CN107146674B - 免于热处理的富铈稀土永磁体及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免于热处理的富铈稀土永磁体及其生产方法。本发明的稀土永磁体包括晶界改性相和多个主相，所述的多个主相包括高HA的RE‑Fe‑B主相和一种或者多种富铈主相。在磁体的制备过程中，晶界改性相和不同的主相分别设计成分、配料和制粉后，将晶界改性相粉末与不同主相粉末按照比例均匀混合，经磁场压型和烧结后，不经热处理直接制备永磁体。本发明制备的稀土永磁体不经后续热处理的工序，仍然能够获得较好的显微结构和磁性能，缩短了工艺流程，控制了原材料成本，满足了市场的需求。
Description
技术领域
本发明涉及免于热处理的富铈稀土永磁体及其生产方法。
背景技术
近年来，将高丰度稀土元素大量应用到稀土永磁体生产制造中是永磁领域一个研究热点。含量接近稀土矿一半的Ce(铈)元素自然受到了最广泛的关注，富Ce稀土永磁体的研究也取得了很好的进展。美国爱荷华州立大学艾姆斯实验室的研究人员通过改变成分和铜棍转速制备了高矫顽力的含Ce的快淬纳米薄带。通过改变成分和制备方式，烧结的富铈永磁体也取得了较好的磁性能。但是富铈永磁体的工艺路线还是跟传统的烧结钕铁硼类似，在烧结之后，还要经过一级回火和二级回火。这样的过程对于富铈永磁体来说不仅工艺周期长，能耗也很大。
从现有的很多应用Ce稀土永磁体研究结果中我们可以发现，在用Ce部分替换Nd后制备的磁体中，可以看到比传统钕铁硼磁体更加清晰连续的晶界相。这是由于Ce加入到磁体后，往往易于进入晶界相，从而使得晶界相的变得更加连续。而且通过对高Ce替换量的磁体研究发现，这些磁体的晶界相中会形成一些传统钕铁硼不具备的化合物，如CeFe2等，这些化合物在速凝铸带的时候就会形成，并在后续的烧结和热处理中继续存在，从而优化磁体显微结构。传统的烧结钕铁硼磁体通过几次回火才能实现的光滑、连续的晶界，富铈磁体在优化烧结工艺后就可以实现。考虑到含Ce磁体的特殊性，如果可以减少热处理的工序，就可缩短工艺流程，降低生产成本，提高生产的效率。当然，对富铈成分的优化和设计也是十分重要的。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足，提供了免于热处理的富铈稀土永磁体及其生产方法。
免于热处理的富铈稀土永磁体包括晶界改性相和多个主相，以质量百分数计所有主相占90％～99.99％，晶界改性相占0.01％～10％。
多个主相包括高HA的RE-Fe-B主相和一种或者多种富铈主相；高HA的RE-Fe-B主相成分的质量百分数通式为REaFe100-a-b-cMbBc，一种或者多种富铈主相的质量百分数通式均为(RE1-xCex)aFe100-a-b-cMbBc，其中RE为La、Nd、Pr、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Dy、Tb中的一种或几种，M为Cu、Al、Co、Nb、Zr、Ga、Ta、Si、Ti、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn元素中一种或几种；其中0.01≤x≤0.8、28≤a≤33、0.5≤b≤2、0.8≤c≤1.5。
晶界改性相成分的质量百分数为R100-wTMw，其中R为稀土元素中的一种或多种；TM为Cu、H、O、F、Fe、Ga、Ti、Al、Co、Nb、Zr、Ta、Si、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn中的一种或多种；其中0＜w＜100。
所述的高HA的RE-Fe-B主相占主相总质量的10％～90％，所有富铈主相占主相总质量的10％～90％；当稀土永磁体中包含两种或者两种以上富铈主相时，则各富铈主相的成分是不同的。
免于热处理的富铈稀土永磁体的生产方法的具体步骤如下：
1)按照设计的主相成分分别进行配料，在真空度高于10-2Pa的真空中频感应炉中熔炼不同主相合金，采用速凝铸带技术得到厚度为0.2～0.5mm的不同主相合金甩片，分别经氢破和气流磨制成平均粒度为3～5μm的相应合金粉末；
2)按照设计的成分对晶界改性相进行配料，然后依次通过熔炼、粗破、球磨制备平均粒度为0.01～3.0μm的晶界改性相粉末；
3)将相应的主相合金粉末按照比例均匀混合得到不同铈取代量的混合主相粉末，再将晶界改性相粉末与不同铈取代量的混合主相粉末在氮气保护下混合均匀；
4)将混合好的粉末在1.5～2T的磁场下进行取向压型，得到生坯；
5)将得到的生坯进行真空封装，15～20MPa间冷等静压1～3min，放入高真空正压烧结炉，在1000～1060℃烧结3～6h，直接制得稀土永磁体。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：1)通过设计富铈主相和晶界改性相的成分，使得磁体在烧结后便具有较好的显微结构和磁性能，免去热处理的工序，缩短了工艺流程，降低了生产成本；2)根据制造过程中富铈稀土永磁体的微观结构演化特点，合理设计富铈主相成分中的合金元素，在烧结过程中尽可能多的形成2：14：1强磁相，保证了磁体具有较高的内禀磁性能；3)晶界改性相的加入可以进一步优化磁体在烧结过程中的显微结构，常规磁体在几步热处理后才具有的连续清晰的晶界相中，本发明中的永磁体在烧结过后便可实现(见图1)；4)在稀土永磁体中大量应用了高丰度的铈元素，减少了钕、镨等稀土元素的使用，又进一步实现了成本的控制，也促进了稀土资源的平衡利用。
附图说明
图1所示为免于热处理的富铈磁体的显微结构图。
具体实施方式
免于热处理的富铈稀土永磁体包括晶界改性相和多个主相，以质量百分数计所有主相占90％～99.99％，晶界改性相占0.01％～10％。
多个主相包括高HA的RE-Fe-B主相和一种或者多种富铈主相；高HA的RE-Fe-B主相成分的质量百分数通式为REaFe100-a-b-cMbBc，一种或者多种富铈主相的质量百分数通式均为(RE1-xCex)aFe100-a-b-cMbBc，其中RE为La、Nd、Pr、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Dy、Tb中的一种或几种，M为Cu、Al、Co、Nb、Zr、Ga、Ta、Si、Ti、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn元素中一种或几种；其中0.01≤x≤0.8、28≤a≤33、0.5≤b≤2、0.8≤c≤1.5。
晶界改性相成分的质量百分数为R100-wTMw，其中R为稀土元素中的一种或多种；TM为Cu、H、O、F、Fe、Ga、Ti、Al、Co、Nb、Zr、Ta、Si、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn中的一种或多种；其中0＜w＜100。
所述的高HA的RE-Fe-B主相占主相总质量的10％～90％，所有富铈主相占主相总质量的10％～90％；当稀土永磁体中包含两种或者两种以上富铈主相时，则各富铈主相的成分是不同的。
免于热处理的富铈稀土永磁体的生产方法的具体步骤如下：
1)按照设计的主相成分分别进行配料，在真空度高于10-2Pa的真空中频感应炉中熔炼不同主相合金，采用速凝铸带技术得到厚度为0.2～0.5mm的不同主相合金甩片，分别经氢破和气流磨制成平均粒度为3～5μm的相应合金粉末；
2)按照设计的成分对晶界改性相进行配料，然后依次通过熔炼、粗破、球磨制备平均粒度为0.01～3.0μm的晶界改性相粉末；
3)将相应的主相合金粉末按照比例均匀混合得到不同铈取代量的混合主相粉末，再将晶界改性相粉末与不同铈取代量的混合主相粉末在氮气保护下混合均匀；
4)将混合好的粉末在1.5～2T的磁场下进行取向压型，得到生坯；
5)将得到的生坯进行真空封装，15～20MPa间冷等静压1～3min，放入高真空正压烧结炉，在1000～1060℃烧结3～6h，直接制得稀土永磁体。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不仅仅局限于以下实施例：
实施例1：
1)以质量百分数计，成分为(Pr0.1Nd0.4Ce0.5)30.5Fe67.5Al0.5Co0.2Ga0.2Zr0.1B1的主相A和(Pr0.2Nd0.8)30.5Fe67.5Al0.5Co0.2Ga0.2Zr0.1B1的主相B分别配料，在真空度高于10-2Pa的真空中频感应炉熔炼后，采用速凝铸带技术得到厚度为0.31mm的相应主相甩片，然后分别经氢破和气流磨制成平均粒度为3.2μm的相应合金粉末；
2)以质量百分数计，将成分为Ce72Cu28的晶界改性相依次通过熔炼、粗破、球磨制备，晶界改性相粉末平均粒度为1.5μm；
3)按照1:4的质量比将A、B主相合金粉末均匀混合后，再将质量百分数95％的混合主相粉末和5％的晶界改性相粉末与在氮气保护下混合均匀；
4)将混合均匀后的粉末在2T的磁场下取向成型，并经17MPa冷等静压制成生坯；
5)将得到的生坯放在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1030℃，烧结时间为4h，制得稀土永磁体。
6)磁体磁性能为Br＝12.9kGs，Hcj＝11.8kOe，(BH)max＝43.2MGOe。
对比例1：
1)以质量百分数计，成分为(Pr0.1Nd0.4Ce0.5)30.5Fe68.5B1的主相A和(Pr0.2Nd0.8)30.5Fe68.5B1的主相B分别配料，在真空度高于10-2Pa的真空中频感应炉熔炼后，采用速凝铸带技术得到厚度为0.32mm的相应主相甩片，然后分别经氢破和气流磨制成平均粒度为3.1μm的相应合金粉末；
2)按照1:4的质量比将A、B主相合金粉末均匀混合后，在氮气保护下将混合主相粉末在2T的磁场下取向成型，并经17MPa冷等静压制成生坯；
3)将得到的生坯放在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1075℃，烧结时间3h，在890℃间进行一级回火，560℃间进行二级回火，得到稀土永磁体。
4)磁体磁性能为Br＝12.1kGs，Hcj＝9.6kOe，(BH)max＝38.6MGOe。
说明：通过对比例1和实施例1的比较可以发现，实施例1中免于热处理的富铈磁体的各项磁性能指标都要好于对比例中的经过热处理的磁体，进一步说明了本发明不仅减少了生产的工序，缩短了工艺流程，而且磁体也能获得较好的磁性能。同时，通过对比发现，本发明(实施例1)中晶界改性相的设计和添加，富铈主相成分中合金元素的设计优化都是保障磁体性能较高的原因。如图1所示为免于热处理的富铈磁体的显微结构图。可以发现，常规磁体在几步热处理后才具有的连续清晰的晶界相中，本发明中的永磁体在烧结过后便可实现。
实施例2：
1)以质量百分数计，成分为(Pr0.1Nd0.4Ce0.5)31.5Fe66.7Al0.5Co0.2Zr0.1B1的主相A、(Pr0.15Nd0.6Ce0.25)31.5Fe66.7Al0.5Co0.2Zr0.1B1的主相B和(Pr0.2Nd0.8)31.5Fe66.7Al0.5Co0.2Zr0.1B1的主相C别配料，在真空度高于10-2Pa的真空中频感应炉熔炼后，采用速凝铸带技术得到厚度为0.34mm的相应主相甩片，然后分别经氢破和气流磨制成平均粒度为3.3μm的相应合金粉末；
2)以质量百分数计，将成分为Nd32.5Fe62Cu5.5的晶界改性相依次通过熔炼、粗破、球磨制备，晶界改性相粉末平均粒度为1.5μm；
3)按照1:1:2的质量比将A、B和C主相合金粉末均匀混合后，再将质量百分数96％的混合主相粉末和4％的晶界改性相粉末与在氮气保护下混合均匀；
4)将混合均匀后的粉末在2T的磁场下取向成型，并经17MPa冷等静压制成生坯；
5)将得到的生坯放在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1040℃，烧结时间为3.5h，制得稀土永磁体。
6)磁体磁性能为Br＝12.4kGs，Hcj＝11.1kOe，(BH)max＝42.1MGOe。
实施例3：
1)以质量百分数计，成分为(Pr0.08Nd0.32Ce0.6)30.5Fe68.1Co0.2Ga0.2B1的主相A和(Pr0.2Nd0.8)30.5Fe68.1Co0.2Ga0.2B1的主相B分别配料，在真空度高于10-2Pa的真空中频感应炉熔炼后，采用速凝铸带技术得到厚度为0.3mm的相应主相甩片，然后分别经氢破和气流磨制成平均粒度为3.3μm的相应合金粉末；
2)以质量百分数计，将成分为Nd70Cu30的晶界改性相依次通过熔炼、粗破、球磨制备，晶界改性相粉末平均粒度为1.5μm；
3)按照3:2的质量比将A、B主相合金粉末均匀混合后，再将质量百分数95％的混合主相粉末和5％的晶界改性相粉末与在氮气保护下混合均匀；
4)将混合均匀后的粉末在2T的磁场下取向成型，并经17MPa冷等静压制成生坯；
5)将得到的生坯放在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1035℃，烧结时间为4h，制得稀土永磁体。
6)磁体磁性能为Br＝12.3kGs，Hcj＝9.2kOe，(BH)max＝38.2MGOe。
Claims (3)
1.免于热处理的富铈稀土永磁体，其特征在于：该永磁体包括晶界改性相和多个主相，以质量百分数计所有主相占90%~99.99%，晶界改性相占0.01%~10%；
所述的多个主相包括高H A的RE-Fe-B主相和一种或者多种富铈主相；高H A的RE-Fe-B主相成分的质量百分数通式为REaFe100-a-b-cMbBc，一种或者多种富铈主相的质量百分数通式均为(RE1-xCex)aFe100-a-b-cMbBc，其中RE为La、Nd、Pr、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Dy、Tb中的一种或几种，M为Cu、Al、Co、Nb、Zr、Ga、Ta、Si、Ti、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn元素中一种或几种；其中0.01≤x≤0.8、28≤a≤33、0.5≤b≤2、0.8≤c≤1.5；
所述的晶界改性相成分的质量百分数通式为R100-wTMw，其中R为稀土元素中的一种或多种；TM为Cu、H、O、F、Fe、Ga、Ti、Al、Co、Nb、Zr、Ta、Si、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn 中的一种或多种；其中0＜w＜100；
所述富铈稀土永磁体的生产方法具体步骤如下：
1）按照设计的主相成分分别进行配料，在真空度高于10-2Pa的真空中频感应炉中熔炼不同主相合金，采用速凝铸带技术得到厚度为0.2~0.5mm 的不同主相合金甩片，分别经氢破和气流磨制成平均粒度为3~5μm的相应合金粉末；
2）按照设计的成分对晶界改性相进行配料，然后依次通过熔炼、粗破、球磨制备平均粒度为0.01~3.0μm的晶界改性相粉末；
3）将相应的主相合金粉末按照比例均匀混合得到不同铈取代量的混合主相粉末，再将晶界改性相粉末与不同铈取代量的混合主相粉末在氮气保护下混合均匀；
4）将混合好的粉末在1.5~2 T的磁场下进行取向压型，得到生坯；
5）将得到的生坯进行真空封装，15~20 MPa 间冷等静压1~3 min，放入高真空正压烧结炉，在1000~1060℃烧结3~6h，直接制得稀土永磁体。
2.根据权利要求1 所述的免于热处理的富铈稀土永磁体，其特征在于：所述的高H A的RE-Fe-B主相占主相总质量的10%~90%，所有富铈主相占主相总质量的10%~90%；当稀土永磁体中包含两种或者两种以上富铈主相时，则各富铈主相的成分是不同的。
3.一种如权利要求1或2所述的免于热处理的富铈稀土永磁体的生产方法，其特征在于：该生产方法的具体步骤如下：
1）按照设计的主相成分分别进行配料，在真空度高于10-2Pa的真空中频感应炉中熔炼不同主相合金，采用速凝铸带技术得到厚度为0.2~0.5mm 的不同主相合金甩片，分别经氢破和气流磨制成平均粒度为3~5μm的相应合金粉末；
2）按照设计的成分对晶界改性相进行配料，然后依次通过熔炼、粗破、球磨制备平均粒度为0.01~3.0μm的晶界改性相粉末；
3）将相应的主相合金粉末按照比例均匀混合得到不同铈取代量的混合主相粉末，再将晶界改性相粉末与不同铈取代量的混合主相粉末在氮气保护下混合均匀；
4）将混合好的粉末在1.5~2 T的磁场下进行取向压型，得到生坯；
5）将得到的生坯进行真空封装，15~20 MPa 间冷等静压1~3 min，放入高真空正压烧结炉，在1000~1060℃烧结3~6h，直接制得稀土永磁体。
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