CN109585106B - 一种超大块稀土永磁体及其制备方法 - Google Patents

一种超大块稀土永磁体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种超大块稀土永磁体及其制备方法，所述稀土永磁体由至少两块单体（单一磁体）通过RaMbBc稀土合金粘接组成，磁体主相为Re2T14B1晶粒，其中，R与Re为稀土元素，M为Fe、Co、Al、Cu、Ga中的至少一种，T为过渡族金属元素，B为硼元素，a≥50，b≤30，c≤0.3。所述磁体的粘接方向为平行或垂直于磁场取向方向。所述稀土永磁体的制备方法，包含如下步骤：（1）提供磁场取向生坯；（2）将至少两个生坯通过薄层稀土合金拼接一起，然后进行等静压；（3）经真空烧结与回火热处理制成所述稀土永磁体。本发明利用过稀土合金粘接与高温烧结将多个磁体连成一体，提供了一种超大快磁体的制备方法。此外，稀土合金在烧结与回火过程扩散进入磁体，提高了磁体矫顽力。

Description

一种超大块稀土永磁体及其制备方法
技术领域
本发明属于稀土永磁材料制备技术领域，具体为一种超大块稀土永磁体及其制备方法。
背景技术
钕铁硼磁体具有优异的磁性能，广泛用于汽车电机、电动自行车、电脑硬盘、电动工具等产品，以及音响设备、通讯产品、医疗设备、家电产品、磁选设备等领域，并使一些高度集成产品的应用成为可能，如混合动力汽车、电动汽车、发电风车等。钕铁硼永磁材料具有高磁能积、高矫顽力、高性价比以及良好的机械加工性能，在当今社会高新技术领域中扮演重要角色。
一般采用烧结工艺制备高性能钕铁硼稀土永磁材料。烧结工艺一般包括磁粉制备、取向成型、等静压以及真空烧结与回火处理等工序。现在的制粉工艺一般采用速凝-氢破-气流磨的方法，以获得粒度均匀，氧含量较低的粉体；再通过取向成型制得具有一致取向和一定强度的生坯，再利用等静压进一步提高生坯的强度；最后通过真空烧结与回火热处理获得致密的各向异性磁体。
在风力发电等领域使用的稀土永磁体产品体积一般较大。传统工艺一般采用直接制备超大块磁体的方式，缺点是要求成型压机提供更大的输出压力，以保证磁体生坯具有足够的致密度和强度。直接制备方式，对磁场取向能力也有较高要求，如果提供的磁场强度不足，生坯难以磁化饱和，进而严重影响磁体性能。此外，超大块磁体在烧结过后的冷却过程中，由于磁体体积大，应力难以释放，容易导致磁体产生裂纹或开裂。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种超大块稀土永磁体及其制备方法，以解决上述技术问题。
本发明的超大块稀土永磁体由单一磁体或磁体生坯通过RaMbBc稀土合金粘接组成，其中R为稀土金属元素，M为Fe、Co、Al、Cu、Ga、Ni中的至少一种，B为硼元素，120≥a≥50，0＜b≤30，0＜c≤0.3，所述的a、b、c为质量比；所述稀土金属元素为La、Ce、Pr、Nd、Pr、Dy、Ho中的一种或多种。
所述单一磁体或磁体生坯的主相为为Re2T14B1晶粒，Re为稀土金属元素，T为过渡族金属元素，B为硼元素，所述Re、T、B的数字比例为质量比；所述单一磁体或磁体生坯的粘接方向为磁场取向方向或者磁体的粘接方向垂直于磁场取向方向；所述的稀土金属元素为La、Ce、Pr、Nd、Pr、Dy、Ho中的一种或多种；所述过渡金属元素为Fe、Co、Ni中的一种或多种。
本发明的主相或稀土合金的各元素之间的比例为质量比。
本发明的超大块稀土永磁体的单一磁体或磁体生坯的个数为两块或大于两块，优选为3、4、5、6、7、8、9块或更多，依据需要选择合适的数目。
一种超大块稀土永磁体的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
（1）提供磁场取向磁体生坯或单一磁体；
（2）将薄层稀土合金均匀覆盖在单一磁体或磁体生坯的拼接面之间，然后进行封装与等静压；
（3）经真空烧结与回火热处理制成所述稀土永磁体。
其中，所述需要拼接的磁体生坯或单一磁体的个数为两块，或大于两块，优选为3、4、5、6、7、8、9块或更多，依据需要选择合适的数目所述生坯的拼接方向或为磁场取向方向，或为垂直磁场取向方向；所述薄层稀土合金的厚度为0.1-5毫米，优选为0.1-4毫米，优选为0.1-3毫米，优选为0.1-2毫米，优选为0.1-1毫米，优选为0.1-0.8毫米，优选为0.1-0.5毫米，优选为0.1-0.4毫米，优选为0.1-0.3毫米，优选为0.1-0.2毫米，优选为0.1-0.1毫米。
其中，所述稀土合金为速凝片或粉体，各元素组成，按质量百分比计，为RaMbBc，其中，R为稀土元素，M为Fe、Co、Al、Cu、Ga中的至少一种，B为硼元素，a≥50，b≤30，c≤0.3。
其中，所述真空烧结的烧结温度为950~1100℃，真空度不低于1×10-1Pa，时间为1-6小时。
其中，所述回火热处理为二级回火，第一级回火温度为800-950℃，时间为1-9小时，第二级回火温度为400-600℃，时间为2-6小时。
与现有技术比较，本发明工艺技术适合制备超大快稀土永磁体，而且工艺简单，适合大批量生产。本发明通过将多块生坯沿一定方向拼接制备超大块磁体的方式，解决了直接制备方法中压机输出压力与磁化能力不足的难题。磁体粘接面间的低熔点稀土合金具有良好的塑性与韧性，可以有效释放大块磁体快速冷却过程中产生的应力集中，进而避免或减少裂纹或开裂现象的形成。此外，因为稀土合金在高温烧结与回火热处理过程的原子扩散效应，部分稀土合金沿晶界进入磁体内部，促进晶界相厚度增加，进而有利于磁体矫顽力改善。
另外，本发明中单体通过RaMbBc稀土合金连接，其中B的含量小于等于0.3wt%。引入微量的B，一方面是有利于稀土合金的破碎，另一方面，是为了补充连接界面附近的扩散区域中B的含量，以减少对磁体剩磁的不利影响。
附图说明
图1：本发明2块磁体生坯或单一磁体拼接示意图。
图2：本发明3块磁体生坯或单一磁体拼接示意图。
图1和图2中的1为稀土合金，图1和图2中的2为磁体生坯或单一磁体。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明的实施方式做作进一步阐述，但不用来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种超大块稀土永磁体及其制备方法包含如下步骤：
（1）提供磁场取向生坯两块，规格71×42×70.5，单位为毫米，压高为42，磁场取向方向为70.5；
（2）提供速凝片稀土合金，各元素组成，按质量百分比计，为La0.36Ce0.53Pr17.32Nd70.67Al0.75Fe9.8Co0.13B0.44，速凝片厚度为2.8毫米；通过将速凝片均匀覆盖于生坯拼接面之间，将两块生坯拼接在一起，拼接方向为磁场取向方向（平行70.5边长方向），然后进行封装与等静压；
（3）将等静压后的拼接生坯进行真空烧结与回火热处理，其中，真空烧结温度为1050℃，真空度为5×10-2Pa，时间为5小时；回火热处理为二级回火，第一级回火温度为900℃，时间为6小时，第二级回火温度为500℃，时间为3小时；最终制成所述超大块稀土永磁体。
采用永磁特性能测量仪测试磁体室温磁性能，测试样品为六面磨平的整块磁体，每种样品测试数量为7块，样品编号分别为1-1、1-2、1-3、1-4、1-5。测试结果如表1所示。
实施例2
一种超大块稀土永磁体及其制备方法包含如下步骤：
（1）提供磁场取向生坯两块，规格71×45×70.5，单位为毫米，压高为45，磁场取向方向为70.5；
（2）提供速凝片稀土合金，各元素组成，按质量百分比计，为Pr17.5Nd73Cu4.8Al11.5Ga3.2，速凝片厚度为0.32毫米；通过将速凝片均匀覆盖生坯拼接面之间，将两块生坯拼接在一起，拼接方向为垂直磁场取向方向（平行45边长方向，也就是压高方向），然后进行封装与等静压；
（3）将等静压后的拼接生坯进行真空烧结与回火热处理，其中，真空烧结温度为1035℃，真空度为5×10-2Pa，时间为5小时；回火热处理为二级回火，第一级回火温度为900℃，时间为6小时，第二级回火温度为500℃，时间为3小时；最终制成所述超大块稀土永磁体。
采用永磁特性能测量仪测试磁体室温磁性能，测试样品为六面磨平的整块磁体，每种样品测试数量为7块，样品编号分别为2-1、2-2、2-3、2-4、2-5。测试结果如表1所示。
实施例3
一种超大块稀土永磁体及其制备方法包含如下步骤：
（1）提供磁场取向生坯三块，规格44×39.5×52，单位为毫米，压高为39.5，磁场取向方向为52；
（2）提供稀土合金粉体，平均粒度为2.9微米，各元素组成，按质量百分比计，为Nd42Dy31.5Ho5.3Fe8.2Cu3.6Al9.4；通过将稀土合金粉体均匀覆盖生坯拼接面之间，将3块生坯拼接在一起，覆盖层厚度为0.3毫米左右，拼接方向为垂直磁场取向方向（平行44边长方向），然后进行封装与等静压；
（3）将等静压后的拼接生坯进行真空烧结与回火热处理，其中，真空烧结温度为1060℃，真空度为5×10-2Pa，时间为5小时；回火热处理为二级回火，第一级回火温度为900℃，时间为6小时，第二级回火温度为515℃，时间为3小时；最终制成所述超大块稀土永磁体。
采用永磁特性能测量仪测试磁体室温磁性能，测试样品为六面磨平的整块磁体，每种样品测试数量为7块，样品编号分别为3-1、3-2、3-3、3-4、3-5。测试结果如表1所示。
分别采用与实施例1-3相同的成分与方法，制备无拼接的单一烧结磁体，作为对比例1-3。对比例采用与实施例相同的机加工和磁性能测试方法。测试结果如表1所示。
表1 实施例与对比例磁体磁性能比较
测试样品 矫顽力（kOe） 剩磁（kGs） 磁能积（MGOe） Hk/Hcj（%）
1-1 15.4 12.02 34.2 96.2
1-2 15.4 11.95 33.9 96.0
1-3 15.8 11.93 33.9 97.1
1-4 15.6 11.90 33.4 94.9
1-5 15.7 11.98 34.0 95.7
对比例1 12.3 12.15 35.1 96.2
2-1 17.8 12.91 41.1 97.2
2-2 17.6 12.99 42.0 98.6
2-3 17.4 12.95 41.6 97.8
2-4 17.8 13.04 42.3 98.2
2-5 17.4 13.0 42.0 98.0
对比例2 13.2 13.22 43.1 98.1
3-1 20.9 12.91 41.2 97.6
3-2 21.5 12.87 40.8 97.8
3-3 21.4 12.89 41.1 97.9
3-4 20.8 13.0 41.8 96.5
3-5 20.9 12.94 41.4 96.9
对比例3 15.3 13.20 42.7 97.6
磁性能测试结果如表1所示。与对比例1比较，实施例1所制备的超大块磁体矫顽力增加了3~3.5kOe，剩磁降低了0.2kGs左右，磁能积略有下降；与对比例2比较，实施例2所制备的超大块磁体矫顽力增加了4.2~4.6kOe，剩磁降低了0.2~0.3kGs左右。与对比例3比较；实施例3所制备的超大块磁体矫顽力增加了5.5~6.2kOe，剩磁降低了0.2~0.33kGs左右。采用本发明工艺制备磁体的方形度与采用相同工艺制备的磁体（对比例）比较，方形度基本相当，磁能积随着剩磁变化，相应的降低。另外，本实施例产品合格率为96.2%，在机加工过程，无沿拼接面开裂现象。
通过以上具体实施例可知，与现有技术比较，本发明工艺技术适合制备超大快稀土永磁体，而且工艺简单，只需将传统工艺制备的生坯通过稀土合金拼接，适合大批量生产。此外，因为稀土合金在高温烧结与回火热处理过程的扩散效应，增加了磁体中晶界相厚度，进而有利于矫顽力的改善。需要说明的是，实施例中矫顽力增加的幅度不同，主要是因为引入的稀土合金不同，和磁体的拼接方向没有直接关系。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种超大块稀土永磁体，其特征在于所述稀土永磁体由单一磁体或磁体生坯通过RaMbBc稀土合金粘接组成，其中R为稀土金属元素，M为Fe、Co、Al、Cu、Ga、Ni中的至少一种，B为硼元素，120≥a≥50，0＜b≤30，0＜c≤0.3，所述的a、b、c为质量比；所述单一磁体或磁体生坯的主相为Re2T14B1晶粒，Re为稀土金属元素，T为过渡族金属元素，B为硼元素，所述Re、T、B的数字比例为原子比。
2.如权利要求1所述的超大块稀土永磁体，其特征在于所述的稀土金属元素为La、Ce、Pr、Nd、Pr、Dy、Ho中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的超大块稀土永磁体，其特征在于所述的过渡族金属元素为Fe、Co、Ni中的一种或多种，所述的稀土金属元素为La、Ce、Pr、Nd、Pr、Dy、Ho中的一种或多种。
4.如权利要求1-3任一项所述的超大块稀土永磁体，其特征在于单一磁体或磁体生坯的粘接方向为磁场取向方向。
5.如权利要求1-3任一项所述的超大块稀土永磁体，其特征在于单一磁体或磁体生坯的粘接方向垂直于磁场取向方向。
6.如权利要求1-3任一项所述的超大块稀土永磁体，其特征在于所述单一磁体或磁体生坯的个数为两块或大于两块。
7.如权利要求1-6任一项所述的超大块稀土永磁体的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：（1）提供磁场取向磁体生坯或单一磁体；（2）将薄层稀土合金粉体或速凝片均匀覆盖在生坯或单一磁体拼接面之间，封装，再进行等静压；（3）经真空烧结与回火热处理制成所述稀土永磁体。
8.如权利要求7所述的超大块稀土永磁体的制备方法，其特征在于，所述需要拼接的单一磁体或磁体生坯为两块或大于两块。
9.如权利要求7所述的超大块稀土永磁体的制备方法，其特征在于，所述薄层稀土合金的厚度为0.1-0.5毫米。
10.如权利要求7所述的超大块稀土永磁体的制备方法，其特征在于，所述单一磁体或磁体生坯的拼接方向或为磁场取向方向，或为垂直磁场取向方向。
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