艺为将磁粉置于一非铁磁性容器中，在一与之相对运动的磁场中进行干燥，采用该方法得到的温度补偿型R-Fe-B永磁体在廉价、简便的基础上可使氧含量得到降低。
Description
本发明涉及一种稀土永磁材料的制造方法，特别是温度补偿型R-Fe-B永磁体的制造方法。
目前制备R-Fe-B永磁体的方法可分为以下几类：采用单一稀土金属(如Nd或Pr)来制备NdFeB或PrFeB磁体，或者采用轻稀土金属二种或二种以上(如PrNd或PrCeNd)为原料，制备廉价的PrNdFe或CePrNdFe永磁体，以及在上述两种制备方法的一种基础上添加重稀土金属或重稀土氧化物来制备具有温度补偿特性且矫顽力高的R-Fe-B永磁体，例如欧洲专利EP421488A2和美国专利US5041172都介绍了用重稀土元素Dy、Tb、Ho来代替部分Nd的稀土永磁体，但由于重稀土金属的加入，使磁体的成本大幅度上升，特别是几种昂贵的重稀土金属的加入，使磁体的成本接近Sm-Co磁体，这样使该温度补偿型永磁体的应用受到了限制，为得到廉价实用的温度补偿型永磁体，一般是添加重稀土氧化物，如中国专利申请88100843公开了一种稀土永磁体及其生产方法，是向Nd-Fe-B永磁体中加入Dy2O3及Co、Al、Si等元素，磁体的(BH)max为25MGe，但重稀土以氧化物形式添加，会造成磁体成分不均匀，不适合大规模生产，且形成的Nd2O3在磁体中对磁性能不利。
本发明的目的是得到一种简便、廉价地制备温度补偿型稀土永磁体的方法，可使永磁体的含氧量大大降低，从而使磁性能得到提高。
为实现上述目的，本发明是这样实现的：本发明得到的R-Fe-B永磁体由下列成份组成(at％)：稀土总量A为12-20，其中钕基重稀土合金RH-Nd为0.01-19.9，轻稀土元素为0.01-19.9，B4-20，Co0.01～20，M0.01-5，余量为Fe和不可避免的杂质，该成份还可由以下形式表示：[RH-Nd)αR1-α]AFebalCoxMyBz，其中0.01＜α＜1，0＜x≤20，0＜Y≤30，4≤Z≤20，12≤A≤20，RH为重稀土金属Dy、Tb、Er、Ho、Gd、Tm中的任一种或其富集物，R为轻稀土La、Ce、Pr、Nd中的一种或其富集物，M为Nb、Mo、Al、Si、P、Zr、Cu、V、W、Ti、Ni、Cr、Ga、Mn、Hf、Bi、Sn、Sb、Ge、Ta中的一种或一种以上，重稀土金属RH的添加形式为采用直接电解产物Nd基重稀土合金RH-Nd代替部分金属R，RH-Nd合金中RH含量为1-35wt％，按上述成份将轻稀土金属R、RH-Nd合金、金属Co、工业纯铁、B-Fe合金及微量元素M进行配料，冶炼成合金锭，然后破碎，在甲苯或石油醚的保护下球磨至3-6μm，该磁粉在运动的磁场中干燥后于强磁场下取向成型，再经2～4T/cm2压力准等静压，于1050℃-1100℃氩气保护下烧结1～2小时，在1000～500℃进行多段热处理，即得产品。
为进一步实现本发明，上述直接电解重稀土合金还可以为镨钕基重稀土合金RH-PrNd，PrNd合金中Pr为1-20wt％。
本发明稀土永磁体具有最佳温度补偿特性的成份范围(at％)为：RH-Nd为14-16，其中RH在RH-Nd中占30-35wt％，R0.01-0.1，B7-8，Co5～16，M0.5～2，其余为Fe和不可避免的杂质。
当电解重稀土合金为RH-PrNd时，具有最好温度补偿特性的成份范围(at％)为：RH-PrNd14-16，RH在RH-PrNd中占30-35wt％，PrNd中Pr占2-15wt％，R0.01-0.1，B7-8，M0.5～2，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的稀土永磁体制造方法中，磁粉干燥过程为，将磁粉置于一非铁磁性容器中，然后将该容器置于一与之相对运动的，N、S极性相间的磁场中，进行干燥。
下面结合附图对本发明进一步详述。
图1为本发明磁场干燥过程的磁场示意图。
图2为图1的侧视图。
本发明得到的温度补偿型R-Fe-B永磁体的原料系采用直接电解产物钕基重稀土合金RH-Nd来代替部分轻稀土金属R，如金属Nd，其成分为(at％)：稀土总量A为12～20，其中：重稀土合金0.01-19.9，轻稀土R为0.01-19.9，B为4-20，Co0.01～20，M0.01-5，其余为Fe和不可避免的杂质，如C、O等，RH-Nd合金中RH含量为1-35wt％。这样，由于采用直接电解产物钕基重稀土合金RH-Nd代替部分金属Nd加入，使重稀土的添加形式由添加重稀土金属改为添加RH-Nd合金，使永磁体原料的价格下降很多，以Tb-Nd合金为例，Tb-Nd合金折合为纯Tb比添加重稀土金属Tb便宜2/3，从而在磁体中，若按2-3wt％的Tb加入量，可使原料成本降低40％。同时，本发明采用RH-Nd合金的形式加入重稀土，与加入重稀土氧化物相比，可使R-Fe-B永磁体中含氧量明显降低，可使磁性能得到改善。
为进一步得到廉价的温度补偿型R-Fe-B永磁体，重稀土合金还可以为PrNd基RH-PrNd合金，在PrNd基体中Pr含量一般为1-20％。
由于采用加入直接电解产物RH-Nd或RH-PrNd来制备温度补偿型R-Fe-B磁体，随着RH-Nd或RH-PrNd合金在R-Fe-B中加入量的增加，温度稳定性随之改善，但磁性能随之降低，根据不同的需要，可通过对RH-Nd或RH-PrNd的加入量进行控制。本发明在保证了一定磁性能的基础上，得到最佳温度补偿特性的材料最佳成分为：
当重稀土合金为RH-Nd时，RH-Nd占14-16at％，RH在RH-Nd中占30-35wt％，R0.01-0.1at％，B7-8at％，Co5～16at％，M0.5～2at％，其余为Fe和不可避免的杂质。
当重稀土合金为RH-PrNd时，RH-PrNd占14-16at％，RH在RH-PrNd中占30-35wt％，PrNd中Pr占2-15at％，R为0.01-1at％，B7-8at％，Co5～16at％，M0.5～2wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。
为进一步降低磁粉的含氧量，本发明将磁粉置于一与之相对运动的磁场中进行干燥，参见图1、2，将磁粉置于一非铁磁性容器1中，环境可为真空也可为非真空，容器1下部连接一旋转轴，容器可在相对于固定的外壳3中进行旋转，外壳3内侧有N、S极性相间分布的永磁体2，N、S极的个数还可成对地增加，当磁粉在该磁场中做与之相对的转动或平动时，磁粉由于在不同的N、S极间作用下能实现不停地翻动--聚紧--翻动的作用，使磁粉干燥速度提高2-3倍，从而有效地降低了氧含量，该方法对在空气气氛下干燥磁粉效果更为明显，对提高磁性能非常有效，实验结果表明，对本发明的RH-R-Fe-B材料1KG磁粉采用该方法干燥，氧含量分析结果较空气下一般方法干燥低1500-2000ppm。
与现有技术相比，本发明得到的温度补偿型R-Fe-B永磁体由于将现有技术中添加重稀土氧化物如Dy2O3等改为加入RH-PrNd合金，如Dy-Nd合金，使该永磁体的氧含量降低，(BH)max可达33MGe。这是因为尽管Dy2O3合金中Dy含量的提高会对jHc有所改善，但其中氧含量的增加会使Br急剧降低，因此本发明由于氧含量降低可使(BH)max得以保证。
下面介绍本发明的实施例。
采用直接电解合金RH-Nd或RH-PrNd、金属Nd或PrNd(含碳量＜0.05％)、工业纯铁、金属Co、M、B-Fe合金(B：19.8，Fe75.3wt％)按下表所列成份在非自耗电弧炉中氩气保护下熔炼100g的合金锭，经振动样品制样机于甲苯保护下粗粉碎，过40目筛，然后由滚动球磨机磨至3-5μm，将磁粉放在铝质容器中，置于一与之相对运动磁场中干燥，干燥后在磁场中取向成型，压力为1-2吨/cm2，再经等静压(2.5-4吨/cm2)进一步密实，毛坯在自动控温炉中于1090℃烧结1小时，氩气保护，然后淬水冷至室温，再以1000-500℃多段后烧，将磁体加工成Pc＝-2的样品，在CL-6磁特性测量仪和亥姆霍兹线圈法温度特性测量仪上测量磁特性和温度特性，将测量结果Br、jHc、(BH)max、200℃下长期不可逆损失Wirr、20-200℃可逆温度系数αBd列于表1中。
表1
| 实施例 | 成份(at％) | RH-Nd(RH-PrNd)(wt％) | BrKGS(T) | jHcKOe(KA/m) | (BH)mMGOe(KJ/MN) | Wirr％ | αBd％/℃ |
| 1 | Nd5.2(NdDy)9.8 FebalCo16Ga1B8 | Dy13.26Nd86.61 | 11.3(1.13) | 19.0(1520) | 31(248) | ＜5 | -0.007～-0.075 |
| 2 | Nd8.5(NdTb)6.5FebalCo16Ga1B8 | Tb14.85Nd84.3 | 11.7(1.17) | ＞20.0＞1600) | 34(272) | ＜3 | -0.07～-0.075 |
| 3 | (NdTb)11(NdEr)4.1FebalCo5B8 | To∶Nd＝14.85∶84.3Er∶Nd＝20.58∶79.31 | 11.0(1.10) | 12.5(1000) | 25(200 | ＜3 | -0.05～-0.07 |
| 4 | (NdHo)15FebalCo5B8 | Ho34.68Nd65.17 | 0.85(0.085) | 10.0(800) | 17.3(138.4) | ＜2 | -0.03～-0.07 |
| 5 | (PrNd)8.5(NdTb)6.5FebalCo16Ga1B8 | Tb14.85Nd85.02 | 1.15 | ＞20.0(＞1600) | 32(256) | ＜3 | -0.07～-0.075 |
| 6(最佳) | (PrNdTb)5(NdHo)10FebalCo5B8 | PrNdTb中Pr4.86Nd79.44Tb14.86NdHo中Ho34.68 Nd65.17 | 9.2(0.92) | 12.0(960) | 19(152) | ＜2 | -0.04～-0.06 |
*PrNd中，Pr12.82 Nd86.87
Claims (5)
1、一种稀土永磁体的制造方法，是按所需成份将稀土金属R、工业纯铁、Co、B-Fe合金、添加元素M及其它原料进行配料，冶炼成合金锭，破碎，再在甲苯或石油醚的保护下球磨至3-6μm后，磁粉进行干燥，然后在磁场下取向成型，进一步以2-4T/CM2压力准等静压，毛坯于1050-1100℃氩气保护下烧结1-2小时，在1000-500℃进行多段热处理，其特征在于：
a.该稀土永磁体是采用直接电解产物钕基重稀土合金RH-Nd来部分代替轻稀土元素R，RH-Nd合金中RH含量为1～35wt％，其成份(at％)为；稀土总量A为12-20，其中RH-Nd为0.01-19.9，R：0.01-19.9，B：4-20，Co0.01～20，M：0.01-5，其余为Fe和不可避免的杂质，RH-Nd中RH为重稀土金属Dy、Tb、Er、Ho、Gd、Tm中的任一种或其富集物，R为轻稀土金属La、Ce、Pr、Nd中的一种或其富集物，M为Nb、Mo、Al、Si、P、Zr、Cu、V、W、Ti、Ni、Cr、Ga、Mn、Hf、Bi、Sn、Sb、Ge、Ta中的一种或一种以上；
b.磁粉在一与之相对运动的磁场中进行干燥。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征是：所述的永磁体具有最佳温度补偿特性的最佳成份为(at％)：RH-Nd为14-16，其中RH占30-35wt％，R0.01-0.1，B7-8，Co5～16，M0.5～2，其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征是：所述的磁粉干燥过程为：将磁粉置于一非铁磁性容器中，然后将该容器置于一与相对运动的、N、S极性相间的磁场中，进行干燥。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征是：所述的含重稀土合金还可为RH-PrNd合金，PrNd中Pr占1-20wt％。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征是：所述的稀土永磁体的最佳温度补偿特性的成份为(at％)：RH-PrNd为14-16，其中RH占30-35wt％，PrNd中Pr占2-15，R0.01-0.1，B7-8，Co5～16，M0.5～2。
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