CN104821218A - 一种锌铝钛钴复合添加的烧结钕铁硼磁体及其制备方法 - Google Patents

一种锌铝钛钴复合添加的烧结钕铁硼磁体及其制备方法 Download PDF

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张亚波
何进
张书来
史世文
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本发明公开了一种锌铝钛钴复合添加的烧结钕铁硼磁体及其制备方法。所述磁体组分为(RExFe100-x-y-zCoyBz)100-u(Zn100-a-bAlaTib)u，RE为稀土元素Nd和Pr，采用双合金法制备，主合金为RExFe100-x-y-zCoyBz，辅合金为Zn100-a-bAlaTib。本发明的制备工艺中主合金RExFe100-x-y-zCoyBz历经熔炼、速凝甩带、氢破碎、气流磨，制得主合金粉末；辅合金Zn100-a-bAlaTib历经熔炼、铸锭、机械破碎、球磨，制得辅合金粉末。后经主辅粉料混合、取向成型、烧结、后处理等过程制备出永磁材料。本发明制备工艺简单，容易实现大规模的工业化生产，制造出的烧结磁体在不降低剩磁、最大磁能积的基础上，有效提高了磁体的矫顽力。

Description

一种锌铝钛钴复合添加的烧结钕铁硼磁体及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，具体涉及一种锌铝钛钴复合添加的烧结钕铁硼磁体及其制备方法。
背景技术
烧结钕铁硼磁体具有优越的磁性能，在现代科学技术的各领域，如风力发电、核磁共振、汽车工业、计算机、航空航天、家用电器等方面获得广泛应用。随着产业的发展，业界对磁体磁性能的要求越来越高。
NdFeB的发展主要源于材料的高磁能积，但是磁体的实际内禀矫顽力却常为理论值的1/3-1/30，这导致了材料的工作温度和稳定性相对较低，制约了NdFeB的进一步发展和应用。为解决这一问题，必须提高NdFeB的矫顽力。目前工业生产中改善、提高磁体矫顽力的途径主要有添加有益合金元素和优化熔炼、制粉、成型、烧结等制备工艺。添加合金元素可分为两大类，第一类是通过添加重稀土元素Dy、Tb来替代硬磁相中的Nd，能够明显地提升材料的矫顽力，但该方法以牺牲材料的磁能积为代价，同时价格昂贵的Dy、Tb大幅度地增加磁体的生产成本。第二类是向磁体中掺杂加入非稀土金属元素，包括低熔点金属Al、Ga、Cu、Sn等和高熔点金属Nb、Zr、Ti等。低熔点金属能够提高富Nd相的润湿性，而高熔点元素能够有效抑制烧结过程中晶粒的长大，最终能有效提高磁体的矫顽力，但这些元素生成的非磁性相会降低磁体的Br和(BH)max。另外，添加合金元素的方法也有多种形式，既可以在熔炼前的配料中添加，又可以在气流磨制粉前将所需添加的合金粉末按比例与磁粉混合。
因此，在既不增加成本又不削弱磁体的剩磁和磁能积的基础上提高材料的矫顽力显得尤为重要。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种一种锌铝钛钴复合添加的烧结钕铁硼磁体及其制备方法，本发明制造出的烧结钕铁硼磁体在不降低剩磁、最大磁能积的基础上，有效提高了磁体的矫顽力。
本发明所采用的技术方案是：
一种锌铝钛钴复合添加的烧结钕铁硼磁体，其特征在于：所述烧结钕铁硼磁体的组分为(RExFe100-x-y-zCoyBz)100-u(Zn100-a-bAlaTib)u，所述烧结钕铁硼磁体采用双合金法制备，主合金为RExFe100-x-y-zCoyBz，辅合金为Zn100-a-bAlaTib，其中，RE为稀土元素Nd和Pr，Nd占RE的质量百分比为70-80％；x为RE在主合金RExFe100-x-y-zCoyBz中的原子分数，13.0at.％≤x≤14.0at.％，y为Co在主合金RExFe100-x-y-zCoyBz中的原子分数，2.1at.％≤y≤4.2at.％，z为B在主合金RExFe100-x-y-zCoyBz中的原子分数，5.9at.％≤z≤6.2at.％，a为Al在辅合金Zn100-a-bAlaTib中的原子分数，30.0at.％≤a≤52.0at.％，b为Ti在辅合金Zn100-a-bAlaTib中的原子分数，15.0at.％≤b≤22.0at.％，u为辅合金Zn100-a-bAlaTib在整个材料成分体系中的质量百分比，0.1wt.％≤u≤0.8wt.％。
一种锌铝钛钴复合添加的烧结钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(ⅰ)按设计成分分别制备主合金RExFe100-x-y-zCoyBz和辅合金Zn100-a-bAlaTib。其中，主合金RExFe100-x-y-zCoyBz先经1200-1400℃温度熔炼，合金液在102-104℃/s的冷速下速凝甩带成厚度为0.2-0.5mm的合金薄片；再经氢爆炉破碎成粒径为200μm的颗粒；最后经气流磨破碎成2.5-4.5μm的钕铁硼合金粉末；辅合金Zn100-a-bAlaTib先进行真空熔炼制备出合金铸锭，再历经粗破碎、机械球磨，制成平均粒径为1-3μm的辅合金粉末；
(ⅱ)将步骤(ⅰ)制备得到主合金粉末RExFe100-x-y-zCoyBz和辅合金粉末Zn100-a-bAlaTib按配方设计的质量称取，在氮气保护下，利用三维混料机中进行混料，混料时加入合金粉末总重量0.2-0.5％的汽油，混合3h，制得均匀的混合粉末；
(ⅲ)利用磁场压机，将步骤(ⅱ)中的粉末在1.8-2.0T的磁场下取向成型，再经过冷等静压，压力为180-200MPa，制得磁体初坯，初坯密度为4.5-5.0g/cm3；
(ⅳ)将压制得到的初坯置于真空烧结炉中，在1060-1100℃烧结保温3-4小时；一级回火温度为850-950℃，保温1-2小时；二级回火温度为500-600℃，保温3-4小时；最终获得烧结永磁体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过符合添加锌铝钛钴，采用双合金法制备出较高矫顽力的烧结磁体，在制造中低牌号的烧结钕铁硼磁体时，可以不添加稀土Ho，甚至在制造高牌号的烧结钕铁硼磁体时通过本发明所述的复合添加锌铝钛钴的方法，减少了重稀土Dy、Tb的使用，降低了生产成本。本发明制备工艺简单，容易实现大规模的工业化生产，制造出的烧结磁体在不降低剩磁、最大磁能积的基础上，有效提高了磁体的矫顽力。
具体实施方式
本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
利用本发明所述的复合添加锌铝钛钴提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法制造N42磁体，具体步骤如下：
(a)熔炼与制粉：主辅合金分别制备，主合金Pr3.5Nd9.7Fe76.8Co3.8B6.2按化学比列配料后，装入真空熔炼炉先后经1380℃熔炼，合金液在103℃/s左右的冷速下速凝甩带成厚度为0.28mm的合金薄片，再经氢爆炉破碎成粒径为200μm左右的颗粒，最后经气流磨破碎成2.5-4.5μm左右的钕铁硼合金粉末，辅合金Zn43Al18Ti39先进行真空熔炼制备出合金铸锭，再历经粗破碎、机械球磨，制成平均粒径为1-3μm左右的辅合金粉末；
(b)混粉：将制得的主合金Pr3.5Nd9.7Fe76.8Co3.8B6.2粉末和辅合金Zn43Al18Ti39粉末按配方设计的质量称取，辅合金质量占总质量的0.3wt％，混料前再加入质量占粉末总重0.2wt％的汽油，在氮气保护下，通过三维混料机中进行混料，混合3h，制得均匀的混合粉末；
(c)成型：利用磁场压机，将混合均匀的粉末在1.9T的磁场下取向成型，再经过冷等静压，压力为180MPa，制得磁体初坯，初坯密度为4.5-5.0g/cm3；
(d)烧结：将压制得到的初坯置于真空烧结炉中，在1080℃烧结保温4小时，一级回火温度为850℃，保温2小时，二级回火温度为475℃，保温4小时，最终获得烧结永磁体；
(e)测性能：20℃下的磁性能，结果如下表。
      
样品 Br(kGs) Hcj(kOe) (BH)m(MGOe) Hk/Hcj
N42 13.0 12.6 42 97.1％
      

Claims (2)

1.一种锌铝钛钴复合添加的烧结钕铁硼磁体，其特征在于：所述烧结钕铁硼磁体的组分为(RExFe100-x-y-zCoyBz)100-u (Zn100-a-bAlaTib)u，所述烧结钕铁硼磁体采用双合金法制备，主合金为RExFe100-x-y-zCoyBz，辅合金为Zn100-a-bAlaTib，其中，RE为稀土元素Nd和Pr，Nd占RE的质量百分比为70-80%；x为RE在主合金RExFe100-x-y-zCoyBz中的原子分数，13.0 at.%≤x≤14.0 at.%，y为Co在主合金RExFe100-x-y-zCoyBz中的原子分数，2.1 at.%≤y≤4.2 at.%，z为B在主合金RExFe100-x-y-zCoyBz中的原子分数，5.9 at.%≤z≤6.2 at.%，a为Al在辅合金Zn100-a-bAlaTib中的原子分数，30.0 at.% ≤a≤ 52.0 at.%，b为Ti在辅合金Zn100-a-bAlaTib中的原子分数，15.0 at.% ≤b≤ 22.0 at.%，u为辅合金Zn100-a-bAlaTib在整个材料成分体系中的质量百分比，0.1 wt.%≤u≤0.8 wt.%。
2.一种如权利要求1所述的锌铝钛钴复合添加的烧结钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
（ⅰ）按设计成分分别制备主合金RExFe100-x-y-zCoyBz和辅合金Zn100-a-bAlaTib；其中，主合金RExFe100-x-y-zCoyBz先经1200-1400℃温度熔炼，合金液在102-104℃/s的冷速下速凝甩带成厚度为0.2-0.5mm的合金薄片；再经氢爆炉破碎成粒径为200μm的颗粒；最后经气流磨破碎成2.5-4.5μm的钕铁硼合金粉末；辅合金Zn100-a-bAlaTib先进行真空熔炼制备出合金铸锭，再历经粗破碎、机械球磨，制成平均粒径为1-3 μm 的辅合金粉末；
（ⅱ）将步骤（ⅰ）制备得到主合金粉末RExFe100-x-y-zCoyBz和辅合金粉末Zn100-a-bAlaTib按配方设计的质量称取，在氮气保护下，利用三维混料机中进行混料，混料时加入合金粉末总重量0.2-0.5％的汽油，混合3h，制得均匀的混合粉末；
（ⅲ）利用磁场压机，将步骤（ⅱ）中的粉末在1.8-2.0T的磁场下取向成型，再经过冷等静压，压力为180-200MPa，制得磁体初坯，初坯密度为4.5-5.0g/cm3；
（ⅳ）将压制得到的初坯置于真空烧结炉中，在1060-1100℃烧结保温3-4小时；一级回火温度为850-950℃，保温1-2小时；二级回火温度为500-600℃，保温3-4小时；最终获得烧结永磁体。
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