CN107275026A - 批量应用镧的富铈稀土永磁体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种批量应用镧的富铈稀土永磁体及其制备方法。本发明的稀土永磁体具有多主相结构，包括一种RE‑Fe‑B主相和一种或者多种添加镧的富铈主相。本发明中不同的主相分别设计成分、配料和制粉后，将相应主相合金粉末按照比例均匀混合，然后经磁场压型、烧结和热处理制备磁体。本发明旨在解决长期以来镧元素不能应用到稀土永磁体中的难题，实现了镧元素在稀土永磁体中的大量应用；同时通过在富铈主相成分中添加大原子半径的镧元素，保持甚至提高了富铈主相的磁性能，从而使得永磁体的磁性能达到商用的标准，可进行大量的生产应用。

Description

批量应用镧的富铈稀土永磁体及其制备方法
技术领域
本发明涉及批量应用镧的富铈稀土永磁体及其制备方法
背景技术
一般用丰度指标来衡量各元素在地壳中的含量百分比，地壳中含量最多的两种稀土元素Ce(铈)和La(镧)是名副其实的高丰度元素。近年来，将Ce或La应用到稀土永磁体中受到了广泛关注，国内外研究人员对此进行了大量的研究工作。虽然Ce2Fe14B和La2Fe14B的内禀磁性能都比Nd2Fe14B差很多，但是用Ce元素取代部分Nd元素后制备的富Ce稀土永磁体已经取得了较大的进展。研究人员通过优化传统的制备工艺，大大弱化了Ce加入到钕铁硼磁体后所产生的磁稀释效应，富Ce稀土永磁体的性能也有了较大的提高。但是将La元素应用到钕铁硼磁体中却遇到了很大的困难，现有研究结果表明La的2:14:1相不容易形成，而且La2Fe14B形成后也不能够在一个较大的温区内稳定存在，所以La元素单独替换Nd元素目前很难获得很好的磁性能。
在Nd2Fe14B型化合物中，Nd原子通常会占据4f和4g两个晶位。当其他稀土离子取代Nd原子后，通常也会占据这两个晶位，形成2:14:1化合物。而且半径较大的稀土离子会占据空间较大的晶位，半径较小的稀土离子会占据空间较小的晶位。Ce在形成化合物时，通常会出现两种价态：+3价和+4价。而+3价的Ce离子会有一个多余的4f电子，所以化合物的磁性就会变得更强。La的原子半径和离子半径在镧系元素中属最大，我们的研究发现，当半径较大的La添加到含有Ce的2:14:1化合物中后，不仅能够促使Ce的价态更加趋于+3价，也能够使得2:14:1相继续保持，这对于磁体性能的提高有着至关重要的作用。
本发明将La元素批量应用到富Ce的稀土磁体中，不仅能够解决长期以来La元素不能应用到稀土永磁体中的难题，同时也能够保持甚至提高富Ce磁体的性能。将两种高丰度稀土共同使用，能够进一步减少了价格高、丰度低的镨、钕、铽、镝等稀土元素的使用量，促进稀土产品的产销平衡；有效实现原料成本的控制，亦保护了我国的稀土资源。
发明内容
本发明的目的是克服长期以来镧元素不能批量应用到稀土永磁体中的不足，提供了批量应用镧的富铈稀土永磁体及其制备方法。
批量应用镧的富铈稀土永磁体具有多主相结构，包括一种RE-Fe-B主相和一种或者多种添加镧的富铈主相。
RE-Fe-B主相成分的质量百分数通式为REaFe100-a-b-cMbBc，一种或者多种添加镧的富铈主相成分的质量百分数通式均为[REx(LayCe1-y)1-x]aFe100-a-b-cMbBc，式中RE为Nd、Pr、Dy、Tb、Gd、Er、Ho中的一种或几种，M为Al、C、Co、Cr、Cu、F、Ga、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、S、Si、Ta、Ti、V、Zr元素中一种或几种；x、y、a、b、c满足以下关系：0.01≤x<1，0<y≤0.6，28≤a≤33，0.5≤b≤2，0.8≤c≤1.5。
所述的RE-Fe-B主相占主相总质量的10％～90％，所有添加镧的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添加镧的富铈主相时，则各添加镧的富铈主相成分是不同的。
批量应用镧的富铈稀土永磁体的制备方法具体如下：
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，然后经过氢爆和气流磨工艺制备平均粒度为3～4μm的相应合金粉末；
2)将相应主相合金粉末按照比例均匀混合，得到不同La-Ce取代量的混合主相粉末，然后在1.5～2T的磁场下进行取向压型，得到生坯；
3)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980～1080℃间烧结2.5～5h，840～940℃间进行一级回火，500～700℃间进行二级回火，得到稀土永磁体。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：1)本发明解决了长期以来镧元素不能应用到稀土永磁体中的难题，实现了镧元素在稀土永磁体中的大量应用；2)通过在富铈主相成分中添加大原子半径的镧元素，保持甚至提高了富铈主相的磁性能，从而使得永磁体的磁性能达到商用的标准，可进行大量的生产应用；3)通过对添加镧的富铈主相成分进行合金元素的优化设计，进一步抑制磁稀释效应，在镧和铈含量较高时磁体也保持了很好的磁性能；4)本发明所提供的批量应用镧的富铈稀土永磁体的制备方法，针对磁体中各稀土元素的含量不同，恰当地优化烧结工艺和热处理的工艺，使磁体充分致密的同时又防止了主相晶粒的长大，进一步满足了应用需求；5)本发明通过同时添加高丰度稀土元素镧和铈，进一步减少了价格高、丰度低的镨、钕、铽、镝等元素的使用量，促进稀土产品的产销平衡；有效实现原料成本的控制，亦保护了我国的稀土资源。
具体实施方式
批量应用镧的富铈稀土永磁体具有多主相结构，包括一种RE-Fe-B主相和一种或者多种添加镧的富铈主相。
RE-Fe-B主相成分的质量百分数通式为REaFe100-a-b-cMbBc，一种或者多种添加镧的富铈主相成分的质量百分数通式均为[REx(LayCe1-y)1-x]aFe100-a-b-cMbBc，式中RE为Nd、Pr、Dy、Tb、Gd、Er、Ho中的一种或几种，M为Al、C、Co、Cr、Cu、F、Ga、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、S、Si、Ta、Ti、V、Zr元素中一种或几种；x、y、a、b、c满足以下关系：0.01≤x<1，0<y≤0.6，28≤a≤33，0.5≤b≤2，0.8≤c≤1.5。
所述的RE-Fe-B主相占主相总质量的10％～90％，所有添加镧的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添加镧的富铈主相时，则各添加镧的富铈主相成分是不同的。
批量应用镧的富铈稀土永磁体的制备方法具体如下：
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，然后经过氢爆和气流磨工艺制备平均粒度为3～4μm的相应合金粉末；
2)将相应主相合金粉末按照比例均匀混合，得到不同La-Ce取代量的混合主相粉末，然后在1.5～2T的磁场下进行取向压型，得到生坯；
3)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980～1080℃间烧结2.5～5h，840～940℃间进行一级回火，500～700℃间进行二级回火，得到稀土永磁体。
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[Nd0.6(La0.25Ce0.75)0.4]30.5Fe67.11Co0.8Zr0.59B1的主相A和Nd30.5Fe67.11Co0.8Zr0.59B1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；
2)将相应主相甩片经过氢爆和气流磨工艺制备平均粒度为3.3μm的相应合金粉末；
3)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；
4)将生坯放在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1070℃，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；
5)磁体磁性能为Br＝13.6kGs，Hcj＝12.3kOe，(BH)max＝45.2MGOe；
对比例1：
1)以质量百分数计，成分为(Nd0.6Ce0.4)30.5Fe68.5B1的主相A和Nd30.5Fe68.5B1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0.3mm的相应主相甩片；
2)将相应主相甩片经过氢爆和气流磨工艺制备平均粒度为3.3μm的相应合金粉末；
3)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；
4)将生坯放在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1080℃，烧结时间3h，在890℃间进行一级回火，580℃间进行二级回火，得到稀土永磁体；
5)磁体磁性能为Br＝13.2kGs，Hcj＝11.9kOe，(BH)max＝43.8MGOe。
说明：通过对比例1和实施例1的比较可以发现，实施例1中添加镧的富铈磁体的各项磁性能指标都好于对比例中的磁体，进一步说明了本发明不仅实现了镧元素在稀土永磁体中的大量应用，而且也能显著提高富铈磁体的磁性能。而且磁体的综合磁性能也达到了商用牌号的标准，进一步降低了原材料成本，满足了应用需求。同时，通过对比发现，本发明(实施例1)中成分合金元素的优化设计以及热处理工艺的改良优化都是保障磁体性能较高的原因。
实施例2：
1)以质量百分数计，成分为[Nd0.5(La0.25Ce0.75)0.5]30.5Fe67.11Ga1.39B1的主相A、[Nd0.7(La0.25Ce0.75)0.3]30.5Fe67.11Ga1.39B1的主相B和Nd30.5Fe67.11Ga1.39B1的主相C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；
2)将相应主相甩片经过氢爆和气流磨工艺制备平均粒度为3.2μm的相应合金粉末；
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，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；
4)将生坯放在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1065℃，烧结时间3h，在890℃间进行一级回火，580℃间进行二级回火，得到稀土永磁体。
5)磁体磁性能为Br＝12.8kGs，Hcj＝9.4kOe，(BH)max＝38.1MGOe。
实施例3：
1)以质量百分数计，成分为[Nd0.5(La0.3Ce0.7)0.5]30.5Fe67.1Co1.4B1的主相A和Nd30.5Fe67.1Co1.4B1主相B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0.33mm的相应主相甩片；
2)将相应主相甩片经过氢爆和气流磨工艺制备平均粒度为3.1μm的相应合金粉末；
3)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；
4)将生坯放在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1070℃，烧结时间3h，在890℃间进行一级回火，580℃间进行二级回火，得到稀土永磁体。
5)磁体磁性能为Br＝13.6kGs，Hcj＝12.1kOe，(BH)max＝45.3MGOe。
实施例4：
1)以质量百分数计，成分为[Nd0.4(La0.25Ce0.75)0.6]30.8Fe66.87Co0.75Ga0.58B1的主相A和Nd30.8Fe66.87Co0.75Ga0.58B1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0.33mm的相应主相甩片；
2)将相应主相甩片经过氢爆和气流磨工艺制备平均粒度为3.5μm的相应合金粉末；
3)按照7:3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；
4)将生坯放在真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1070℃，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；
5)磁体磁性能为Br＝12.7kGs，Hcj＝8.9kOe，(BH)max＝36.5MGOe。

Claims (3)

1.批量应用镧的富铈稀土永磁体，其特征在于：该永磁体具有多主相结构，包括一种RE-Fe-B主相和一种或者多种添加镧的富铈主相；
RE-Fe-B主相成分的质量百分数通式为REaFe100-a-b-cMbBc，一种或者多种添加镧的富铈主相成分的质量百分数通式均为[REx(LayCe1-y)1-x]aFe100-a-b-cMbBc，式中RE为Nd、Pr、Dy、Tb、Gd、Er、Ho中的一种或几种，M为Al、C、Co、Cr、Cu、F、Ga、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、S、Si、Ta、Ti、V、Zr元素中一种或几种；x、y、a、b、c满足以下关系：0.01≤x<1，0<y≤0.6，28≤a≤33，0.5≤b≤2，0.8≤c≤1.5。
2.根据权利要求1所述的批量应用镧的富铈稀土永磁体，其特征在于：RE-Fe-B主相占主相总质量的10％～90％，所有添加镧的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添加镧的富铈主相时，则各添加镧的富铈主相成分是不同的。
3.一种如权利要求1或2所述的批量应用镧的富铈稀土永磁体的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体如下：
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，然后经过氢爆和气流磨工艺制备平均粒度为3～4μm的相应合金粉末；
2)将相应主相合金粉末按照比例均匀混合，得到不同La-Ce取代量的混合主相粉末，然后在1.5～2T的磁场下进行取向压型，得到生坯；
3)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980～1080℃间烧结2.5～5h，840～940℃间进行一级回火，500～700℃间进行二级回火，得到稀土永磁体。
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