CN109473248A - 一种NdCeFeB各向异性永磁体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种NdCeFeB各向异性永磁体，包括RXB组分和YZ组分，各元素的含量以原子物质的量份数计，R:X:B＝8～14:80～86:5.6～6.5，Y:Z＝7:3；且以重量份数计，RXB:YZ＝90～95:5～10；其中B为硼元素；R代表元素Nd和Pr中的至少一种；X代表由Fe、Zr、Nb、Co和Ga组成的过渡元素组合，且当X的物质的量份数以80～86份计时，所述过渡元素组合中Zr为0～2份，Nb为0～2份，Co为0～9份，Ga为0～1份，余量为Fe元素；Y代表元素Ce，或Ce和La两种元素的组合；Z代表元素Cu或Co。本发明还公开了一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，首先分别制备RXB合金粉和YZ合金粉，将二者均匀混合后，经热压烧结热变形制得。制得的NdCeFeB磁体具有优异的磁性能，并且利用价格较低的Ce或LaCe代替稀土元素Nd,可降低材料成本，具有较好的应用前景。

Description

一种NdCeFeB各向异性永磁体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钕铁氮磁性材料，具体涉及一种NdCeFeB各向异性永磁体及其制备方法。
背景技术
钕铁硼Nd-Fe-B因室温磁性能优异而应用广泛，被称为“万磁王”。但该类磁体不够稳定，导致现有的制造方法生产的Nd-Fe-B永磁体性能远低于理论值，特别是磁体取向和矫顽力方面，产品性能难以进一步提高。目前工业上已有一些制造方法，通过添加其他合金以获得磁体取向和磁性能更好的产品。如专利文献CN 103996522 B公开了一种含Ce的钕铁硼稀土永磁体及其制备方法，制得的磁体性能较传统钕铁硼磁体性能有所提高，专利文献CN104966607A公开了一种通过添加La、Ce、Gd、Pr、Nd、Dy、Tb等稀土元素制备烧结钕铁硼永磁体的方法，以期降低磁体的成本。但现有的各种钕铁硼磁体多因制造工艺复杂或添加的稀土合金成本较高而应用受限。因此，有必要发展新的制备高性能永磁体的工艺。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的目的之一在于提供一种NdCeFeB各向异性永磁体。技术方案如下：
一种NdCeFeB各向异性永磁体，其关键在于：包括RXB组分和YZ组分，各元素的含量以原子物质的量份数计，R:X:B＝8～14:80～86:5.6～6.5，Y:Z＝7:3；且以重量份数计，RXB:YZ＝90～95:5～10；
其中B为硼元素；
R代表元素Nd和Pr中的至少一种；
X代表由Fe、Zr、Nb、Co和Ga组成的过渡元素组合，且当X的物质的量份数以80～86份计时，所述过渡元素组合中Zr为0～2份，Nb为0～2份，Co 为0～9份，Ga为0～1份，余量为Fe元素；
Y代表元素Ce，或Ce和La两种元素的组合；
Z代表元素Cu或Co。
作为优选技术方案，上述永磁体的主相为Nd2Fe14B，含Ce化合物富集于晶界相。
作为优选技术方案，上述永磁体的晶粒尺寸为纳米级。
本发明的目的之二在于提供一种制备上述NdCeFeB各向异性永磁体的方法。技术方案如下：
一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其关键在于包括以下步骤：
步骤一，分别制备RXB合金粉和YZ合金粉；
步骤二，将所述RXB合金粉和YZ合金粉按90～95:5～10的重量比均匀混合；
步骤三，所述混合后的粉末放入模具中，热压烧结得到烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，得到终产品。
作为优选技术方案，上述RXB合金粉和YZ合金粉的颗粒尺寸为80～200 目。
作为优选技术方案，上述步骤三中热压烧结的温度为650～700℃，保温3～10min，压力为300～1000Mpa。
作为优选技术方案，上述步骤三中热压烧结方式为放电等离子烧结。
作为优选技术方案，上述步骤四中热变形温度为650～750℃，时间3～5 min，压力30～60MPa。
作为优选技术方案，上述步骤一中，采用真空熔炼分别制备RXB合金和 YZ合金，并利用真空甩带制得薄带，并破碎为粉末，分别得到所述RXB合金粉和YZ合金粉。
附图说明
X射线衍射XRD；扫描电子显微镜SEM
图1为实施例10的方法制备的添加(La,Ce)7Co3的Nd13Fe74Co7B6磁体和对照例1方法制备的不添加(La,Ce)7Co3的Nd13Fe74Co7B6磁体的退磁曲线；
图2为实施例10的方法制备的添加(La,Ce)7Co3的Nd13Fe74Co7B6磁体和对照例1方法制备的不添加(La,Ce)7Co3的Nd13Fe74Co7B6磁体的XRD图谱；
图3为实施例10的方法制备的添加(La,Ce)7Co3的Nd13Fe74Co7B6磁体样品的 SEM图片；
图4为实施例11和实施例12的方法制备的不同Ce7Cu3添加量的 (NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6磁体和对照例2方法制备的不添加Ce7Cu3的 (NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6磁体的退磁曲线；
图5为实施例11和实施例12的方法制备的不同Ce7Cu3添加量的 (NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6磁体和对照例2方法制备的不添加Ce7Cu3的 (NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6磁体的XRD图谱；
图6为实施例12的方法制备的添加Ce7Cu3的(NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6磁体样品的SEM图片。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1
一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备Nd8Fe80B5.6合金和Ce7Co3合金，真空甩带制得薄带，然后破碎制得颗粒大小为150目的Nd8Fe80B5.6合金粉和200目的Ce7Co3合金粉；
步骤二，将所述Nd8Fe80B5.6合金粉和Ce7Co3合金粉按95:5的重量比均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，利用放电等离子烧结进行真空热压处理，于680℃，400MPa下热压烧结，保温时间3min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，热变形温度650-670℃，时间3min，压力50～60MPa，变形量为60％，得到NdCeFeB各向异性永磁体。
实施例2
一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备Nd10Fe83B6合金和Ce7Co3合金，真空甩带制得薄带，然后破碎制得颗粒大小为200目的Nd10Fe83B6合金粉和100目的Ce7Co3合金粉；
步骤二，将所述Nd10Fe83B6合金粉和Ce7Co3合金粉按90:10的重量比均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，利用放电等离子烧结进行真空热压处理，于700℃，800MPa下热压烧结，保温时间5min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，热变形温度700-720℃，时间3min，压力50～60MPa，变形量为56％，得到NdCeFeB各向异性永磁体。
实施例3
一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备Nd14Fe80Zr2B6.2合金和 (La,Ce)7Cu3合金，真空甩带制得薄带，然后破碎制得颗粒大小为80目的Nd10Fe83B6合金粉和100目的(La,Ce)7Cu3合金粉；
步骤二，将所述Nd10Fe83B6合金粉和(La,Ce)7Cu3合金粉按92:8的重量比均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，利用放电等离子烧结进行真空热压处理，于660℃，1000MPa下热压烧结，保温时间6min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，热变形温度730-750℃，时间3min，压力50～60MPa，变形量为58％，得到NdCeFeB各向异性永磁体。
其中，(La,Ce)7Cu3合金由LaCe稀土与Cu混合熔炼制备，LaCe稀土中Ce 的重量比大于50％。
实施例4
一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备Nd12Fe80Nb2B6.5合金和 Ce7Co3合金，真空甩带制得薄带，然后破碎制得颗粒大小为150目的Nd12Fe80Nb2B6.5合金粉和100目的Ce7Co3合金粉；
步骤二，将所述Nd12Fe80Nb2B6.5合金粉和Ce7Co3合金粉按95:5的重量比均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，利用放电等离子烧结进行真空热压处理，于650℃，600MPa下热压烧结，保温时间10min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，热变形温度660-670℃，时间3min，压力40～60MPa，变形量为60％，得到NdCeFeB各向异性永磁体。
实施例5
一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备Nd11Fe73Co9B6合金和 Ce7Cu3合金，真空甩带制得薄带，然后破碎制得颗粒大小为80目的Nd11Fe73Co9B6合金粉和120目的Ce7Cu3合金粉；
步骤二，将所述Nd11Fe73Co9B6合金粉和Ce7Cu3合金粉按95:5的重量比均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，利用放电等离子烧结进行真空热压处理，于660℃，400MPa下热压烧结，保温时间5min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，热变形温度720-750℃，时间3min，压力30～40MPa，变形量为58％，得到NdCeFeB各向异性永磁体。
实施例6
一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备Nd10.5Fe85Ga1B6.5合金和Ce7Cu3合金，真空甩带制得薄带，然后破碎制得颗粒大小为100目的 Nd10.5Fe85Ga1B6.5合金粉和120目的Ce7Cu3合金粉；
步骤二，将所述Nd10.5Fe85Ga1B6.5合金粉和Ce7Cu3合金粉按90:10的重量比均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，利用放电等离子烧结进行真空热压处理，于650℃，300MPa下热压烧结，保温时间5min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，热变形温度650-700℃，时间3min，压力30～40MPa，变形量为58％，得到NdCeFeB各向异性永磁体。
实施例7
一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备Nd11Fe76Co4Zr2Ga1B6合金和(LaCe)7Co3合金，真空甩带制得薄带，然后破碎制得颗粒大小为150目的Nd11Fe76Co4Zr2Ga1B6合金粉和120目的(LaCe)7Co3合金粉；
步骤二，将所述Nd11Fe76Co4Zr2Ga1B6合金粉和(LaCe)7Co3合金粉按95:5的重量比均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，利用放电等离子烧结进行真空热压处理，于650℃，500MPa下热压烧结，保温时间5min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，热变形温度650-680℃，时间4min，压力30～40MPa，变形量为60％，得到NdCeFeB各向异性永磁体。
实施例8
一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备Nd11Fe75Co4Nb1Zr2Ga1B6合金和Ce7Cu3合金，真空甩带制得薄带，然后破碎制得颗粒大小为150目的 Nd11Fe75Co4Nb1Zr2Ga1B6合金粉和120目的(LaCe)7Co3合金粉；
步骤二，将所述Nd11Fe75Co4Nb1Zr2Ga1B6合金粉和(LaCe)7Co3合金粉按95:5的重量比均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，利用放电等离子烧结进行真空热压处理，于650℃，500MPa下热压烧结，保温时间5min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，热变形温度650-680℃，时间4min，压力30～40MPa，变形量为60％，得到NdCeFeB各向异性永磁体。
实施例9
一种制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备Pr12Fe74Co7B6合金和 Ce7Cu3合金，真空甩带制得薄带，然后破碎制得颗粒大小为80目的Pr12Fe74Co7B6合金粉和120目的Ce7Cu3合金粉；
步骤二，将所述Pr12Fe74Co7B6合金粉和Ce7Cu3合金粉按95:5的重量比均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，利用放电等离子烧结进行真空热压处理，于650℃，300MPa下热压烧结，保温时间10min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，热变形温度650-700℃，时间3min，压力30～40MPa，变形量为60％，得到NdCeFeB各向异性永磁体。
实施例10
一种NdCeFeB各向异性永磁体的制备方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备Nd13Fe74Co7B6合金和 (La,Ce)7Co3合金，利用真空甩带制得薄带，并破碎为颗粒大小为80目的 Nd13Fe74Co7B6合金粉末和120目的(La,Ce)7Co3合金粉末；
步骤二，将上述Nd13Fe74Co7B6合金粉和(La,Ce)7Co3合金粉按照重量比90:10 均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，并利用放电等离子烧结进行真空热压处理，热压温度650℃，压力300MPa，保温3min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形，变形量为60％，温度控制在650～ 680℃，压力30～60MPa，保温4min。将制得的样品用线切割机切样后测试其性能。
对照例1
与实施例10的不同之处在于，仅制备Nd13Fe74Co7B6合金粉，不添加 (La,Ce)7Co3合金粉，然后对Nd13Fe74Co7B6合金粉在相同的工艺条件下进行热压，放电等离子烧结，真空热变形，制得不含(La,Ce)7Co3的Nd13Fe74Co7B6磁体。将制得的样品用线切割机切样后测试其性能。
实施例10与对照例1制备的磁体性能比较
检测试样的退磁曲线，由图1可知，不添加10％的(La,Ce)7Co3二元合金，制得的NdFeB磁体矫顽力仅为490kA/m。当添加10％的(La,Ce)7Co3二元合金时，制得的NdCeFeB磁体矫顽力提升至760kA/m，即矫顽力增加了270kA/m。
使用X射线衍射法检测试样的晶体结构，由2可知，与不添加(La,Ce)7Co3的NdFeB磁体比较，添加10％的(La,Ce)7Co3二元合金后，制得的NdFeB磁体最强衍射峰峰仍是(105)和(006)晶面，表明磁体仍具有强的c轴取向，具有各向异性。同时，根据X射线衍射分析可知NdCeFeB磁体仍以Nd2Fe14B为主相，含Ce化合物富集于晶界相。
进一步地，使用扫描电子显微镜观测添加10％的(La,Ce)7Co3的NdFeB磁体的形貌，如图3所示，制得的磁体晶粒组织呈条状分布，利用图像处理软件测得晶粒厚约200nm，长约400-800nm。
实施例11
一种NdCeFeB各向异性永磁体的制备方法，其制备过程为：
步骤一，按元素的名义配比，采用真空熔炼分别制备(NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6合金和Ce7Cu3合金，利用真空甩带制得薄带，并破碎为颗粒大小为100目的 (NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6合金粉末和180目的CeCu合金粉末；
步骤二，将上述(NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6合金粉和CeCu合金粉按照重量比95:5 均匀混合；
步骤三，混合后的粉末放入模具中，并利用放电等离子烧结进行真空热压处理，热压温度控制在680℃，压力1000MPa，保温3min，得到致密的烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形，变形量为58％，温度控制在650～ 750℃，压力30～60MPa，保温5min。将制得的样品用线切割机切样后测试其性能。
实施例12
与实施例11的不同之处在于，本实施例中(NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6合金粉和CeCu合金粉按照90:10的重量比进行混合，然后再进行热压烧结热变形制备样品。将制得的样品用线切割机切样后测试其性能。
对照例2
与实施例11的不同之处在于，对照例2仅制备(NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6合金粉，不添加CeCu合金粉，然后对(NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6合金粉在相同的工艺条件下进行热压，放电等离子烧结，真空热变形，制得不含CeCu的(NdPr)11.5Fe76.5Nb1Co5B6磁体。将制得的样品用线切割机切样后测试其性能。
实施例11、实施例12与对照例2中制备的磁体性能比较
检测制得磁体的退磁曲线，由图4可知，不添加CeCu二元合金，制得的NdFeB 磁体矫顽力仅为125kA/m；当添加5％的CeCu二元合金时，制得的NdCeFeB磁体矫顽力提升至845kA/m；当添加10％的CeCu二元合金时，制得的NdCeFeB 磁体矫顽力提升至1190kA/m。
此外，不添加CeCu时，制得的磁体剩磁为0.7T，添加5％的CeCu后，制得的磁体剩磁大幅提高至1.1T。
使用X射线衍射法检测磁体的晶体结构，由图5可知，与不添加CeCu的NdFeB 磁体比较，添加CeCu合金后，制得的NdFeB磁体(105)和(006)晶面的衍射峰强度增加，表明磁体c轴取向增强，具有各向异性。由此表明，在适当范围内随着CeCu合金添加量的增多，制得的磁体的c轴取向增强，矫顽力增大。
进一步地，使用扫描电子显微镜观测添加10％的CeCu合金的NdFeB磁体的形貌，如图6所示，制得的磁体晶粒组织细小，呈条状分布，利用图像处理软件测得晶粒厚约200～300nm，长约300-800nm。
有益效果：综上，通过向NdFeB类合金粉中掺入一定量CeCo或CeCu类合金粉，采用热压烧结热变形工艺，制得的NdCeFeB磁体仍然以Nd2Fe14B为主相，晶粒取向度得到保持，与无添加的NdFeB磁体相比，矫顽力大幅提高，适量添加CeCu合金还能提高制得的NdCeFeB磁体的剩磁。表明采用本发明的方法制得的NdCeFeB磁体具有优异的磁性能，并且,利用价格较低的Ce或LaCe代替稀土元素Nd,可降低材料成本,具有较好的应用前景。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种NdCeFeB各向异性永磁体，其特征在于：包括RXB组分和YZ组分，各元素的含量以原子物质的量份数计，R:X:B＝8～14:80～86:5.6～6.5，Y:Z＝7:3；且以重量份数计，RXB:YZ＝90～95:5～10；
其中B为硼元素；
R代表元素Nd和Pr中的至少一种；
X代表由Fe、Zr、Nb、Co和Ga组成的过渡元素组合，且当X的物质的量份数以80～86份计时，所述过渡元素组合中Zr为0～2份，Nb为0～2份，Co为0～9份，Ga为0～1份，余量为Fe元素；
Y代表元素Ce，或Ce和La两种元素的组合；
Z代表元素Cu或Co。
2.根据权利要求1所述的一种NdCeFeB各向异性永磁体，其特征在于：所述永磁体的主相为Nd2Fe14B，含Ce化合物富集于晶界相。
3.根据权利要求1或2所述的一种NdCeFeB各向异性永磁体，其特征在于：所述永磁体的晶粒尺寸为纳米级。
4.一种制备如权利要求1～3任意一项所述的NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，分别制备RXB合金粉和YZ合金粉；
步骤二，将所述RXB合金粉和YZ合金粉按90～95:5～10的重量比均匀混合；
步骤三，所述混合后的粉末放入模具中，热压烧结得到烧结磁体；
步骤四，将所述烧结磁体进行真空热变形处理，得到终产品。
5.根据权利要求4所述的制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其特征在于：所述RXB合金粉和YZ合金粉的颗粒尺寸为80～200目。
6.根据权利要求4或5所述的制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其特征在于：所述步骤三中热压烧结的温度为650～700℃，保温3～10min，压力为300～1000Mpa。
7.根据权利要求6所述的制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其特征在于：所述步骤三中热压烧结方式为放电等离子烧结。
8.根据权利要求4或5所述的制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其特征在于：所述步骤四中热变形温度为650～750℃，时间3～5min，压力30～60MPa。
9.根据权利要求4或5所述的制备NdCeFeB各向异性永磁体的方法，其特征在于：所述步骤一中，采用真空熔炼分别制备RXB合金和YZ合金，并利用真空甩带制得薄带，并破碎为粉末，分别得到所述RXB合金粉和YZ合金粉。
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