CN105225782A

CN105225782A - 一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体及其制备方法

Info

Publication number: CN105225782A
Application number: CN201510467924.7A
Authority: CN
Inventors: 黎龙贵; 吴美浩; 胡烈平; 段敏
Original assignee: Zhejiang Dongyang Dmegc Rare Earth Co ltd
Current assignee: Zhejiang Dongyang Dmegc Rare Earth Co ltd
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2016-01-06

Abstract

本发明公开了一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体及其制备方法。它组成成分为Re_αFe_100-α-β-γB_βM_γ；Re为轻稀土元素，包括选自La、Ce、Pr、Nd、Sm和Eu的一种或一种以上的元素；M为添加元素，包括选自Ti、V、Cr、Ni、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Co、Cu、Ag、Sn、W、Mo、Pb、Bi、Mg和Pd的一种或一种以上的元素；Fe为Fe和不可避免的杂质；α、β和γ为各元素的原子百分比含量；其中：12≤α≤17，5≤β≤6.5，0.1≤γ≤5。本发明的有益效果是：利用低熔炼轻稀土微粉在高温烧结时为液态包裹纳米金属粉末移动均匀的分布在晶界起到细化晶粒，且本身轻稀土微粉同样可以起到提高产品磁性能的作用。

Description

一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体及其制备方法

技术领域

本发明涉及稀土钕铁硼永磁材料相关技术领域，尤其是指一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体及其制备方法。

背景技术

烧结钕铁硼磁体是当今世界上综合磁性能最强的永磁材料，以其超越于传统永磁材料的优异特性和性价比，广泛的应用在能源、交通、机械、医疗、计算机、家电等领域，在国民经济中扮演重要角色。磁性材料的技术指标中，磁能积最为重要。磁能积表示单位体积的磁体产生外磁场的能量大小。磁能积高，意味着电机上可以用较小的磁体输出更大的动力。钕铁硼是一种重要的稀土永磁材料，具有高磁能积、高矫顽力、重量轻、成本低等特性，是迄今为止性价比最高的磁体，获誉“磁王”。钕铁硼的出现，使磁性器件向高效化、小型化、轻型化方向发展

在现有技术中，为了获得高性能烧结钕铁硼主要运用重稀土元素Dy、Tb、Ho，及其它非金属元素复合添加，但重稀土元素Dy、Tb、Ho成本较高，更为严峻的是，重稀土元素已探明储量非常有限。以现在的消耗速度，在不远的将来，人们将面临重稀土元素稀缺的困境。因此，开发不用或者少用Dy、Tb、Ho等重稀土低的高性能烧结钕铁硼制备技术，是战略亟需。

如专利公布号为103824668A的专利中提到稀土微粉可以提高磁性能，以及专利公布号为103106991A的专利添加纳米金属粉末可以改善磁性能，但都没有充分发挥其性能优势。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种利用低熔炼轻稀土微粉在高温烧结时为液态包裹纳米金属粉末移动均匀的分布在晶界来制备高性能烧结钕铁硼磁体的无重稀土的烧结钕铁硼磁体及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体，其组成成分为Re_αFe_100-α-β-γB_βM_γ；

Re为轻稀土元素，包括选自La、Ce、Pr、Nd、Sm和Eu的一种或一种以上的元素；

M为添加元素，包括选自Ti、V、Cr、Ni、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Co、Cu、Ag、Sn、W、Mo、Pb、Bi、Mg和Pd的一种或一种以上的元素；

Fe为Fe和不可避免的杂质；

α、β和γ为各元素的原子百分比含量；

其中：12≤α≤17，5≤β≤6.5，0.1≤γ≤5。

本发明的技术方案是通过在生产过程中添加低熔点轻稀土微粉Re与纳米金属粉末M复合添加到钕铁硼合金粉末中，利用低熔炼轻稀土微粉Re在高温烧结时为液态包裹纳米金属粉末M移动，均匀的分布在晶界，来制备无重稀土的高性能烧结钕铁硼磁体。

作为优选，所述的Re轻稀土元素为La、Ce、Pr和Nd中的一种或多种。

作为优选，所述的α范围为13≤α≤15。

作为优选，所述的β范围为5.7≤β≤6.1。

作为优选，所述的γ范围为1≤γ≤3。

本发明还提供了一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用机械破碎或氢破加气流磨方式对钕铁硼稀土永磁材料合金进行破碎，制得平均粒径在2.0-4.5μm的钕铁硼稀土永磁材料合金粉末；

(2)将轻稀土元素微粉通过各类破碎工艺获得平均粒径在1-2.5μm的轻稀土微粉；

(3)将上述轻稀土微粉、纳米金属分别按照0.5％-3％、0.05％-2％的重量比例加入到钕铁硼永磁材料合金粉末中，混合均匀；

(4)将混合后的合金粉末在磁场强度≥1.4T的取向磁场中压制成型毛坯；

(5)将成型毛坯放入真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1045℃-1110℃，烧结时间为2-8小时，并进行回火处理，制得无重稀土的高性能烧结钕铁硼磁体。

成型后的钕铁硼合金系毛坯在经过上述工艺后将由主相(Nd₂Fe₁₄B)、富Nd相、低熔点轻稀土微粉(La、Ce、Pr、Nd中的一种或多种)、纳米金属(Cu、Al、Ti、Ni、Mg中的一种或多种)和极少的富B相(Nd_1.1Fe₁₄B)组成，在高温烧结时温度达到1045℃-1110℃，而低熔点轻稀土微粉一般在700-800℃时就开始溶化，因此利用低熔炼轻稀土微粉在高温烧结时为液态包裹纳米金属粉末移动均匀的分布在晶界起到细化晶粒，且本身轻稀土微粉同样可以起到提高产品磁性能的作用，两者复合添加充分发挥低熔点轻稀土及纳米金属的作用。

作为优选，在步骤(3)中，所述的纳米金属为Cu、Al、Ti、Ni、Mg中的一种或多种，粒径为30-50nm。

作为优选，在步骤(5)中，回火处理采用二次回火，具体为首先在890℃-910℃恒温1-3小时，然后在460℃-550℃恒温3-6小时。

作为另一种优选，在步骤(5)中，回火工艺采用一次回火，具体为在470℃-520℃恒温2-6小时。

作为优选，在步骤(5)中，真空烧结炉内的真空度为(10^-210^-5)Pa。

本发明的有益效果是：通过添加低熔点轻稀土微粉与纳米金属粉末复合添加到钕铁硼合金粉末中，利用低熔炼轻稀土微粉在高温烧结时为液态包裹纳米金属粉末移动均匀的分布在晶界起到细化晶粒，且本身轻稀土微粉同样可以起到提高产品磁性能的作用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体，其组成成分为ReαFe_100-α-β-γB_βM_γ；

Re为稀土元素，包括选自La、Ce、Pr、Nd、Sm和Eu的一种或一种以上的元素；优选为，选自La、Ce、Pr、Nd中的一种或一种以上的元素；

M为添加元素，包括选自Ti、V、Cr、Ni、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Co、Cu、Ag、Sn、W、Mo、Pb、Bi、Mg和Pd一种或一种以上的元素；

Fe为Fe和不可避免的杂质；

α、β和γ为各元素的原子百分比含量；

其中：12≤α≤17，5≤β≤6.5，0.1≤γ≤5；

优选为，13≤α≤15，5.7≤β≤6.1，1≤γ≤3。

一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：

(3)将稀土微粉、纳米金属分别按照0.5％-3％、0.05％-2％的重量比例加入到钕铁硼永磁材料合金粉末中，混合均匀；

(5)将成型毛坯放入真空烧结炉内进行高温烧结，烧结温度为1045℃-1110℃，烧结时间为2-8小时，并进行回火处理，制得无重稀土的高性能烧结钕铁硼磁体；回火工艺采用一次回火：470-520℃恒温2～6小时；或者二阶回火：一阶温度在890-910℃恒温1-3小时，然后480-520℃恒温3-6小时。

实施实例1：

将成分为(Nd、Pr)_13.94Fe_78.28M_1.86B_5.92(at％)的钕铁硼永磁材料合金，按照本发明的技术方案进行准备：按上述成分进行配料并以速凝薄片工艺制得钕铁硼永磁材料合金；采用氢破加气流磨方式对稀土钕铁硼永磁材料合金进行破碎，制得平均粒度在3.1μm的合金粉末。

在氮气保护下，将平均粒度为40nm的纳米钛与制得的钕铁硼永磁材料合金进行充分混匀，混合后的粉末在≥1.4T的取向磁场中压制成型71.4×50×44.1(mm)的方块毛坯，将毛坯放入高真空烧结炉内，在1065℃烧结4.5小时，在895℃一级回火2小时和515℃二级回火4小时，制得烧结磁体：取Φ10×10(mm)的表样2只进行磁性能测试。

实施例1：纳米钛的添加百分含量为0％，所得烧结磁体的磁性能检测结果：Br＝(13.98-14.05)KGs，HcJ＝(15.07-15.13)KOe，(BH)m＝(46.81-47.07)MGsOe。

实施例2：纳米钛的添加百分含量为0.1％，所得烧结磁体的磁性能检测结果：Br＝(14.03-14.09)KGs，HcJ＝(15.14-15.20)KOe，(BH)m＝(47.16-47.27)MGsOe。

实施例3：纳米钛的添加百分含量为0.2％，所得烧结磁体的磁性能检测结果：Br＝(13.87-13.94)KGs，HcJ＝(15.92-15.98)KOe，(BH)m＝(46.03-46.25)MGsOe。

实施例4：纳米钛的添加百分含量为0.3％，所得烧结磁体的磁性能检测结果：Br＝(13.67-13.73)KGs，HcJ＝(15.65-16.02)KOe，(BH)m＝(45.19-45.48)MGsOe。

实施例5：纳米钛的添加百分含量为0.4％，所得烧结磁体的磁性能检测结果：Br＝(13.61-13.62)KGs，HcJ＝(15.47-15.62)KOe，(BH)m＝(44.45-44.56)MGsOe。

比较例1：将成分为(Nd、Pr)_13.94Fe_78.28M_1.86B_5.92(at％)的稀土钕铁硼永磁材料合；按上法不加纳米钛制得同规格尺寸的样品，所得烧结磁体的磁性能检测结果：Br＝(13.67-13.77)KGs，HcJ＝(15.94-16.23)KOe，(BH)m＝(45.07-45.42)MGsOe。

实施例1-5及比较例1的磁性能汇总见表1：

表1

项目	添加比例(％)	添加金属粉末M₁	Br/KGs	HcJ/KOe	(BH)m/MGsOe
						实施例1	0	-	14.02	15.10	46.94
实施例2	0.1	纳米钛	14.06	15.17	47.22
						实施例3	0.2	纳米钛	13.91	15.95	46.14
实施例4	0.3	纳米钛	13.70	15.84	45.34
						实施例5	0.4	纳米钛	13.62	15.55	44.51
比较例1	0	-	14.02	15.10	46.94

实施实例2：

通过氢破加气流磨工艺获得平均粒度在2.5μm的轻稀土微粉，将制得的轻稀土微粉按照不同的百分含量在制粉过程中添加到钕铁硼稀土永磁材料粉末中，并进行混料使轻稀土微粉能够均匀的混入稀土钕铁硼永磁材料内；混合后的粉末在≥1.4T的取向磁场中压制成型71.4×50×44.1(mm)的方块毛坯，将毛坯放入高真空烧结炉内，在1065℃烧结4.5小时，在895℃一级回火2小时和515℃二级回火4小时，制得烧结磁体：取Φ10×10(mm)的表样2只进行磁性能测试。

实施例6：轻稀土元素微粉的添加百分含量为0.5％，所用的轻稀土元素为Pr、Nd二种混合微粉(混合比例为Pr∶Nd＝1∶3)；所得烧结磁体的磁性能检测结果如下：Br＝(13.94-14.01)KGs，HcJ＝(15.75-15.59)KOe，(BH)m＝(46.57-46.93)MGsOe。

实施例7：轻稀土元素微粉的添加百分含量为1％，所用的轻稀土元素为Pr、Nd二种混合微分(混合比例为Pr∶Nd＝1∶3)；所得烧结磁体的磁性能检测结果如下：Br＝(13.90-13.97)KGs，HcJ＝(15.71-15.87)KOe，(BH)m＝(46.22-46.58)MGsOe。

实施例8：轻稀土元素微粉的添加百分含量为1.5％，所用的轻稀土元素为Pr、Nd二种混合微分(混合比例为Pr∶Nd＝1∶3)；所得烧结磁体的磁性能检测结果如下：Br＝(13.75-13.82)KGs，HcJ＝(15.99-16.16)KOe，(BH)m＝(45.28-45.63)MGsOe；

实施例9：轻稀土元素微粉的添加百分含量为2％，所用的轻稀土元素为Pr、Nd二种混合微分(混合比例为Pr∶Nd＝1∶3)；所得烧结磁体的磁性能检测结果如下：：Br＝(13.67-13.74)KGs，HcJ＝(16.16-16.33)KOe，(BH)m＝(44.57-44.92)MGsOe；

比较例2：轻稀土元素微粉的添加百分含量为0％，所得烧结磁体的磁性能检测结果：Br＝(13.98-14.05)KGs，HcJ＝(15.07-15.13)KOe，(BH)m＝(46.81-47.07)MGsOe。

实施例6-9及比较例2的磁性能汇总表2：

表2

项目	添加比例(％)	添加金属粉末M₂	Br/KGs	HcJ/KOe	(BH)m/MGsOe
						实施例6	0.5	镨、钕	13.97	15.67	46.75
实施例7	1	镨、钕	13.93	15.79	46.40
						实施例8	1.5	镨、钕	13.79	16.07	45.45
实施例9	2	镨、钕	13.71	16.24	44.75
						比较例2	0	-	14.02	15.10	46.94

实施实例3：

将成分为(Nd、Pr)_13.94Fe_78.28M_1.86B_5.92(at％)的钕铁硼永磁材料合金，按照本发明的技术方案进行准备：按上述成分进行配料并以速凝薄片工艺制得钕铁硼永磁材料合金；采用氢破加气流磨方式对稀土钕铁硼永磁材料合金进行破碎，制得平均粒度在3.0μm的合金粉末。

通过氢破加气流磨工艺获得平均粒度在2.5μm的轻稀土微粉，将制得的轻稀土微粉与纳米钛按照不同的百分含量在制粉过程中复合添加到钕铁硼稀土永磁材料粉末中，并进行混料使纳米钛、轻稀土微粉能够均匀的混入稀土钕铁硼永磁材料内；混合后的粉末在≥1.4T的取向磁场中压制成型71.4×50×44.1(mm)的方块毛坯，将毛坯放入高真空烧结炉内，在1065℃烧结4.5小时，在895℃一级回火2小时和515℃二级回火4小时，制得烧结磁体：取Φ10×10(mm)的表样2只进行磁性能测试。

实施例10：纳米钛添加百分含量为0.2％，轻稀土元素微粉的添加百分含量为0.5％，所用的轻稀土元素为Pr、Nd二种混合微粉(混合比例为Pr∶Nd＝1∶3)；所得烧结磁体的磁性能检测结果如下：Br＝(13.66-13.81)KGs，HcJ＝(16.44-16.96)KOe，(BH)m＝(44.22-44.85)MGsOe。

实施例11：纳米钛添加百分含量为0.2％，轻稀土元素微粉的添加百分含量为1％，所用的轻稀土元素为Pr、Nd二种混合微粉(混合比例为Pr∶Nd＝1∶3)；所得烧结磁体的磁性能检测结果如下：Br＝(13.64-13.67)KGs，HcJ＝(17.43-17.7)KOe，(BH)m＝(43.3-44.76)MGsOe。

实施例12：纳米钛添加百分含量为0.2％，轻稀土元素微粉的添加百分含量为1.5％，所用的轻稀土元素为Pr、Nd二种混合微粉(混合比例为Pr∶Nd＝1∶3)；所得烧结磁体的磁性能检测结果如下：Br＝(13.56-13.57)KGs，HcJ＝(18.06-18.11)KOe，(BH)m＝(44.14-44.32)MGsOe。

比较例3：纳米钛添加百分含量为0.2％，轻稀土元素微粉的添加百分含量为0％，所得烧结磁体的磁性能检测结果如下：Br＝(13.87-13.94)KGs，HcJ＝(15.92-15.98)KOe，(BH)m＝(46.03-46.25)MGsOe。

比较例4：纳米钛添加百分含量为0％，轻稀土元素微粉的添加百分含量为1.5％，所用的轻稀土元素为Pr、Nd二种混合微粉(混合比例为Pr∶Nd＝1∶3)；所得烧结磁体的磁性能检测结果：Br＝(13.75-13.82)KGs，HcJ＝(15.99-16.16)KOe，(BH)m＝(45.28-45.63)MGsOe。

实施例10-12及比较例3-4的磁性能汇总表3：

表3

Claims

1.一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体，其特征是，

其组成成分为Re_αFe_100-α-β-γB_βM_γ；

Fe为Fe和不可避免的杂质；

α、β和γ为各元素的原子百分比含量；

其中：12≤α≤17，5≤β≤6.5，0.1≤γ≤5。

2.根据权利要求1所述的一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体，其特征是，所述的Re轻稀土元素为La、Ce、Pr和Nd中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体，其特征是，所述的α范围为13≤α≤15。

4.根据权利要求1所述的一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体，其特征是，所述的β范围为5.7≤β≤6.1。

5.根据权利要求1所述的一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体，其特征是，所述的γ范围为1≤γ≤3。

6.一种如权利要求1所述的无重稀土的烧结钕铁硼磁体的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体的制备方法，其特征是，在步骤(3)中，所述的纳米金属为Cu、Al、Ti、Ni、Mg中的一种或多种，粒径为30-50nm。

8.根据权利要求6所述的一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体的制备方法，其特征是，在步骤(5)中，回火处理采用二次回火，具体为首先在890℃-910℃恒温1-3小时，然后在460℃-550℃恒温3-6小时。

9.根据权利要求6所述的一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体的制备方法，其特征是，在步骤(5)中，回火工艺采用一次回火，具体为在470℃-520℃恒温2-6小时。

10.根据权利要求6所述的一种无重稀土的烧结钕铁硼磁体的制备方法，其特征是，在步骤(5)中，真空烧结炉内的真空度为(10^-2～10^-5)Pa。