CN108242305A - 稀土永磁材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种稀土永磁材料及其制备方法。形成稀土永磁材料的原料包括：主相为RxFe100‑x‑yMyBz的A成分，其中，R为Nd或PrNd，27≤x≤34，0.3≤y≤5，0.7≤z≤1.1；主相为YaFe100‑a‑b‑cMbBc的B成分，其中，25≤a≤30，0≤b≤1.5，1.2≤c≤3，M为Al、Co、Cu、Ga中的一种或多种，上述各元素的含量均为重量含量。该稀土永磁材料将含有Y的B成分与常规的Nd(Pr)FeB稀土永磁材料混合所得到的稀土永磁材料的温度系数更低、耐温性更好，且由于其中不含有重稀土元素，因此其成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及稀土材料领域，具体而言，涉及一种稀土永磁材料及其制备方法。
背景技术
稀土永磁材料作为一种提供能量的材料，在多个领域中成为一种不可替代的基础材料，被广泛应用于电子、汽车、计算机等众多领域，带动着各行业的发展。随着科技的发展，对材料的性能要求越来越高，以适应高磁性、高温等特殊领域的要求，推动相关应用器件的进步。
在稀土永磁材料的制备方法中，热加工的方法是一种制备高尺寸精度、高性能永磁材料的方法，其主要制备工艺包括永磁粉末的制备，在一定温度下压制形成热压坯体，以及对该热压坯体进行热变形形成热变形磁体。在整个流程中，永磁粉末、热压、热变形工艺等均对最终产品的性能产生至关重要的影响。为了进一步提高最终磁体的性能，目前针对各个环节提出了众多的改进方法，如公开号为CN104143402A的专利文件提出一种以PrGaBFe为成分基础的热变形磁体原材料，以提高磁体的剩磁与矫顽力，并使其取向度在0.92以上；公开号为CN104078179A的专利文件公开了一种热变形磁体制备方法，该方法对NdFe原料粉末B进行重稀土元素RH沉淀处理，使重稀土元素附着于粉末表面，以提高最终磁体矫顽力，减少重稀土用量；公开号为CN104043834A的专利文件提出，将NdFe原料粉末B与含Tb、Dy的粉末进行混合，并对该混合后的粉末进行热压热变形；公开号为CN102436890A专利文件提出一种提高纳米晶钕铁硼永磁材料的制备方法，将稀土氟化物、氢化物粉末与纳米晶钕铁硼磁粉混合，然后进行热压热变形，使稀土氟化物或者氢化物对钕铁硼磁粉进行晶界扩散得到高矫顽力的粉末；公开号为CN102496437A专利文件提出一种制备各向异性纳米复合磁体的方法，其中软磁相体积分数为2～40％，通过该方法来进一步提高永磁材料的剩磁与磁能积。
以上公开的专利文件，从成分、制备工艺等各个角度对最终致密磁体进行改性，从而提高磁体的性能。但是，随着应用领域的进一步扩大，在汽车EPS电机等领域对磁体的温度耐受性要求越来越高，传统的方法包括在磁体中添加重稀土元素Dy的方法以及晶界扩散的方法均避免不了Dy的使用，需要寻找一种方法来形成无中重稀土的热加工稀土永磁。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种稀土永磁材料及其制备方法，以解决现有技术中稀土永磁粉由于使用了重稀土元素导致成本较高的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种稀土永磁材料，形成稀土永磁材料的原料包括：主相为RxFe100-x-yMyBz的A成分，其中，R为Nd或PrNd，27≤x≤34，0.3≤y≤5，0.7≤z≤1.1；主相为YaFe100-a-b-cMbBc的B成分，其中，25≤a≤30，0≤b≤1.5，1.2≤c≤3，M为Al、Co、Cu、Ga中的一种或多种，上述各元素的含量均为重量含量。
进一步地，上述A成分和B成分的重量比为3～5：1。
根据本申请的另一方面，提供了一种稀土永磁材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，制备主相为RxFe100-x-yMyBz的A成分的快淬薄带A以及主相为YaFe100-a-b-cMbBc的B成分的快淬薄带B，其中，R为Nd或PrNd，27≤x≤34，0.3≤y≤5，0.7≤z≤1.1，25≤a≤30，0≤b≤1.5，1.2≤c≤3，M为Al、Co、Cu、Ga中的一种或多种，上述各元素的含量均为重量含量；步骤S2，将快淬薄带A和快淬薄带B破碎后混合，得到混合粉末；以及步骤S3，将混合粉末进行热加工得到稀土永磁材料。
进一步地，上述快淬薄带A和快淬薄带B的重量比为3～5：1。
进一步地，上述快淬薄带A和快淬薄带B的厚度各自独立地控制在10～150μm之间，优选步骤S1中制备快淬薄带A的第一辊速小于制备快淬薄带B的第二辊速。
进一步地，上述第一辊速和第二辊速在15～55m/s之间，优选第二辊速与第一辊速的比例1.1～1.6：1。
进一步地，上述步骤S1中采用制备快淬薄带A的原料A的熔点以上100～300℃范围内对原料A进行熔融，采用制备快淬薄带B的原料B的熔点以上100～300℃范围内对原料B进行熔融。
进一步地，上述步骤S2包括：将快淬薄带A和快淬薄带B破碎，得到粉末A和粉末B，优选粉末A和粉末B的平均粒度为100～250μm；以及将粉末A和粉末B混合，得到混合粉末。
进一步地，上述步骤S3包括以450℃以上且小于800℃的温度将混合粉末向一个方向压缩的工序。
进一步地，上述步骤S3包括：对混合粉末进行热压，得到磁体，其中，热压的温度优选为650～750℃、压力优选为100～300MPa；将磁体进行热变形，得到稀土永磁材料，其中，热变形的温度优选为750～900℃、压力优选为100～200MPa、热变形速率优选为0.1～0.8mm/s。
应用本发明的技术方案，稀土永磁材料将含有Y的B成分与常规的Nd(Pr)FeB稀土永磁材料混合所得到的稀土永磁材料的温度系数更低、耐温性更好，且由于其中不含有重稀土元素，因此其成本较低。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一种优选实施例提供的稀土永磁材料的制备流程示意图；
图2示出了根据本发明一种优选实施例热压模具在热压前的结构示意图；
图3示出了图2所示的热压模具在热压后的结构示意图；
图4示出了根据本发明一种优选实施例提供的热变形模具在热压前的结构示意图；以及
图5示出了根据图4所示的热变形模具在热变形后的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如背景技术所分析的，现有技术中为了对磁体的性能进行改进，都不可避免使用重稀土元素，比如Dy，导致成本增加，为了解决该问题，本申请提供了一种稀土永磁材料及其制备方法。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种稀土永磁材料，形成稀土永磁材料的原料包括：主相为RxFe100-x-yMyBz的A成分，其中，R为Nd或PrNd，27≤x≤34，0.3≤y≤5，0.7≤z≤1.1；主相为YaFe100-a-b-cMbBc的B成分，其中，25≤a≤30，0≤b≤1.5，1.2≤c≤3，M为Al、Co、Cu、Ga中的一种或多种，上述各元素的含量均为重量含量。
本申请的稀土永磁材料将含有Y的B成分与常规的Nd(Pr)FeB稀土永磁材料混合所得到的稀土永磁材料的温度系数更低、耐温性更好，且由于其中不含有重稀土元素，因此其成本较低。
为了进一步控制稀土永磁材料的温度系数和耐温性能，优选上述A成分和B成分的重量比为3～5：1。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种稀土永磁材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，制备主相为RxFe100-x-yMyBz的A成分的快淬薄带A以及主相为YaFe100-a-b- cMbBc的B成分的快淬薄带B，其中，R为Nd或PrNd，27≤x≤34，0.3≤y≤5，0.7≤z≤1.1，25≤a≤30，0≤b≤1.5，1.2≤c≤3，M为Al、Co、Cu、Ga中的一种或多种，上述各元素的含量均为重量含量；步骤S2，将快淬薄带A和快淬薄带B破碎后混合，得到混合粉末；以及步骤S3，将混合粉末进行热加工得到稀土永磁材料。
本申请通过将含Y快淬薄带与常规Nd(Pr)Fe快淬薄带B混合，可以得到温度系数更低，耐温性更好的混合粉，然后通过热加工可得到致密且各向异性的稀土永磁体。
所谓快淬薄带，为通过将符合一定成分的熔融合金液经过喷嘴喷射到旋转的辊轮上，熔融合金液在辊轮表面形成液膜并被高速带出，实现快速冷却并得到快淬薄带。
为了进一步控制稀土永磁材料的温度系数和耐温性能，优选快淬薄带A和快淬薄带B的重量比为3～5：1。
在本申请一种优选实施例中，上述快淬薄带A和上述快淬薄带B的厚度各自独立地控制在10～150μm之间。快淬薄带太薄则制备条件苛刻；快淬薄带太厚不利于后续热加工磁体的制备，因此优选上述厚度范围。
为了更好的进行快淬带的均匀混合，及更利于后续的混合粉的均匀热压热变形工序，优选步骤S1中制备快淬薄带A的第一辊速小于制备快淬薄带B的第二辊速。并且通过对第一辊速和第二辊速的控制，使得快淬薄带A的厚度大于快淬薄带B的厚度。
根据上述目标厚度以及形成快淬薄带A的原料A组成以及快淬薄带B的原料B组成，经过多次试验确定优选上述第一辊速和第二辊速在15～55m/s之间，并为了控制快淬薄带A的厚度与快淬薄带B的厚度差，优选第二辊速与第一辊速的比例1.1～1.6：1。
在制备快淬薄带时，其中对于原料的熔融温度可以参考现有技术，本申请优选步骤S1中采用制备快淬薄带A的原料A的熔点以上100～300℃范围内对原料A进行熔融，采用制备快淬薄带B的原料B的熔点以上100～300℃范围内对原料B进行熔融。既能实现快速熔融，又能避免熔融温度过高而导致的高能耗。
由于本申请步骤S1得到的快淬薄带A和快淬薄带B的厚度可能会存在差异，为了保证混合效果，优选上述步骤S2包括：将快淬薄带A和快淬薄带B破碎，得到粉末A和粉末B，优选粉末A和粉末B的平均粒度为100～250μm；以及将粉末A和粉末B混合，得到混合粉末。对快淬薄带A和快淬薄带B进行分别破碎，能够控制两种粉末的粒径在预设范围内。上述破碎的方式包括压制破碎、气流磨碎、甩刀破碎等。
此外，为了优化稀土永磁材料的各项异性和致密性，优选上述步骤S3包括以450℃以上且小于800℃的温度将混合粉末向一个方向压缩的工序。
在本申请另一种优选的实施例中，上述步骤S3包括：对混合粉末进行热压，得到磁体；将磁体进行热变形，得到稀土永磁材料。对混合粉末先进行热压使混合粉末致密化，形成接近真密度的热压磁体；然后进行热变形，以进一步提高热压磁性的热性能。
上述热压过程在热压模具中进行，如图2所示，模具分为第一凹模201和第一凸模202，模具放入到第一加热部件205中，第一加热部件205可为感应加热或者电阻丝加热，将混合粉末203放入到第一凹模201中，启动第一加热部件205对模具及其中的混合粉末进行加热，同时第一凸模202向下移动，使粉料热压，得到如图3所示的真密度的稀土永磁体204(ρ＞98％)。针对上述混合粉末的组成，为了使整个磁体均匀，并有利于后续性能的提高，优选上述热压的温度优选为650～750℃、压力优选为100～300MPa。
上述热变形过程在热变形模具中进行，如图4所示，热变形模具包括第二凹模1001和第二凸模1002，不同形状的磁体，模具设计也有所区别，本处举出方块状磁体设计实例，如图4所示，第二凹模1001的内径和第二凸模1002外径均大于图2中所示的模具，将图3中制备的稀土永磁体204放入到第二凹模1001的内部，然后采用第二加热部件1003对整个模具系统进行加热，同时第二凸模1002下行，使稀土永磁体204热变形，冷却后得到如图5所示的块状磁体1005。
为了获得高性能的热变形磁体，优选上述热变形的温度优选为750～900℃、压力优选为100～200MPa、热变形速率优选为0.1～0.8mm/s。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
各实施例所得到的致密各向异性磁体的性能采用以下方法进行测试，
性能测试中，主要采用永磁测量仪进行磁性能检测，检测数据包括剩磁Br，单位kGs；矫顽力Hcj，单位kOe；磁能积(BH)m，单位为MGOe。温度系数测试采用GB/T24270-2009，本发明中特指矫顽力温度系数β。
制备流程如图1所示，具体为：
<快淬薄带>
配备好原料A和原料B，其中原料A的成分为RxFe100-x-yMyBz，原料B的成分为YaFe100-a-b-cMbBc，具体成分组成见表1所示。将配好的原料放入到加热容器中，经过感应线圈使原料熔化，然后经过喷嘴喷射到旋转的冷却辊表面上，被辊轮旋转而出得到快淬薄带。其中，制备快淬薄带A和快淬薄带B的熔融温度、辊速、所得到的快淬薄带的厚度见表1。
<混料>
将制备的快淬薄带经过粗破碎后进行混料得到混合粉末，实施例中，破碎后粒度为过40目筛，破碎后的两种粉末通过一定比例混合，快淬薄带A和快淬薄带B的混合重量比例σ见表2所示。
对比例中，含Y粉末的含量为0。
<热加工>
将混合后的粉末放入到模具中进行热加工，得到致密各项异性磁体，其中热压在图2所示的模具中进行，热变形在图4所示的模具中进行，其中在热压步骤中，所采用的温度为T1，压力为P1，热变形步骤中，温度与压力分别为T2和P2，具体工艺参数列入表2中。
表1(bal表示余量)
表2
从上表实施例1、实施例2与对比例1和对比例2的对比可以看出，通过本方法添加一定的含Y的B成分之后，在不大幅降低磁性能的基础上，矫顽力温度系数β提升明显，因此在提高温度的情况下热变形材料的矫顽力能够有较大程度的保持，促进了热变形材料的高温下的应用。
同时从表1中可以看出，两种成分A和B的制备工艺也影响较为明显，尤其是两者的快淬速度，根据实施例1和实施例10的对比可以看出，成分B的制备快淬辊速大于成分A的制备快淬辊速时，效果会更好；同时，根据实施例5和实施例9的比较可以看出，当两者速度差过大(≥1.5)时，也不利于性能的提高。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请的稀土永磁材料将含有Y的B成分与常规的Nd(Pr)FeB稀土永磁材料混合所得到的稀土永磁材料的温度系数更低、耐温性更好，且由于其中不含有重稀土元素，因此其成本较低。
通过将含Y快淬薄带与常规Nd(Pr)Fe快淬薄带B混合，可以得到温度系数更低，耐温性更好的混合粉，然后通过热加工可得到致密且各向异性的稀土永磁体。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种稀土永磁材料，其特征在于，形成所述稀土永磁材料的原料包括：
主相为RxFe100-x-yMyBz的A成分，其中，R为Nd或PrNd，27≤x≤34，0.3≤y≤5，0.7≤z≤1.1；主相为YaFe100-a-b-cMbBc的B成分，其中，25≤a≤30，0≤b≤1.5，1.2≤c≤3，M为Al、Co、Cu、Ga中的一种或多种，上述各元素的含量均为重量含量。
2.根据权利要求1所述的稀土永磁材料，其特征在于，所述A成分和所述B成分的重量比为3～5：1。
3.一种稀土永磁材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤S1，制备主相为RxFe100-x-yMyBz的A成分的快淬薄带A以及主相为YaFe100-a-b-cMbBc的B成分的快淬薄带B，其中，R为Nd或PrNd，27≤x≤34，0.3≤y≤5，0.7≤z≤1.1，25≤a≤30，0≤b≤1.5，1.2≤c≤3，M为Al、Co、Cu、Ga中的一种或多种，上述各元素的含量均为重量含量；
步骤S2，将所述快淬薄带A和所述快淬薄带B破碎后混合，得到混合粉末；以及
步骤S3，将所述混合粉末进行热加工得到所述稀土永磁材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述快淬薄带A和所述快淬薄带B的重量比为3～5：1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述快淬薄带A和所述快淬薄带B的厚度各自独立地控制在10～150μm之间，优选所述步骤S1中制备所述快淬薄带A的第一辊速小于制备所述快淬薄带B的第二辊速。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一辊速和所述第二辊速在15～55m/s之间，优选所述第二辊速与所述第一辊速的比例1.1～1.6：1。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中采用制备所述快淬薄带A的原料A的熔点以上100～300℃范围内对所述原料A进行熔融，采用制备所述快淬薄带B的原料B的熔点以上100～300℃范围内对所述原料B进行熔融。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
将所述快淬薄带A和所述快淬薄带B破碎，得到粉末A和粉末B，优选所述粉末A和所述粉末B的平均粒度为100～250μm；以及
将所述粉末A和所述粉末B混合，得到所述混合粉末。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括以450℃以上且小于800℃的温度将所述混合粉末向一个方向压缩的工序。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
对所述混合粉末进行热压，得到磁体，其中，所述热压的温度优选为650～750℃、压力优选为100～300MPa；
将所述磁体进行热变形，得到所述稀土永磁材料，其中，所述热变形的温度优选为750～900℃、压力优选为100～200MPa、热变形速率优选为0.1～0.8mm/s。
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