CN110323030B - 具有多片层叠结构的稀土永磁复合磁体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有多片层叠结构的稀土永磁复合磁体及其制备方法。该复合磁体包括层叠的第一片状体和第二片状体;所述第一片状体中含有一种或多种稀土永磁化合物晶体和/或一种或多种软磁相;所述第二片状体中含有一种或多种稀土永磁化合物晶体和/或一种或多种软磁相;所述第二片状体与所述第一片状体具有不同的组成。该复合磁体具有较高的软磁含量和较高的最大磁能积。

Description

具有多片层叠结构的稀土永磁复合磁体及其制备方法
技术领域
本公开属于磁性材料领域,具体涉及一种稀土永磁复合磁体及其制备方法。
背景技术
稀土永磁体是含有稀土元素和过渡金属元素的合金。由于其能实现机械能和电能的相互转换,其在高科技领域和人们的日常生活应用非常广泛。随着风能发电、混合动力和纯电动汽车等新兴产业的发展,人们需要性能更好的稀土永磁体。
上世纪90年代初,人们研发出了由纳米尺度的软、硬磁相组成的“交换耦合永磁体”,开拓了“下一代”超强永磁材料的新思路。“交换耦合永磁体”永磁材料的理论磁能积高达100MGOe,远远超过目前“永磁王”Nd2Fe14B的最高磁能积64MGOe。“交换耦合永磁体”还含有大量廉价的软磁相(例如α-Fe或α-FeCo等),进而具有低成本、耐蚀性好等特点。
发明人已知一种SmCo5/NdFeB/SmCo5多层复合磁体的制备方法包括下列步骤:
(1)熔炼,将原料Sm和Co利用悬浮熔炼炉熔炼制备SmCo5铸锭;
(2)制备SmCo5粉末,采用高能球磨法将SmCo5铸锭球磨成SmCo5非晶粉末;
(3)研磨NdFeB粉末,将NdFeB磁粉研磨,过200目筛子,获得NdFeB细粉;
(4)粉末装模,将2g SmCo5粉、8g NdFeB粉、2g SmCo5粉按此顺序分三层装入WC硬质合金模具内;
(5)热压烧结,使用放电等离子烧结设备,在真空、压力450~500MPa、680℃~700℃和保温3~10分钟的条件下热压烧结,获得各向同性的纳米晶SmCo5/NdFeB/SmCo5多层复合磁体。
该方法获得的复合磁体最大磁能积仅为10MGOe左右。
发明内容
本公开提供一种复合磁体,包括层叠的第一片状体和第二片状体;所述第一片状体中含有一种或多种稀土永磁化合物晶体和/或一种或多种软磁相;所述第二片状体中含有一种或多种稀土永磁化合物晶体和/或一种或多种软磁相;所述第二片状体与所述第一片状体具有不同的组成。
在一些实施方案中,第一片状体由以下一种或多种组成:一种或多种稀土永磁化合物晶体和一种或多种软磁相;第二片状体由以下一种或多种组成:一种或多种稀土永磁化合物晶体和一种或多种软磁相。
在一些实施方案中,第一片状体中含有一种或多种稀土永磁化合物晶体和一种或多种软磁相;第二片状体中含有以下一种或多种:一种或多种稀土永磁化合物晶体和一种或多种软磁相。
在一些实施方案中,第一片状体的平均厚度为100μm以下,例如1~5μm,5~10μm,例如10~20μm,20~30μm,25~35μm,30~40μm,40~50μm,50~60μm,60~70μm,70~80μm,80~90μm或90~100μm。
在一些实施方案中,第二片状体的平均厚度为100μm以下,例如1~5μm,5~10μm,10~20μm,20~30μm,30~40μm,40~50μm,50~60μm,60~70μm,70~80μm,80~90μm或90~100μm。
在一些实施方案中,第一片状体的最大片径为1000μm以下,例如1~50μm,50~100μm,100~150μm,150~200μm,200~250μm,250~300μm,300~350μm,350~400μm或400~500μm。
在一些实施方案中,第二片状体的最大片径为1000μm以下,例如1~50μm,50~100μm,100~150μm,150~200μm,250~300μm,300~350μm,350~400μm或400~500μm。
在一些实施方案中,从三维的角度观察,片状体一个方向的尺寸比其他两个方向的尺寸小,即有一定的扁度或所谓的径厚比。径厚比是片状体最大片径与片厚度之比。优选地,片状体的径厚比>1,例如径厚比为1.1~2,2~3,3~4,4~5,5~6,6~7,7~8,8~9,9~10,11~12,12~13,13~14或14~15。
在一些实施方案中,片状体的最大片径是指片状体的片表面的最大外接圆直径。
在一些实施方案中,复合磁体是采用粉末冶金的方法获得的。
在一些实施方案中,复合磁体是采用热压金属粉末坯体(例如热压金属粉末的坯体,使金属粉末坯体发生变形)的方法获得的。
在一些实施方案中,复合磁体是采用热压热变形的方法获得的。
在一些实施方案中,所述复合磁体为块状复合磁体。块状复合磁体例如是在各方向上的尺寸都大于或等于1mm的复合磁体。
在一些实施方案中,复合磁体包括由第一片状体和第二片状体堆叠而成的块体。
在一些实施方案中,第一片状体与第二片状体彼此平行。
在一些实施方案中,第一片状体的周围分布有多个第二片状体。
在一些实施方案中,第二片状体的周围分布有多个第一片状体。
在一些实施方案中,所述第一片状体均匀地分布在所述复合磁体中。
在一些实施方案中,所述第二片状体均匀地分布在所述复合磁体中。
在一些实施方案中,第一片状体中含有:稀土永磁化合物晶体;第二片状体中含有:软磁相。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物晶体具有择优取向。
在一些实施方案中,择优取向的方向沿稀土永磁化合物晶体的易磁化方向。
在一些实施方案中,择优取向的方向沿稀土永磁化合物晶体的c轴方向。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物晶体的易磁化方向使晶体的c轴方向。
在一些实施方案中,所述复合磁体中含有第一稀土永磁化合物晶体和/或第二稀土永磁化合物晶体。
在一些实施方案中,如果没有特别说明,稀土永磁化合物晶体是指以下的一种或多种:一种或多种第一稀土永磁化合物晶体和一种或多种第二稀土永磁化合物晶体。
在一些实施方案中,第一稀土永磁化合物晶体与第二稀土永磁化合物晶体具有不同的组成。
在一些实施方案中,第一稀土永磁化合物含Sm,可选地,还含Co。
在一些实施方案中,第二稀土永磁化合物含Nd或Pr,可选地还含Fe和B。
在一些实施方案中,第一片状体中含有:一种或多种第一稀土永磁化合物晶体;第二片状体中含有:一种或多种第二稀土永磁化合物晶体。
在一些实施方案中,第一片状体中第一稀土永磁化合物晶体的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70%以上,例如80%以上,例如90%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,第二片状体中第二稀土永磁化合物晶体的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70%以上,例如80%以上,例如90%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,第一稀土永磁化合物晶体具有择优取向。
在一些实施方案中,第二稀土永磁化合物晶体具有择优取向。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物为符合下式的化合物:RxTyMz,其中R为一种稀土元素或至少两种稀土元素的组合,T为一种过渡金属元素或至少两种过渡金属元素的组合,M为一种选自IIIA、IVA和VA族的元素或至少两种选自IIIA、IVA和VA族的元素的组合,0<x≤5,0<y≤30,0≤z≤3。
在一些实施方案中,R为选自以下组的一种或多种:镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钇(Y)、钪(Sc)和MM(MM是混合稀土,其是稀土元素的混合物)中的一种或至少两种元素。
在一些实施方案中,R为选自以下组的一种或多种:Nd、Sm、Pr、Dy、La、Ce、Gd、Tb、Ho、Er、Eu、Tm、Yb、Lu、MM(MM是混合稀土,其是稀土元素的混合物)中的一种或至少两种元素。
在一些实施方案中,T为选自以下组的一种或多种:Fe、Co、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn和Cd中的一种或至少两种元素。
在一些实施方案中,M为选自以下组的一种或多种:B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Sb和Bi中的一种或至少两种元素。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物为金属间化合物。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物为符合下式的化合物:R1 x1T1 y1,其中R1为一种稀土元素或至少两种稀土元素的组合,T1为一种过渡金属元素或至少两种过渡金属元素的组合,0<x1<5,0<y1<30。
在一些实施方案中,过渡金属元素是铁族元素。
在一些实施方案中,R1为Sm或Sm与其它稀土元素(即除Sm外的其它稀土元素)的组合。
在一些实施方案中,T1为T1*或T1*与其它过渡金属元素(即除T1*外的其它过渡金属元素)的组合,T1*为选自以下组中的一种或多种:Co、Fe、Cu和Zr。
在一些实施方案中,T1为Co或Co与其它过渡金属元素(即除Co外的其它过渡金属元素)的组合。
在一些实施方案中,T1为选自以下组中的一种或多种:Co、Fe、Cu和Zr。
在一些实施方案中,x=1、2、3、4或5。
在一些实施方案中,y=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30。
在一些实施方案中,x1=1或2。
在一些实施方案中,y1=3、5、7或17。
在一些实施方案中,R1中Sm元素的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70wt%以上,例如80wt%以上,例如90wt%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,T1中Co元素的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70wt%以上,例如80wt%以上,例如90wt%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,每个R1 x1T1 y1各自独立地为:R1T1 7,R1T1 5,R1T1 3或R1 2T1 17
在一些实施方案中,每个R1 x1T1 y1各自独立地为:SmCo7,SmCo5,SmCo3,Sm2Co17
在一些实施方案中,稀土永磁化合物为符合下式的化合物:R2 x2T2 y2Mz2,其中R2为一种稀土元素或至少两种稀土元素的组合,T2为一种过渡金属元素或至少两种过渡金属元素的组合,M一种选自IIIA、IVA和VA族的元素或至少两种选自IIIA、IVA和VA族的元素的组合,0<x2<5,0<y2<30,0.5≤z2≤1.5。
在一些实施方案中,R2为R2*或R2*与其它稀土金属元素(即除R2*外的其它稀土元素)的组合,R2*为Nd、Pr或二者的组合。
在一些实施方案中,T2为T2*或T2*与其它过渡金属元素(即除T2*外的其它过渡金属元素)的组合,T2*为选自以下组中的一种或多种:Co、Fe、Cu和Zr。
在一些实施方案中,T2为Fe或Fe与其它过渡金属元素(即除Fe外的其它过渡金属元素)的组合。
在一些实施方案中,M为B或其它IIIA、IVA和VA族的元素(即除B外的IIIA、IVA和VA族的元素)的组合。
在一些实施方案中,R2为选自以下组的一种或多种:Nd,Pr,Dy,Tb和Ce。
在一些实施方案中,R2为选自以下组的一种或多种:Nd、Dy和Pr。
在一些实施方案中,T2为选自以下组中的一种或多种:Fe和Co。
在一些实施方案中,M为选自以下组中的一种或多种:Ga或B。
在一些实施方案中,R2中R2*元素的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70wt%以上,例如80wt%以上,例如90wt%以上,例如95wt%以上,R2*为Nd、Pr或二者的组合。
在一些实施方案中,R2中Nd元素的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70wt%以上,例如80wt%以上,例如90wt%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,R2中Pr元素的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70wt%以上,例如80wt%以上,例如90wt%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,R2中Nd和Pr元素的含量之和为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70wt%以上,例如80wt%以上,例如90wt%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,T2中Fe元素的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70wt%以上,例如80wt%以上,例如90wt%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,M中B元素的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70wt%以上,例如80wt%以上,例如90wt%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,x2=1、2、3、4或5。
在一些实施方案中,y2=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30。
在一些实施方案中,z2=0.5,1或1.5。
在一些实施方案中,x2=1~3,例如2。
在一些实施方案中,y2=12~16,例如14。
在一些实施方案中,z2=0.5~1.5,例如1
在一些实施方案中,R2 x2T2 y2Mz2为R2 2T2 14M。
在一些实施方案中,R1与R2具有不同的组成。
在一些实施方案中,T1与T2具有不同的组成。
在一些实施方案中,T1与T2具有相同的组成。
在一些实施方案中,第一稀土永磁化合物为符合下式的化合物:R1 x1T1 y1,其中R1为一种稀土元素或至少两种稀土元素的组合,T1为一种过渡金属元素或至少两种过渡金属元素的组合,0<x1<5,0<y1<30。
在一些实施方案中,第二稀土永磁化合物为符合下式的化合物:R2 x2T2 y2Mz2,其中R2为一种稀土元素或至少两种稀土元素的组合,T2为一种过渡金属元素或至少两种过渡金属元素的组合,M为一种选自IIIA、IVA和VA族的元素或至少两种选自IIIA、IVA和VA族的元素的组合,0<x2<5,0<y2<30,0.5≤z2≤1.5。
在一些实施方案中,R1中Sm元素的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70wt%以上,例如80wt%以上,例如90wt%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,T1中Co元素的含量为50wt%以上,例如60wt%以上,例如70wt%以上,例如80wt%以上,例如90wt%以上,例如95wt%以上。
在一些实施方案中,第一片状体基本不含有软磁相。
在一些实施方案中,第二片状体基本不含有稀土永磁化合物晶体。
在一些实施方案中,第一片状体基本不含有第二稀土永磁化合物晶体。
在一些实施方案中,第二片状体基本不含有第一稀土永磁化合物晶体。
在一些实施方案中,第一片状体基本不含有R2元素。
在一些实施方案中,第二片状体基本不含有R1元素。
在一些实施方案中,第一片状体中含有软磁相。
在一些实施方案中,第二片状体中含有软磁相。
在一些实施方案中,第一片状体中含有富稀土相。
在一些实施方案中,第二片状体中含有富稀土相。
在一些实施方案中,第一片状体中含有富M相。
在一些实施方案中,第二片状体中含有富M相。
在一些实施方案中,富稀土相是指稀土元素含量高于该稀土元素对应的稀土永磁化合物的相。例如富稀土相中稀土元素的摩尔含量为10%以上,例如20%以上,例如30%以上,例如40%以上,例如50%以上,例如60%以上,例如70%以上,例如80%以上,例如90%以上,例如95%以上,例如99%以上。
在一些实施方案中,富稀土相中,Nd、Pr或二者之组合的摩尔含量为10%以上,例如20%以上,例如30%以上,例如40%以上,例如50%以上,例如60%以上,例如70%以上,例如80%以上,例如90%以上,例如95%以上,例如99%以上。
在一些实施方案中,富稀土相中还含有一种或多种过渡金属元素。
在一些实施方案中,富稀土相中还含有一种或多种IIIA、IVA和VA族元素。
在一些实施方案中,第一片状体中含有无择优取向的稀土永磁化合物晶体。
在一些实施方案中,第二片状体中含有无择优取向的稀土永磁化合物晶体。
在一些实施方案中,复合磁体中第一片状体的含量为1~99wt%。例如10wt%~20wt%,20wt%~30wt%,30wt%~40wt%,40wt%~50wt%,50wt%~60wt%,60wt%~70wt%,70wt%~80wt%,或80~90wt%。
在一些实施方案中,复合磁体中第二片状体的含量为1~99wt%。例如10wt%~20wt%,20wt%~30wt%,30wt%~40wt%,40wt%~50wt%,50wt%~60wt%,60wt%~70wt%,70wt%~80wt%,或80~90wt%。
在一些实施方案中,第一片状体与第二片状体的质量比为0.1~10。例如0.1~0.2,0.2~0.3,0.3~0.4,0.4~0.5,0.5~0.6,0.6~0.7,0.7~0.8,0.8~0.9,0.9~1,1~2,2~3,3~4,4~5,5~6,6~7,7~8或9~10。
在一些实施方案中,所述复合磁体中,所述稀土永磁化合物晶体的含量为1~99wt%。例如10%~20%,20%~30%,30%~40%,40%~50%,50%~60%,60%~70%,70%~80%,或80~90%。
在一些实施方案中,所述复合磁体中,所述软磁相的含量为1~99wt%。例如10%~20%,20%~30%,30%~40%,40%~50%,50%~60%,60%~70%,70%~80%,或80~90%。
在一些实施方案中,所述第一片状体中,所述稀土永磁化合物晶体的含量为1~99wt%。例如10%~20%,20%~30%,30%~40%,40%~50%,50%~60%,60%~70%,70%~80%,或80~90%。
在一些实施方案中,所述第二片状体中,所述稀土永磁化合物晶体的含量为1~99wt%。例如10%~20%,20%~30%,30%~40%,40%~50%,50%~60%,60%~70%,70%~80%,或80~90%。
在一些实施方案中,所述第一片状体中软磁相的含量为1~99wt%。例如10%~20%,20%~30%,30%~40%,40%~50%,50%~60%,60%~70%,70%~80%,或80~90%。
在一些实施方案中,所述第二片状体中软磁相的含量为1~99wt%。例如10%~20%,20%~30%,30%~40%,40%~50%,50%~60%,60%~70%,70%~80%,或80~90%。
在一些实施方案中,所述第一片状体中含有一种或多种稀土永磁化合物晶体和一种或多种软磁相,稀土永磁化合物晶体和软磁相的质量比为0.1~10。例如0.1~0.2,0.2~0.3,0.3~0.4,0.4~0.5,0.5~0.6,0.6~0.7,0.7~0.8,0.8~0.9,0.9~1,1~2,2~3,3~4,4~5,5~6,6~7,7~8或9~10。
在一些实施方案中,所述第二片状体中含有一种或多种稀土永磁化合物晶体和一种或多种软磁相,稀土永磁化合物晶体和软磁相的质量比为0.1~10。例如0.1~0.2,0.2~0.3,0.3~0.4,0.4~0.5,0.5~0.6,0.6~0.7,0.7~0.8,0.8~0.9,0.9~1,1~2,2~3,3~4,4~5,5~6,6~7,7~8或9~10。
在一些实施方案中,如果未说明晶粒的形状,晶粒尺寸是指晶粒外接球的直径。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物晶体的晶粒尺寸为1~200nm。例如10~20nm,20~30nm,30~40nm,40~50nm,50~60nm,60~70nm,70~80nm,80~90nm,90~100nm,110~120nm,120~130nm,130~140nm,140~150nm,150~160nm,160~170nm,170~180nm,180~190nm,190~200nm。
在一些实施方案中,软磁相是晶体。
在一些实施方案中,软磁相的晶粒尺寸为1~200nm。例如10~20nm,20~30nm,30~40nm,40~50nm,50~60nm,60~70nm,70~80nm,80~90nm,90~100nm,110~120nm,120~130nm,130~140nm,140~150nm,150~160nm,160~170nm,170~180nm,180~190nm,190~200nm。
在一些实施方案中,软磁晶体相的晶粒尺寸为1~100nm。例如10~20nm,20~30nm,30~40nm,40~50nm,50~60nm,60~70nm,70~80nm,80~90nm,90~100nm。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物晶体包括以下一种或多种形状的晶粒:球状或类球状晶粒和片状晶粒。
在一些实施方案中,球状或类球状晶粒的晶粒尺寸为1~100nm,例如10~100nm,例如10~50nm,例如15~30nm,例如10nm,20nm,30nm,40nm,50nm,60nm,70nm,80nm,90nm。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物晶体包括片状晶粒。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物晶体的片状晶粒的平均厚度为1~100nm,例如10~20nm,20~30nm,30~40nm,40~50nm,50~60nm,60~70nm,70~80nm,80~90nm,90~100nm。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物晶体的片状晶粒的片直径为1~500nm,例如10~50nm,50~100nm,50~120nm,100~150nm,150~200nm,200~250nm,250~300nm,300~350nm,350~400nm,400~450nm,450~500nm。
在一些实施方案中,片状晶粒的厚度是指显微镜下片状晶粒截面的短轴尺寸。
在一些实施方案中,片状晶粒片直径是指显微镜下片状晶粒截面的长轴尺寸。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物晶体的片状晶粒的径厚比为1.5以上,例如1.5~2,2~3,3~4,4~5,5~6,6~7,7~8,8~9或9~10。
在一些实施方案中,按重量计,复合磁体包括:
第一稀土永磁化合物晶体10~100份;
第二稀土永磁化合物晶体10~100份;
可选地,还包括软磁相10~100份。
在一些实施方案中,按重量计,复合磁体包括:
第一稀土永磁化合物晶体10~100份,例如10~15份、25~20份、20~25份、25~30份、30~35份、35~40份、40~45份或45~50份。
第二稀土永磁化合物晶体10~100份,例如10~15份、25~20份、20~25份、25~30份、30~35份、35~40份、40~45份或45~50份。
在一些实施方案中,复合磁体还包括:软磁相10~100份,例如10~15份、25~20份、20~25份、25~30份、30~35份、35~40份、40~45份或45~50份。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物晶体在晶面指数(00L)的方向上有择优取向,L为1、2、3、4、5、6、7或8。
在一些实施方案中,稀土永磁化合物的晶粒的择优取向的方向平行于第一片状体或第二片状体的厚度方向。
在一些实施方案中,复合磁体中含有以下一种或多种:SmCo5型稀土永磁化合物、SmCo7型稀土永磁化合物、Nd2Fe14B型稀土永磁化合物和Pr2Fe14B型稀土永磁化合物。
在一些实施方案中,复合磁体中含有SmCo7型稀土永磁化合物,复合磁体的XRD图谱的衍射峰中,该化合物具有以下衍射峰强度之比:I(002)/I(111)≥0.4,例如I(002)/I(111)为0.4~0.6、0.6~0.8或0.8~1。
在一些实施方案中,复合磁体中含有Nd2Fe14B型稀土永磁化合物,复合磁体的XRD图谱中,该化合物的衍射峰具有以下衍射峰强度之比:I(004)/I(220)≥1,例如I(004)/I(220)为1~15,例如I(004)/I(220)为1~2,2~3,3~4,4~5,5~6,6~7,7~8,8~9,9~10,10~11,11~12,12~13,13~14或14~15,例如8.90,11.39,12.52,10.12,9.94,11.27,6.01,3.50或4.5。
在一些实施方案中,复合磁体中含有Pr2Fe14B型稀土永磁化合物,复合磁体的XRD图谱的中,该化合物衍射峰具有以下强度之比:I(004)/I(220)≥1,I(004)/I(220)为1~1.5、1.5~2、2~2.5、2.5~3、3~3.5、3.5~4、4~4.5或4.5~5。
在一些实施方案中,所述软磁相包括软磁金属单质或软磁合金。
在一些实施方案中,所述软磁相是晶体相。
在一些实施方案中,软磁金属单质为Fe、Co或Ni。
在一些实施方案中,软磁合金是包括以下一种或多种元素的合金:Fe、Co和Ni。
在一些实施方案中,软磁相包括以下一种或多种:α-Fe、Co、α-FeCo、Fe3B。
在一些实施方案中,“块状”是指复合磁体在所有方向上的尺寸都大于或等于1mm,例如大于或等于1.5mm,例如大于或等于2mm。
在一些实施方案中,复合磁体是热变形永磁体(Hot deformed magnet)。
在一些实施方案中,复合磁体是粉末冶金法制备的热变形永磁体。
本公开还提供一种复合磁体的制备方法,包括以下步骤:
i)获得第一前驱体粉末和第二前驱体粉末;
ii)将第一前驱体粉末和第二前驱体粉末混合至均匀,获得混合粉末;
iii)将混合粉末压制成坯体;
iv)对坯体进行热压,使坯体发生变形。
在一些实施方案中,步骤iv)包括:对坯体(或热压单元)进行热压,使坯体(或热压单元)发生变形,热压单元为坯体以及其内部放置有坯体的模具。
在一些实施方案中,所述第一前驱体粉末与第二前驱体粉末的质量比为0.1~10,例如0.1~0.2,0.2~0.3,0.3~0.4,0.4~0.5,0.5~0.6,0.6~0.7,0.7~0.8,0.8~0.9,0.9~1,1~2,2~3,3~4,4~5,5~6,6~7,7~8或9~10。
在一些实施方案中,热压过程中,平行于热压压力方向,热压单元存在中间温度高于两端温度的温度梯度。
在一些实施方案中,热压过程中,对坯体(或热压单元)平行于热压压力方向的两端进行冷却处理。
在一些实施方案中,在热压过程中,在坯体(或热压单元)变形前,先对坯体(或热压单元)进行加热,同时对该坯体(或热压单元)的两端进行冷却处理,使坯体(或热压单元)的中间温度达到热压温度,两端温度低于热压温度。
在一些实施方案中,热压温度为400~900℃,例如为500℃~650℃;
在一些实施方案中,坯体(或热压单元)的两端温度比热压温度低300~600℃,例如低100~200℃,例如低200~300℃,例如低300~350℃,例如低350~400℃,例如低400~450℃。
在一些实施方案中,坯体(或热压单元)的两端温度为100~400℃,例如100~200℃,例如200~300℃,例如300~400℃。
在一些实施方案中,坯体(或热压单元)变形的平均速度为0.05~5mm/s,例如0.05~0.1mm/s,例如0.1~0.2mm/s,例如0.2~0.3mm/s,例如0.3~0.4mm/s,例如0.4~0.5mm/s。
在一些实施方案中,热压过程中,热压温度为400~900℃,例如500~800℃,例如为500℃~650℃,更例如为600℃~650℃。热压温度是指热压单元中部的温度。
在一些实施方案中,热压过程中,坯体(或热压单元)的两端温度比热压温度低300~600℃,例如低300~500℃,更例如低350~450℃。
在一些实施方案中,热压过程中,坯体(或热压单元)的两端温度为100~400℃,例如为150~350℃,更例如为200~300℃。
在一些实施方案中,在所述热压变形的过程保持所述冷却处理。
在一些实施方案中,在坯体(或热压单元)受压变形的过程中,施加的最大热压压力为15~25吨,例如为16~22吨,再例如为18~20吨。
在一些实施方案中,在坯体(或热压单元)受压变形的过程中,热压单元的中间温度为热压温度,热压温度为500~800℃,例如为500℃~650℃,更例如为600℃~650℃,再例如640~650℃。
在一些实施方案中,热压包括升压的过程,当热压压力达到最大热压压力后,还继续保压。
在一些实施方案中,在坯体(或热压单元)受压变形的过程中,升压时间为5~80s,例如为15~60s,更例如为20~40s。
在一些实施方案中,坯体(或热压单元)的平均变形速率为0.1~1mm s-1,例如0.1~0.2mm s-1,0.2~0.3mm s-1,0.3~0.5mm s-1,0.5~0.7,0.7~0.9mm s-1mm s-1
在一些实施方案中,其中所述热压过程中,当热压压力达到最大热压压力后,还继续保温保压一段时间,保温保压时间为1~60s,例如为10~40s。
在一些实施方案中,所述保压压力例如为15~25吨,更例如为18~22吨,也可以与最大热压压力基本相同。
在一些实施方案中,热压变形后,坯体(或热压单元)的变形量(例如平行于热压压力方向的变形量)为30~90%,例如为30~50%,50~70%或70~80%。
在一些实施方案中,所述“变形量”为平行于压力方向的负变形量,即变形量=(a-b)/a,a和b分别是坯体(或热压单元)在热压变形前和变形后平行于压力方向的高度。
在一些实施方案中,坯体的密度为4~10g/cm3,例如为5~8g/cm3,更例如为6~7.2g/cm3
在一些实施方案中,热压过程中,热压温度从室温在45s内升至650℃,然后在15s内,热压温度从650℃降温到500℃,最后在500℃保温30s,结束热压变形;升温过程中,热压压力在热压温度升至650℃时达到最大热压压力为18吨,随后保持该最大热压压力至热压变形结束。坯体(或热压单元)平行于压力方向的变形量为80%。
在一些实施方案中,热压过程中,热压温度从室温在45s内升至580℃,然后在10s内从580℃降温到650℃,然后再经过5秒降到550℃,最后在550℃保温60s,结束热压变形;热压压力在温度升至580℃时达到10吨,之后随着热压温度从580℃升高到650℃过程中,热压压力由10吨升高到最大热压压力18吨,并保持此最大热压压力至热压变形结束。坯体(或热压单元)平行于压力方向的变形量为80%。
在一些实施方案中,采用电火花烧结系统或热模拟试验机对所述热压单元进行热压变形。
在一些实施方案中,通过在所述电火花烧结系统或热模拟试验机的两个电极中通冷却水,对坯体(或热压单元)平行于热压压力方向的两端进行冷却处理。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末的最大颗粒尺寸为10~200μm,例如1~50μm,50~100μm,75~125μm,100~150μm或150~200μm。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末的最大颗粒尺寸为10~200μm,例如1~50μm,25~75μm,50~100μm,100~150μm或150~200μm。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末和第二前驱体粉末的质量比为0.1~10。例如0.1~0.2,0.2~0.3,0.3~0.4,0.4~0.5,0.5~0.6,0.6~0.7,0.7~0.8,0.8~0.9,0.9~1,1~2,2~3,3~4,4~5,5~6,6~7,7~8或9~10。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末的最大颗粒尺寸为D1,第二前驱体粉末的最大颗粒尺寸为D2,混合粉末的最大颗粒尺寸为0.7D0~1.0D0(例如0.7D0~0.8D0,例如0.8D0~0.9D0,例如0.9D0~1.0D0),其中D0=max{D1,D2}。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末、第二前驱体粉末或二者通过破碎或研磨的方法获得。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末中各颗粒之间的成分分布基本均匀,且第二前驱体粉末中各颗粒之间的成分分布基本均匀。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末为选自以下组中的一种或多种:非晶粉末和纳米晶粉末。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末为选自以下组中的一种或多种:非晶粉末和纳米晶粉末。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末具有能够形成第一稀土永磁化合物的组成。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末具有能够形成第二稀土永磁化合物的组成。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末中含有以下元素中的一种或多种:稀土元素,过度金属元素,IIIA、IVA和VA族元素。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末中含有以下元素中的一种或多种:稀土元素,过度金属元素,IIIA、IVA和VA族元素。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末含有R1元素。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末含有R2元素。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末与第二前驱体粉末具有不同的组成。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R元素的非晶体,含R元素的纳米晶体。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R元素和T元素的非晶体,含R元素和T元素的纳米晶体。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R元素的非晶体,含R元素的纳米晶体。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R元素和T元素的非晶体,含R元素和T元素的纳米晶体。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R元素、T元素和M元素的非晶体,含R元素、T元素和M元素的纳米晶体。
在一些实施方案中,所述第一前驱体粉末具有能够形成所述第一片状体的组成。
在一些实施方案中,所述第二前驱体粉末具有能够形成所述第二片状体的组成。
在一些实施方案中,其特征在于以下一项或多项:
第一前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R1元素的非晶体,含R1元素的纳米晶体;
第二前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R2元素的非晶体,含R2元素的纳米晶体。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末、第二前驱体粉末或上述二者含有M元素。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末、第二前驱体粉末或上述二者,含有一种或多种稀土元素和一种或多种过渡金属元素。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末、第二前驱体粉末或上述二者,含有一种或多种稀土元素,一种或多种过渡金属元素和一种或多种IIIA、IVA和VA族元素。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末含有化学计量比为σ:τ的R元素和T元素;
σ=1~3,例如σ=1~2,例如σ=1;
τ=7~13,例如τ=7~12、7~11、7~10、7~9或7~8,再例如τ=11.8、10.8、9.9、9.9、9.7、9.7、8.0、7.8、7.8。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末中,R元素例如是R1元素,T元素例如是T1元素。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末含有化学计量比为
Figure BDA0001611348700000181
的R元素、T元素和M元素;
υ=8~15,例如8~14,例如8~13,例如8~12,例如8~11,例如8~10,例如8~9;例如9、14或14.3。
在一些实施方案中,
Figure BDA0001611348700000182
例如70~85,例如70~80,例如70~75;例如87、79.6或79.8。
在一些实施方案中,χ=3~7,例如3~6,例如3~5,例如3~4,例如5.6、5.7或6.2。
在一些实施方案中,第二前驱体中,R元素的含量大于11.8at%。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末中,T元素与R元素的原子比为7~10,例如8~10,例如9~10。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末中,T元素与R元素的原子比为5~7,例如5~6.5,例如5~6。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末中,R元素与M元素之比为2:2~3,例如2:2~2.5,例如2:2~2.3。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末中,R元素为R2元素,T元素为T2元素。
在一些实施方案中,按重量计,第一前驱体粉末中含有15~25份Sm元素,40~55份Co元素。可选地,第一前驱体粉末还含有20~35份Fe元素。可选地,第一前驱体粉末还含有1~5份其它过渡金属元素(例如Cu或Zr元素)。
在一些事实方案中,按重量计,第二前驱体粉末中含有20~35份Nd元素,60~80份Fe元素,0.5~1.5份B元素。可选地,第二前驱体粉末还含有1~5份其它过渡金属元素,例如Co元素。可选地,第二前驱体粉末还含有0.5~1.5份其它IIIA族金属元素,例如Ga元素。
在一些实施方案中,按重量计,第二前驱体粉末中含有20~35份Pr元素,60~80份Fe元素,0.5~1.5份B元素。可选地,第二前驱体粉末还含有1~5份其它过渡金属元素,例如Co元素。可选地,第二前驱体粉末还含有0.5~1.5份其它IIIA族金属元素,例如Ga元素。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末、第二前驱体粉末中或上述二者,由以下方法制备获得:
获得合金铸锭;
将合金铸锭破碎成粗粉末;
球磨粗粉末,获得前驱体粉末。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末、第二前驱体粉末或上述二者,由以下方法制备获得:
是采用熔体快淬法制备合金条带;
将合金条带破碎,获得前驱体粉末。
在一些实施方案中,模具为两端开口的圆筒体,圆筒体外壁的母线为内凹的曲线、直线或外凸的曲线。
在一些实施方案中,所述内凹的曲线或外凸的曲线为圆弧线或抛物线。
在一些实施方案中,所述圆筒体外壁的母线为内凹的曲线或外凸的曲线,曲线的弧度为30~50°,例如35~45°,例如40°。
在一些实施方案中,所述热压模具的内壁是直筒。
在一些实施方案中,所述热压模具的高度为5~20mm,例如6~10mm,例如为7~8mm。
在一些实施方案中,所述热压模具的内径为5~20mm,例如5~8mm,例如为6~7mm。
在一些实施方案中,所述热压模具的外径为5~20mm,例如6~10mm,例如为7~8mm或8~9mm。
在一些实施方案中,所述热压模具的最大外径为8~9mm,最小外径为7~8mm。
在一些实施方案中,所述热压模具的外径最大处与外径最小处的差值为0.1~1mm,例如0.4~0.6mm。
在一些实施方案中,其中所述模具的材质为金属,例如为高温合金,更例如为GH4169或GH2025高温合金钢。
在一些实施方案中,坯体为圆柱体。圆柱体的直径基本与模具内壁的直径相等。
在一个实施方案中,复合磁体的制备方法包括以下步骤的一步或多步:
1)将第一前驱体粉末和第二前驱体粉末混合;
2)将第一前驱体粉末和第二前驱体粉末的混合物模压成坯体;
3)将所述坯体装入模具,获得所述热压单元;
4)对所述热压单元进行所述热压变形;
可选地,5)对热压变形后的热压单元进行去应力处理。
在一些实施方案中,其中步骤1)所述混合为均匀混合。例如均匀混合至无明显分层。
在一些实施方案中,其中步骤1)采用研磨的方式对粉末进行混合。
在一个实施方案中,研磨的时间为200min以下,例如10~40min,例如40~80min例如80~120min例如120~160min,例如160~200min。
在一个实施方案中,研磨时施加的研磨压力为1MPa以下,例如0.01~1Mpa,例如0.01~0.1MPa,例如0.1~0.3MPa,例如0.3~0.5Mpa,例如0.5~0.8MPa。
在一些实施方案中,步骤1)的混合不是球磨混合。
在一些实施方案中,步骤1)的混合不是高能球磨混合。
在一些实施方案中,步骤1)的混合是“非破碎地”混合。非破碎地混合是指,混合过程中基本不破碎前驱体粉末的颗粒,或者基本不改变前驱体粉末的颗粒尺寸组成。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末和第二前驱体粉末的混合物中粉末的最大粒径为约60~200μm,例如60~80μm、80~100μm、100~120μm、120~150μm或150~200μm。
在一些实施方案中,本公开方法不包括其它实质性影响复合磁体性能的步骤。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末包括:采用高能球磨制备含有α-FeCo晶体和含Sm元素和Co元素的非晶体相的粉末。
在一些实施方案中,第一前驱体粉末按如下方法获得:将含稀土元素和过渡金属元素的原料(例如Sm块,Co块,Fe块,Cu块和Zr块)铸成铸锭,随后将该铸锭破碎,然后在氩气保护的手套箱中装入球磨罐进行球磨。
优选地,球磨的球料比为15~25:1。优选地球磨的时间为3.5-4.5h。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末按如下方法获得:采用熔体快淬法制备含有稀土元素和过渡金属元素的纳米晶条带(例如含富Nd相的Nd2Fe14B纳米晶条带),并将条带破碎。
在一些实施方案中,第二前驱体粉末按如下方法获得:采用熔体快淬法制备含有R2元素,T2元素和M元素的非晶体。可选地,第二前驱体粉末中R2元素的含量小于11.8at%,例如为8~11at%,再例如为8~10at%。
在一些实施方案中,熔体快淬法包括甩带的方法。优选地,熔体快淬法的熔体温度:1300~1500℃,辊速:15-26m/s。
在一些实施方案中,将两种粉末混合并研磨至二者混合均匀,再通过液压机压成圆柱形坯体,坯体直径为6mm,高度为2mm,将若干块所述坯体装进模具就构成了用于进行热压变形的热压单元。
在一些实施方案中,使用热模拟试验机(美国DSI科技联合公司研发的Gleeble3800)对坯体(或热压单元)进行热压变形,如图7所示。图7中,1为测温电偶,2为硬质合金,3为压头,4为固定端,5为热压单元,6为活动端。P表示压力,箭头为压力方向。
在一些实施方案中,在变形开始前,首先在试验机自带的沿轴向做相对移动的两个压头3的顶端的设置硬质合金2,将热压单元5夹持固定,通过施加轴向压力P使可活动端6向固定端4移动,促使坯体(或热压单元)5在轴向力的作用下变形。在所述热压变形前对热压单元5进行加热,加热过程是通过改变热模拟试验机对热压单元5输入电流的大小并同时利用热压单元5自身的电阻使其发热实现的,并达到相应的热压温度。同时,在试验机的活动端6和固定端4上分别通入冷却水,使得该热压单元的两端以一定的冷却效率进行冷却处理,导致热压单元5中间部分的温度在热压过程中达到热压温度,热压单元5的两端温度低于热压温度,从而形成温度梯度。在热压单元外壁的1/2高度处设置测温电偶1,将该处测得的温度定义为热压温度。在硬质合金2处也设置测温电偶(图中未示出),以此来测量热压单元两端的温度。
在一些实施方案中,在热压过程中,针对含有α-FeCo晶体和含Sm元素和Co元素的非晶体相末和富Nd相的Nd2Fe14B纳米晶粉末组成的混合粉末,热压温度从室温在45s内升至650℃,然后在15s内从650℃降温到500℃,最后在500℃保温30s。热压压力逐渐增大,在热压温度升至650℃时热压压力达到最大压力为18吨,并保持此压力至变形结束。
在一些实施方案中,热压过程中,热压温度是从室温在45s内升至580℃,然后在10s内从580℃降温到650℃,然后再经过5秒降到550℃,最后在550℃保温60s。热压压力在温度为580℃时达到10吨,之后随着温度从580℃升高到650℃中,压力由10吨升高到最大值18吨,并保持此压力至变形结束。
在一些实施方案中,本公开方法制备获得的复合磁体是本公开的任一个复合磁体。
本公开提供一种复合磁体,复合磁体由本公开的方法制备获得。
本公开提供一种复合磁体。
在一些实施方案中,复合磁体包括层叠的第一片状体和第二片状体。
在一些实施方案中,第一片状体中含有以下一种或多种:一种或多种稀土永磁化合物晶体和一种或多种软磁相。
在一些实施方案中,第二片状体中含有以下一种或多种:一种或多种稀土永磁化合物晶体和一种或多种软磁相;第二片状体与第一片状体具有不同的组成。
在一些实施方案中,“周围”、“约”或“近似”通常表示给定的值或范围的20%的偏差以内,优选地10%的偏差以内,更优选地5%的偏差以内。在此给出的数量是近似值,其隐含着术语“左右”、“大约”或“近似”(如未明确表述此类术语的话)。“基本不含”通常表示含量在10%以下,例如5%以下,例如1%以下,例如0.1%以下。“基本相同”通常表示偏差在10%以下,例如5%以下,例如1%以下,例如0.1%以下。
在一些实施方案中,“一个”或“一种”描述本公开的要素和组成。这仅是为了简便起见和给出本公开的普通含义。除非通过其它方式清楚表现其含义,否则这种描述应理解为包括一个或至少一个,而且单数同时还包括复数。
在一些实施方案中,术语“中点”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为便于描述本公开和简化描述,而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作,因而不能理解为对本公开保护内容的限制。
在一些实施方案中,复合磁体是指包括多种磁相(magnet phrase)的磁体,磁相是硬磁相或软磁相。
在一些实施方案中,“热压温度”是指热压过程中的最高温度。
在一些实施方案中,“纳米尺度”、“纳米级”、“纳米的”、“纳米”表示1~1000nm,例如1~800nm,例如1~500nm,例如1~300nm,例如1~200nm,例如1~150nm,例如1~100nm,例如1~80nm,例如1~50nm,例如1~30nm,例如1~10nm。
在一些实施方案中,非晶粉末是指粉末颗粒的结构为非晶。
在一些实施方案中,纳米晶粉末是指粉末颗粒中含有纳米晶体。
在一些实施方案中,术语富稀土相是指与稀土永磁化合物相比稀土元素的比率更高的相。富稀土相不限于是单质,也不限于仅含稀土元素。富稀土相可以是合金化合物,例如Nd-Ga相,Nd-Fe相等。
在一些实施方案中,“硬磁相”是指可以通过施加磁场而被永久磁化的相。
在一些实施方案中,当材料的矫顽磁性大于1千安培/米(kA/m)时,可以将材料描述为是硬磁的。
在一些实施方案中,“软磁”指可以被磁化但当磁化场移除时不趋向于保持磁化的相。
在一些实施方案中,当材料的矫顽磁性不大于1千安培/米(kA/m)时,可以将材料描述为是软磁的。
在一些实施方案中,硬磁与永磁的含义相同。
在一些实施方案中,A-B-C表示含有A、B和C元素,对其中A、B和C元素的比例没有限制。例如Nd-Fe-B表示含有Nd、Fe和B元素,对其中Nd、Fe和B的比例没有限制。
在一些实施方案中,R、T或M各自独立地为一种或多种元素。例如,RT5表示R代表的元素或元素组合与T代表的元素或元素足以的摩尔比为1:5。
在一些实施方案中,α-FeCo表示含有α-Fe的铁钴合金,其中钴含量为1~99wt%。
在一些实施方案中,“变形量”为平行于压力方向的负变形量。在一个实施方案中,变形量=(l0-l)/l0,l0和l分别是坯体(或热压单元)在热压变形前和变形后平行于压力方向的高度。
在一些实施方案中,本公开所述永磁材料在至少一个方向上具有本公开所述磁性能,包括最大磁能积、饱和磁化强度、剩余磁化强度、剩磁比或内禀矫顽力中的一种或多种。
在一些实施方案中,本公开磁性能检测的样品尺寸为直径1mm高1mm的圆柱体。磁性能检测方法参照X.H.Li,et al,Adv.Mater.29,1606430(2017)。
在一些实施方案中,所述内禀矫顽力(符号:Hin),单位:奥斯特(Oe),1Oe=1000/4πA/m,1kOe=1000Oe。
在一些实施方案中,饱和磁化强度(符号:4πMs),单位Gs,1Gs=103A/m。
在一些实施方案中,剩余磁化强度(简称剩磁,符号:4πMr),单位Gs,1Gs=103A/m,1kGs=1000Gs。(单位Gs也可以简写为G;kGs可简写为kG)
在一些实施方案中,剩磁比是指剩余磁化强度与饱和磁化强度的比值,即Mr/Ms。
在一些实施方案中,最大磁能积(符号:BHmax),单位:MGOe,1MGOe=100/4πkJ/m3
在一些实施方案中,矫顽力温度系数是指由于温度的变化而引起的内禀矫顽力的相对变化与温度变化之比,用下面公式表达:
Figure BDA0001611348700000251
式中:
α(HcJ)为内禀矫顽力的温度系数,单位为%/K;
T1为基础问题,单位为K;
T2为温度变化的上限温度,单位为K;
HcJ(T1)为温度T1时的内禀矫顽力,单位为安每米(A/m)
HcJ(T2)为温度T2时的内病矫顽力,单位为安每米(A/m)。
在一些实施方案中,根据原料中软磁粉末和永磁粉末的重量百分数计算永磁材料中稀土元素的原子百分数,如果二者出现不一致的情况,以原料中软磁粉末和永磁粉末的重量百分数为准。
除非特别说明,检测、制备等步骤在常温常压下进行。
在一些实施方案中,除非特别说明,化学式中的下角标表示原子数或摩尔数。
在一些实施方案中,除非特别说明,材料性能检测方法参照中国国家标准或国际电工委员会(IEC)标准。
在一些实施方案中,混合粉末的颗粒尺寸(particle size)通过过筛法和扫描电子显微镜观察法确定。
在一些实施方案中,多个指两个或两个以上。
在一些实施方案中,术语“片状体(palte-shaped bodies)”表示扁平薄板(flatthin pieces)、碎片(chips)、“小板(platelets)”或“小片(pellets)”。
在一些实施方案中,复合磁体内第一片状体与第二片状体的分布的位置在宏观上是随机的。
在一些实施方案中,一个第一片状体的全部层叠在一个第二片状体上。在一些实施方案中,一个第二片状体的全部层叠在一个第一片状体上。在一些实施方案中,一个第一片状体的部分层叠在一个第二片状体上。在一些实施方案中,一个第二片状体的部分层叠在一个第一片状体上。在一些实施方案中,一个第一片状体层叠在一个或多个第二片状体上。在一些实施方案中,一个第二片状体层叠在一个或多个第一片状体上。
本公开的有益效果包括以下一项或多项:
发明人发现,一些稀土永磁化合物,如Nd(Pr)-Fe-B型稀土永磁化合物,最大磁能积较高,但其居里温度较低(约400℃),不适合高温使用;一些稀土永磁化合物,如Sm-Co型稀土永磁化合物,具有高的居里温度(约820℃)和热稳定性,适合应用于高温领域,但其饱和磁化强度和最大磁能积低于Nd-Fe-B型磁体;一些软磁磁体(例如Fe、Co、Ni、α-FeCo)具有较高的剩磁和较高的居里温度(约930℃),但其矫顽力较低。
发明人意识到,若将不同性质的磁体复合,可能能够获得综合性能较好的复合磁体。
然而在实验中,发明人发现,不具有“片层堆叠结构”的复合磁体(例如对比例1的复合磁体)的最大磁能积仅为3.5MGOe。
发明人出人意料地发现,实施例1~9的复合磁体具有较好的综合性能。例如该复合磁体能够同时具有较高磁性能和热稳定性。
发明人还发现,实施例1~9的复合磁体虽然具有较低的Nd(Pr)-Fe-B型稀土永磁体含量,较高的Sm-Co型稀土永磁体含量和较高的软磁相含量的情况下,仍然具有较高的最大磁能积。
发明人还发现,复合磁体中添加纳米尺寸的软磁相,能进一步提高该磁体的综合性能。
发明人还发现,热压单元的变形速率为0.1~1mm/s,能进一步提高复合磁体的综合性能。
发明人还发现,热压温度为400~900℃,例如500~800℃,例如为500℃~650℃,更例如为600℃~650℃,能进一步提高复合磁体的综合性能。
发明人还发现,将部分Nd元素用Dy元素取代,能够提高复合磁体的以下一项或多项性能:磁晶各向异性,矫顽力,温度稳定性。
本公开的复合磁体及其制备方法具有以下一项或多项有益效果:
1.复合磁体中软磁相含量较高,稀土含量较低,成本较低;
2.复合磁体的耐腐蚀性较好;
3.复合磁体具有较强的各向异性;
4.复合磁体在两个相互垂直的方向上的剩磁之比较高;
5.复合磁体具有高居里温度Tc
6.复合磁体具有较低的矫顽力温度系数绝对值;
7.复合磁体具有较高的内禀矫顽力;
8.复合磁体具有较高的最大磁能积;
9.复合磁体的制备方法简单,制备周期短,易于实现,适合商业化应用。
以上任一项有益效果可以归功于本公开记载的任一项技术特征和技术方案。
附图说明
图1为复合磁体的微观结构示意图;
图2为复合磁体的能谱面扫照片;
图3为一个例子的第二前驱体粉末的投射电子显微镜(TEM)照片;
图4为一个例子的第二前驱体粉末的X射线衍射(XRD)图谱;
图5为又一个例子的第二前驱体粉末的投射电子显微镜(TEM)照片;
图6为一个模具的侧视图和俯视图;
图7为一个热模拟试验机的示意图;
图8为一个复合磁体在平行于热压压力方向和垂直于热压压力方向的磁滞回线;
图9为一个复合磁体的垂直于热压压力方向的面的X射线衍射(XRD)图谱及典型衍射角区域的拟合图;
图10为一个复合磁体的透射电子显微镜(TEM)照片,其中,A为同时存在第一片状体和第二片状体的高倍明场相,B第一片状体区域的高倍明场相,D为第二片状体区域的高倍明场像,C为第一片状体和第二片状体交界区域的高倍明场像,B和D中的插图为相应的选区电子衍射花样;
图11为又一个复合磁体的透射电子显微镜(TEM)照片,其中,A为同时存在第一片状体和第二片状体的高倍明场相,B第一片状体区域的高倍明场相,C为第二片状体区域的高倍明场像,B和C中的插图为选区电子衍射花样;
图12为又一个复合磁体的透射电子显微镜(TEM)照片,其中,A为同时存在第一片状体和第二片状体的高倍明场相,B第一片状体区域的高倍明场相,C为第二片状体区域的高倍明场像,B和C中的插图为选区电子衍射花样。
具体实施方式
下面将结合实施例对本公开的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本公开,而不应视为限定本公开的范围。
以下实施例的测试项目、实验仪器、关键测试参数如下表1所示:
表1
Figure BDA0001611348700000281
Figure BDA0001611348700000291
实施例1
采用Sm块20.54g,Co块48.81g,Fe块25.96g,Cu块2.96g和Zr块1.73g混合,进行真空氩弧熔炼,获得成分为Sm20.54Co48.81Fe25.96Cu2.96Zr1.73(wt.%)的铸锭100g。将该铸锭破碎至最大颗粒尺寸为约100μm的粉末(即粉末通过150目筛,且通过扫描电镜观察确定最大颗粒尺寸为约100μm)。对将该粗粉末进行高能球磨,球磨时间为4.5h,球料比为20:1,获得第一前驱体粉末。第一前驱体粉末含有α-FeCo晶体和Sm-Co非晶体相。
将Nd块30.7g、Fe块59.45g、Fe-B(其中B含量为19.22wt%,Fe含量为80.12wtwt%)块4.89g、Co块1.575g、Ga块0.175g混合,进行真空氩弧炉熔炼,获得成分为Nd30.7Fe63.36Co4.5Ga0.5B0.94(wt.%)的铸锭100g。再采用熔体快淬技术将铸锭甩成条带,熔体快淬工艺如实施例1。将获得的条带再用研钵于氩气氛围下研磨粉碎到最大颗粒尺寸为约50μm的粉末(即粉末通过300目筛,且通过扫描电镜观察确定最大颗粒尺寸为约50μm),即获得第二前驱体粉末。第二前驱体粉末中含有Nd2Fe14B晶体和富Nd相。
按照质量比为65:35,称量6.5g第一前驱体粉末和3.5g的第二前驱体粉末粉,将上述两种粉末至于研钵里,人工研磨20min至二者均匀混合,获得混合粉末。混合粉末的最大颗粒尺寸为约100μm(即粉末通过150目筛,且通过扫描电镜观察确定最大颗粒尺寸为约100μm)。通过液压机将均匀混合后的粉末压成坯体,块体密度为6.8g/cm3,直径为6mm,高为2mm,并将所述坯体装进模具形成热压单元。用热模拟试验机对所述热压单元进行热压变形,得到复合磁体。
图6为实施例1的模具的剖面图和俯视图。模具为两端开口的圆筒体。圆筒体高度为8mm。圆筒体内直径为6.20±0.02mm。圆筒体外壁的母线为内凹的曲线,曲线弧度为40.1°。圆筒体的外壁具有渐变的外径,最大外径为8.00mm,最小外经为7.60±0.02mm。圆筒体的壁厚为约1.4~1.8mm。圆筒体的材质为GH4169高温合金钢。将一个或多个坯体置入模具中,堆叠为高度与模具高度一致。
图7为热模拟试验机(美国DSI科技联合公司的Gleeble 3800)的示意图。如图7所示。在变形开始前,热模拟试验机沿轴向包括活动端6和固定端4,活动端6和固定端4上各设置有1个压头3。在两个压头3的端部分别设置两块硬质合金2,将热压单元5夹持固定在两块硬质合金2之间。热压过程中,通过施加轴向压力P使可活动端6向固定端4移动,促使坯体(或热压单元)5在轴向力的作用下变形。热压过程中,在加压前先对热压单元5进行加热。通过热模拟试验机对热压单元5输入电流,利用热压单元5自身的电阻实现对热压单元5的加热。通过调节电流大小,达到相应的热压温度。加热的同时,在活动端6和固定端4处分别通入冷却水,使坯体(或热压单元)5的两端温度低于热压温度,即形成温度梯度。在热压单元的1/2高度处和两个硬质合金2处分别设置测温电偶1,以此来分别测量热压单元5的中间温度及两端的温度。以热压单元5的中间处的温度为热压变形的温度。
热压变形参数:热压过程中,热压温度从室温在45s内升至650℃,然后在15s内,热压温度从650℃降温到500℃,最后在500℃保温30s,结束热压变形;升温过程中,热压压力在热压温度升至650℃时达到最大热压压力为18吨,随后保持该最大热压压力至热压变形结束。坯体(或热压单元)平行于压力方向的变形量为80%。热压过程中,两端温度为50-200℃,两端温度与中间温度的差值为100-400℃,平均变形速率为多少0.2mm s-1。热压变形后,获得复合磁体为厚度约2mm,直径约为13mm的圆形饼状物。
复合磁体平行于热压压力方向的磁性能如下:最大磁能积为30MGOe,内禀矫顽力为5.8kOe,剩磁为12.7kG,饱和磁化强度为13.9G,其沿轴向压力方向具有较高的剩磁比为0.92。
图1示出实施例1的复合磁体的多层层叠结构的示意图。如图1所示,复合磁体中包括层叠的第一片状体和第二片状体。第一片状体厚度约为35μm,成分包括SmCo7晶体、α-FeCo晶体和SmCo3晶体(图中未示出)。第二片状体厚度约为5μm,成分包括Nd2Fe14B晶体。第一片状体中,SmCo7晶体的晶粒和α-FeCo晶体的晶粒的平均粒径均为约11nm。第二片状体中,Nd2Fe14B晶体的晶粒为片状,在垂直于片状晶粒厚度方向上该晶粒的晶粒尺寸为75nm,在沿片状晶粒厚度方向上该晶粒的晶粒尺寸为25nm。图中的箭头P表示热压压力方向。图中的箭头C-axis表示第一片状体和第二片状体中的稀土永磁化合物晶体的晶粒的C轴方向。图中的分布在晶体中小箭头表示晶粒择优取向的方向。
图2示出实施例1的复合磁体垂直于热压压力方向的面的能谱面扫(EDS maping)图。图中示出明显的分层结构。第一片状体主要含Sm和Co元素,具体地,第一片状体中含有Sm-Co型稀土永磁化合物晶体和α-FeCo软磁相。第二片状体主要含Nd和Fe元素,具体地,第二片状体中含有Nd2Fe14B稀土永磁化合物晶体。从上至下依次是第一片状体、第二片状体、第一片状体、第二片状体和第一片状体的截面。第一片状体的厚度约为10~40μm。第二片状体的厚度约为5~10μm。第一片状体中基本不含Nd元素,第二片状体中基本不含Sm元素。如图2所示,第一片状体具有径厚比1.5~7,第二片状体具有径厚比6~13。
结合图1和图2可知,第一前驱体粉末的颗粒和第二前驱体粉末颗粒在随坯体(或热压单元)变形,分别变形为第一片状体和第二片状体。下面通过计算推断第一片状体和第二片状体的最大外径。假设第一前驱体粉末的颗粒是粒径≤100μm的球形颗粒,该球形颗粒的体积为523600μm3,该球形颗粒平行于热压压力方向压缩变形80%后,获得的片状体最大片径≤(523600÷20÷3.14)1/2×2=183μm。假设第二前驱体粉末的颗粒是粒径≤50μm的球形颗粒,该立方体颗粒的体积为65450μm3,该球形颗粒平行于热压压力方向压缩变形80%后,获得的片状体最大片径≤(65450÷12.5÷3.14)1/2×2=82μm。由以上计算推导可知,第一片状体的最大片径≤183μm,第二片状体的最大片径≤82μm。
图3示出实施例1的第二前驱体粉末的TEM照片。第二前驱体粉末包括:含富Nd相的Nd2Fe14B晶体。该晶体的平均晶粒尺寸为约55nm。
图4示出实施例1的第二前驱体粉末的XRD图谱。该图谱中的衍射峰显示存在符合Nd2Fe14B晶体结构的相。
图8为实施例1的复合磁体在平行于热压压力方向(//P)和垂直热压压力方向(⊥P)的磁滞回线。图8示出,复合磁体平行于热压压力方向的磁性能明显好于其在垂直于热压压力方向的磁性能。例如,平行于热压压力方向最大磁能积(30MGOe)减去垂直于热压压力方向的最大磁能积(8.6MGOe)为21.4MGOe,再例如,平行于热压压力方向的矫顽力(5.8kOe)与垂直于热压压力方向的矫顽力(3.8kOe)之比为1.5。因此,实施例1的复合磁体具有很强的磁各向异性。
图9示出复合磁体垂直于热压压力方向的面的XRD图谱。
图9的A中,P表示热压压力方向,箭头表示X射线的入射方向和衍射方向。图9的A示出,复合磁体包括:SmCo7相,Nd2Fe14B相,α-FeCo相和的SmCo3相。XRD图谱中没有发现其它的相。通过Highscore软件计算得出,SmCo7相,Nd2Fe14B相,α-FeCo相和的SmCo3相的含量分别为28.1wt%、35wt%、25.7wt%和11.2wt%。
图9的B是A的区域1的部分衍射角度的局部放大图,该部分主要对应Nd2Fe14B相。对图9的B进行分峰拟合后,结果显示,Nd2Fe14B相(004)和(220)衍射强度之比为I(004)/I(220)=890%,该比值高于标准卡片记载的标准卡片ICSD:067224记载的各向同性的Nd2Fe14B的相应衍射峰强度之比(I(004)/I(220)=68%)。
图9的C是A的区域2的部分衍射角度的局部放大图,这部分主要对应SmCo7相。对图9的C进行分峰拟合后,结果显示SmCo7相的(002)和(111)衍射峰强度之比为I(002)/I(111)=86.6%,该比值高于标准卡片记载的标准卡片ICSD:168273记载的各向同性的SmCo7的相应衍射峰峰强之比(I(002)/I(111)=30%)。
已知(00L)方向是SmCo7和Nd2Fe14B的易磁化方向(L为正整数,例如L=2或6),因此,第一片状体和第二片状体中的稀土永磁化合物晶体在晶粒的易磁化方向上有择优取向。
图10为实施例1的复合磁体的TEM图片。如图10的A所示,在大的视野下,可以明显的看出该磁体的结构为两个结构不同的片状区域交替层叠而成。
图10的B、C和D分别放大了图10的A的三个区域。C中可以观察到B和D量个区域的分界线,分界线上方示出区域B的片状晶粒,分界线下方示出区域D的粒状晶粒。
如图10的B所示,在复合磁体的一个平均厚度为5μm的片状区域内,主要含典型的片状晶粒。片状晶粒沿厚度方向平均尺寸为25nm,垂直于厚度方向平均尺寸为75nm。图10的B右上角的插图为选区电子衍射图,图中示出明显的、断断续续的亮斑。通过晶体学分析可知,片状晶粒为,即Nd2Fe14B相,亮斑为Nd2Fe14B相的(002)晶面的衍射加强点,这说明了复合磁体中的Nd2Fe14B晶体具有较强的沿[00L]方向的织构(也称择优取向),并且该织构(择优取向)的方向与热压压力的方向平行。
如图10的D所示,区域D主要含有粒状晶粒。粒状晶粒的晶粒尺寸平均为11nm。D的右上角为选区电子衍射花样。通过相应的选区衍射,发现粒状晶粒为SmCo相和α-FeCo相,同时在选区电子衍射的衍射环上发现明显的加强点,计算后确认为SmCo7相的(002)晶面的衍射斑点,这进一步说明了在所制备的多层异质纳米复合磁体中的SmCo/α-FeCo层同样具有平行于热压压力方向的织构。这些结果与前面的性能和XRD分析一致。
实施例2
将Sm块20.54g,Co块48.81g,Fe块25.96g,Cu块2.96g和Zr块1.73g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Sm20.54Co48.81Fe25.96Cu2.96Zr1.73(wt.%)的100g铸锭。将该铸锭破碎至破碎至最大颗粒尺寸为约100μm的粗粉末,然后对该粗粉末进行高能球磨,球磨时间为4.5h,球料比为20:1,球磨后获得第一前驱体粉末。第一前驱体粉末含有α-FeCo晶体和含Sm元素和Co元素的非晶体相。
将Nd块30.7g、Fe块59.45g、Fe-B(其中B占有19.22wt%,Fe为80.12wt%)块4.89g、Co块4.5g、Ga块0.5g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Nd30.7Fe63.36Co4.5Ga0.5B0.94(wt.%)的100g铸锭。再采用熔体快淬技术将铸锭甩成条带,熔体快淬工艺如实施例1,并将获得的条带再用研钵于氩气氛围下研磨粉碎到最大颗粒尺寸为约50μm,获得第二前驱体粉末。第二前驱体粉末含有Nd2Fe14B晶体和富Nd相。
按照质量比为50:50,称量5g第一前驱体粉末和5g的第二前驱体粉末混合并研磨至二者混合均匀,获得混合粉末;再通过液压机将混合粉末压成坯体,并将所述坯体装进模具(同实施例1)形成热压单元;采用热模拟试验机(同实施例1)对坯体(或热压单元)进行热压变形,热压变形参数同实施例1,得到复合磁体。
通过TEM分析,复合磁体包括层叠的第一片状体和第二片状体。第一片状体和第二片状体层叠后的总厚度为35μm。第二片状体平均厚度为约10μm。第一片状体平均厚度为约25μm。第一片状体中含有SmCo7和α-FeCo晶体,SmCo7和α-FeCo晶体的晶粒尺寸为均为12nm。第二片状体中含有Nd2Fe14B晶体,Nd2Fe14B晶体中含有片状晶粒,该晶粒在垂直于厚度方向上的平均晶粒尺寸为100nm,在沿厚度方向上的平均晶粒尺寸为约28nm。
复合磁体平行于热压压力方向的磁性能如下,最大磁能积为31.2MGOe,内禀矫顽力为6.4kOe,剩磁为12.6kG,饱和磁化强度为13.7kG,剩磁比为0.92。
从磁性能上看,复合磁体在平行于热压压力方向的磁性能明显好于其在垂直于热压压力方向的磁性能,平行于热压压力方向最大磁能积(31.2MGOe)减去垂直于热压压力方向的最大磁能积(8MGOe)为23.2MGOe,平行于热压压力方向的剩磁(12.6kG)与垂直于热压压力方向的剩磁(7.4kG)之比为1.7。
对复合磁体的XRD图谱进行分峰拟合并计算了各相的含量,各相的含量分别是:SmCo7为23wt%、Nd2Fe14B为50wt%、α-FeCo为20wt%、SmCo3为7wt%。SmCo7相的衍射峰强度I(002)/I(111)=80%,高于标准卡片记载的各向同性磁体所对应晶面衍射峰强度之比(30%),Nd2Fe14B相的衍射峰强度I(004)/I(220)=1139%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(68%)。该复合磁体中软磁相质量含量为20%。
实施例3
将Sm块19.23g,Co块47.68g,Fe块28.69g,Cu块2.77g和Zr块1.6g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Sm19.23Co47.68Fe28.69Cu2.77Zr1.6(wt%)的100g铸锭。将该铸锭破碎至破碎至最大颗粒尺寸为约100μm的粗粉末,然后对该粗粉末进行高能球磨,球磨时间为4.5h,球料比为20:1,球磨后获得第一前驱体粉末,第一前驱体粉末含有α-FeCo晶体和含Sm、Co元素的非晶体相;
将Nd块30.7g、Fe块59.45g、Fe-B(其中B占有19.22wt%,Fe为80.12wt%)块4.89g、Co块4.5g、Ga块0.5g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Nd30.7Fe63.36Co4.5Ga0.5B0.94(wt.%)的100g铸锭,再采用熔体快淬技术将铸锭甩成条带,熔体快淬工艺如实施例1,并将获得的条带再用研钵于氩气氛围下研磨粉碎到最大颗粒尺寸为约50μm,即获得第二前驱体粉末。第二前驱体粉末含有Nd2Fe14B晶体和富Nd相。
按照质量比为50:50,称量5g第一前驱体粉末和5g的第二前驱体粉末混合并研磨至二者混合均匀,获得混合粉末;再通过液压机将混合粉末压成坯体,并将所述坯体装进模具(同实施例1)形成热压单元;采用热模拟试验机(同实施例1)对坯体(或热压单元)进行热压变形,热压变形参数同实施例1,得到复合磁体。
通过TEM分析,复合磁体包括层叠的第一片状体和第二片状体。第一片状体和第二片状体层叠后的总厚度为37μm。第一片状体平均厚度为约30μm。第一片状体中含有SmCo7晶体和α-FeCo晶体,SmCo7晶体和α-FeCo晶体的晶粒尺寸为均为14nm。第二片状体平均厚度为约7μm。第二片状体中含有Nd2Fe14B晶体。Nd2Fe14B晶体中含有片状晶粒,该晶粒在垂直于厚度方向上的平均晶粒尺寸为约85nm,在沿厚度方向上的平均晶粒尺寸为约29nm。
复合磁体平行于热压压力方向的磁性能如下:最大磁能积为24MGOe,内禀矫顽力为5.0kOe,剩磁为12.4kG,饱和磁化强度为13.9kG,剩磁比为0.89。
从磁性能上看,复合磁体平行于热压压力方向的磁性能明显好于其在垂直于热压压力方向的磁性能。复合磁体在平行于热压压力方向最大磁能积(24MGOe)减去垂直于热压压力方向的最大磁能积(6MGOe)为18MGOe,平行于热压压力方向的剩磁(12.4kG)与垂直于热压压力方向的剩磁之比为1.82。
对复合磁体的XRD图谱进行分峰拟合并计算了各相的含量,各相的含量分别是SmCo7为18wt%、Nd2Fe14B为50wt%、α-FeCo为27wt%、SmCo3为5wt%,SmCo7相的衍射峰强度之比I(002)/I(111)=83%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(30%),Nd2Fe14B相的I(004)/I(220)=1252%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(68%)。该复合磁体中软磁相的含量为27wt%。
实施例4
将Sm块25g,Co块48.99g,Fe块26g,混合进行氩弧熔炼,获得成分为Sm25Co48.99Fe26(wt.%)的100g铸锭。将该铸锭破碎至破碎至最大颗粒尺寸为约100μm的粗粉末,然后对该粗粉末进行高能球磨,球磨时间为3.5h,球料比为20:1,球磨后获得第一前驱体粉末,第一前驱体粉末含有α-FeCo晶体和含Sm、Co元素的非晶体相。
将Nd块30.7g、Fe块59.45g、Fe-B(其中B占有19.22wt%,Fe为80.12wt%)块4.89g、Co块4.5g、Ga块0.5g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Nd30.7Fe63.36Co4.5Ga0.5B0.94(wt.%)的100g铸锭,再采用熔体快淬技术将铸锭甩成条带,熔体快淬工艺如实施例1,并将获得的条带再用研钵于氩气氛围下研磨粉碎到最大颗粒尺寸为约50μm,即获得第二前驱体粉末。第二前驱体粉末含有Nd2Fe14B晶体和Nd相(富稀土相)。
按质量比70:30,称量7g第一前驱体粉末和3g的第二前驱体粉末混合并研磨至二者混合均匀,获得混合粉末;再通过液压机将混合粉末压成坯体,并将所述坯体装进模具(同实施例1)形成热压单元;采用热模拟试验机(同实施例1)对坯体(或热压单元)进行热压变形,热压变形参数同实施例1,得到复合磁体。
经TEM分析,复合磁体包括层叠的第一片状体和第二片状体。第一片状体和第二片状体层叠后的总厚度为37μm。第一片状体的平均厚度为约32μm。第二片状体的平均厚度为约5μm第一片状体中含有SmCo7晶体和α-FeCo晶体。SmCo7晶体和α-FeCo晶体的晶粒的平均粒径均为15nm。第二片状体中含有Nd2Fe14B晶体。Nd2Fe14B晶体中含有片状晶粒,晶粒在垂直于厚度方向上的尺寸为110nm,在沿厚度方向上的尺寸为27nm。
复合磁体平行于热压压力方向的磁性能如下,最大磁能积为29.5MGOe,内禀矫顽力为5.6kOe,剩磁为12.8kG,饱和磁化强度为14.1kG,剩磁比为0.91。
复合磁体在平行于热压压力方向的磁性能明显好于其在垂直于热压压力方向的磁性能,平行于热压压力方向最大磁能积(29.5MGOe)减去垂直于热压压力方向的最大磁能积(9MGOe)为20.5MGOe,平行于热压压力方向的剩磁(12.8kG)与垂直于热压压力方向的剩磁之比为1.45。
对复合磁体的XRD图谱进行分峰拟合并计算了各相的含量,各相的含量分别是SmCo7为20wt%、Nd2Fe14B为50wt%、α-FeCo为22wt%、SmCo3为8wt%,SmCo7相的I(002)/I(111)=76%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(30%),Nd2Fe14B相的I(004)/I(220)=1012%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(68%)。该复合磁体中软磁相的含量为22wt%。
实施例5
将Sm块24.64g,Co块48.34g,Fe块27g,混合进行氩弧熔炼,获得成分为Sm24.64Co48.34Fe27(wt.%)的100g铸锭。将该铸锭破碎至最大颗粒尺寸为约100μm的粗粉末,然后对该粗粉末进行高能球磨,球磨时间为3.5h,球料比为20:1,球磨后获得第一前驱体粉末,第一前驱体粉末含有α-FeCo晶体和含Sm、Co元素的非晶体相。
将Nd块30.7g、Fe块59.45g、Fe-B(其中B占有19.22wt%,Fe为80.12wt%)块4.89g、Co块4.5g、Ga块0.5g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Nd30.7Fe63.36Co4.5Ga0.5B0.94(wt.%)的100g铸锭,再采用熔体快淬技术将铸锭甩成条带,熔体快淬工艺如实施例1,并将获得的条带再用研钵于氩气氛围下研磨破碎至最大颗粒尺寸为约50μm,即获得第二前驱体粉末。第二前驱体粉末含有Nd2Fe14B晶体和富Nd相(富稀土相)。
按质量比65:35,称量6.5g第一前驱体粉末和3.5g的第二前驱体粉末混合并研磨至二者混合均匀,获得混合粉末;再通过液压机将混合粉末压成坯体,并将所述坯体装进模具(同实施例1)形成热压单元;采用热模拟试验机(同实施例1)对坯体(或热压单元)进行热压变形,获得复合磁体。
复合磁体包括层叠的第一片状体和第二片状体。第一片状体和第二片状体层叠后的总厚度为37μm。第一片状体的平均厚度为约38μm。第二片状体的平均厚度为约8μm。第一片状体中含有SmCo7晶体和α-FeCo晶体。SmCo7晶体和α-FeCo晶体的晶粒的平均粒径均为13.5nm。第二片状体中含有Nd2Fe14B晶体。Nd2Fe14B晶体中含有片状晶粒,晶粒在垂直于厚度方向上的尺寸为110nm,在沿厚度方向上的尺寸为30nm。
复合磁体平行于热压压力方向的磁性能如下:最大磁能积为28.5MGOe,内禀矫顽力为5.5kOe,剩磁为12.7kG,饱和磁化强度为14.1kG,剩磁比为0.90。
复合磁体在平行于热压压力方向的磁性能明显好于其在垂直于热压压力方向的磁性能,平行于热压压力方向最大磁能积(28.5MGOe)减去垂直于热压压力方向的最大磁能积(9.6MGOe)约为19MGOe,平行于热压压力方向的剩磁与垂直于热压压力方向的剩磁之比为1.44。
对复合磁体的XRD图谱进行分峰拟合并计算了各相的含量,各相的含量分别是SmCo7为35wt%、Nd2Fe14B为35wt%、α-FeCo为21wt%、SmCo3为9wt%,SmCo7相的I(002)/I(111)=65%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(30%),Nd-Fe-B相的I(004)/I(220)=994%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(68%)。复合磁体中软磁相的含量为约21wt%。
实施例6
将Sm块17.91g,Co块46.55g,Fe块31.44g,Cu块2.58g和Zr块1.49g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Sm17.91Co46.55Fe31.44Cu2.58Zr1.49(wt%)的100g铸锭。将该铸锭破碎至破碎至最大颗粒尺寸为约100μm的粗粉末,然后对该粗粉末进行高能球磨,球磨时间为4.5h,球料比为20:1,球磨后获得第一前驱体粉末,第一前驱体粉末含有α-FeCo晶体和含Sm、Co元素的非晶体相。
将Nd块26.9g、Dy块为3.8g,Fe块63.36g、Fe-B(其中B占有19.22wt%,Fe为80.12wt%)块4.89g、Co块1.575g、Ga块0.175g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Nd26.9Dy3.8Fe63.36Co4.5Ga0.5B0.94(wt.%)的100g铸锭,再采用熔体快淬技术将铸锭甩成条带,熔体快淬工艺如实施例1,并将获得的条带再用研钵于氩气氛围下研磨粉碎到最大颗粒尺寸为约50μm,即获得第二前驱体粉末。
按照质量比为50:50,称量5g第一前驱体粉末和5g的第二前驱体粉末混合并研磨至二者混合均匀,获得混合粉末;再通过液压机将混合粉末压成坯体,并将所述坯体装进模具(同实施例1)形成热压单元;采用热模拟试验机(同实施例1)对坯体(或热压单元)进行热压变形,热压变形参数同实施例1,得到复合磁体。
复合磁体包括层叠的第一片状体和第二片状体。第一片状体和第二片状体层叠后的总厚度为40μm。第一片状体的平均厚度为约32μm。第二片状体的平均厚度为约8μm。第一片状体中含有SmCo7晶体和α-FeCo晶体。SmCo7晶体和α-FeCo晶体的晶粒的平均粒径均为13nm。第二片状体中含有Nd2Fe14B晶体(部分Nd被Dy取代)。Nd2Fe14B晶体中含有片状晶粒,晶粒在垂直于厚度方向上的尺寸为90nm,在沿厚度方向上的尺寸为35nm。
复合磁体平行于热压压力方向的磁性能如下:最大磁能积为19MGOe,内禀矫顽力为7.2kOe,剩磁为11.6kG,饱和磁化强度为13.2kG,剩磁比为0.86。
复合磁体在平行于热压压力方向的磁性能明显好于其在垂直于热压压力方向的磁性能,平行于热压压力方向最大磁能积(19MGOe)减去垂直于热压压力方向的最大磁能积(4MGOe)约为15MGOe,平行于热压压力方向的剩磁与垂直于热压压力方向的剩磁之比为1.74。
对复合磁体的XRD图谱进行分峰拟合并计算了各相的含量,各相的含量分别是SmCo7为15wt%、Nd2Fe14B为50wt%、α-FeCo为30wt%、SmCo3为5wt%,SmCo7相的I(002)/I(111)=75%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(30%),Nd2Fe14B相的I(004)/I(220)=1127%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(68%)。复合磁体中软磁相含量为约30wt%。
本实施例的复合磁体在较高的软磁含量下还具有较高的内禀矫顽力。例如,复合磁体在含有高达30wt%的软磁相的情况下,其内禀矫顽力Hci仍然高到7.2kOe。
实施例7
将Sm块25g,Co块48.99g,Fe块26g,混合进行氩弧熔炼,获得成分为Sm25Co48.99Fe26(wt.%)的100g铸锭。将该铸锭破碎至破碎至最大颗粒尺寸为约100μm的粗粉末,然后对该粗粉末进行高能球磨,球磨时间为3.5h,球料比为20:1,球磨后获得第一前驱体粉末,第一前驱体粉末含有α-FeCo晶体和含Sm、Co元素的非晶体相。
将Nd块26.9g、Dy块为3.8g,Fe块63.36g、Fe-B(其中B占有19.22wt%,Fe为80.12wt%)块4.89g、Co块1.575g、Ga块0.175g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Nd26.9Dy3.8Fe63.36Co4.5Ga0.5B0.94(wt.%)的100g铸锭,再采用熔体快淬技术将铸锭甩成条带,熔体快淬工艺如实施例1,并将获得的条带再用研钵于氩气氛围下研磨粉碎到最大颗粒尺寸为约50μm,即获得第二前驱体粉末。第二前驱体粉末含有Nd2Fe14B晶体和富Nd相。
按照质量比为80:20,称量8g第一前驱体粉末和2g的第二前驱体粉末混合并研磨至二者混合均匀,获得混合粉末;再通过液压机将混合粉末压成坯体,并将所述坯体装进模具(同实施例1)形成热压单元;采用热模拟试验机(同实施例1)对坯体(或热压单元)进行热压变形,热压变形参数同实施例1,得到复合磁体。
经TEM分析,复合磁体包括层叠的第一片状体和第二片状体。第一片状体和第二片状体层叠后的总厚度为51μm。第一片状体的平均厚度为约45μm。第二片状体的平均厚度为约6μm。第一片状体中含有SmCo7晶体和α-FeCo晶体。SmCo7晶体和α-FeCo晶体的晶粒的平均粒径均为15nm。第二片状体中含有Nd2Fe14B晶体(晶体中含有富Nd相)。Nd2Fe14B晶体中含有片状晶粒,晶粒在垂直于厚度方向上的尺寸为90nm,在沿厚度方向上的尺寸为27nm。
复合磁体平行于热压压力方向的磁性能如下:最大磁能积为26MGOe,内禀矫顽力为5.7kOe,剩磁为12.4kG,饱和磁化强度为13.8kG,剩磁比为0.89。
从磁性能上看,其复合磁体在平行于热压压力方向的磁性能明显好于其在垂直于热压压力方向的磁性能,平行于热压压力方向最大磁能积(26MGOe)减去垂直于热压压力方向的最大磁能积(11MGOe)约为15MGOe,平行于热压压力方向的剩磁与垂直于热压压力方向的剩磁之比为1.26。对复合磁体的XRD图谱进行分峰拟合并计算了各相的含量,各相的含量分别是SmCo7为49wt%、Nd2Fe14B为20wt%、α-FeCo为23wt%、SmCo3为8wt%。SmCo7相的I(002)/I(111)=48%。Nd2Fe14B的织构标准经过计算此处I(004)/I(220)=601%,而标准卡片对应的I(004)/I(220)=68%。该复合磁体中软磁相的含量为23%。
实施例8
将Sm块21g,Co块49.25g,Fe块24.87g,Cu块3.03g和Zr块1.76g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Sm21Co49.25Fe24.87Cu3.03Zr1.76(wt%)的100g铸锭。将该铸锭破碎至最大颗粒尺寸为约100μm的粗粉末,然后对该粗粉末进行高能球磨,球磨时间为4.5h,球料比为20:1,球磨后获得第一前驱体粉末,第一前驱体粉末含有α-FeCo晶体和含Sm、Co元素的非晶体相。
将Nd块20.9g、Fe块73.97g、Fe-B(其中B占有19.22wt%,Fe为80.12wt%)块3.618g、Cu块1.53g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Nd20.9Fe76.87Cu1.53B0.695(wt.%)的100g铸锭,再采用熔体快淬技术将铸锭甩成条带,快淬工艺中的甩速为26m/s,其它参数同实施例1,获得的条带用研钵于氩气氛围下研磨粉碎到最大颗粒尺寸为约50μm,获得第二前驱体粉末。
图5示出第二前驱体粉末的XRD图谱。第二前驱体粉末呈现出明显的非晶衍射峰。第二前驱体粉末是非晶粉末。
按照质量比为70:30,称量7g第一前驱体粉末和3g的第二前驱体粉末,混合并研磨至二者混合均匀,获得混合粉末;再通过液压机将混合粉末压成坯体,并将所述坯体装进模具(同实施例1)形成热压单元;采用热模拟试验机(同实施例1)对坯体(或热压单元)进行热压变形,得到复合磁体。
热压变形参数如下:热压过程中,热压温度从室温在45s内升至580℃,然后在10s内从580℃降温到650℃,然后再经过5秒降到550℃,最后在550℃保温60s,结束热压变形;热压压力在温度升至580℃时达到10吨,之后随着热压温度从580℃升高到650℃过程中,热压压力由10吨升高到最大热压压力18吨,并保持此最大热压压力至热压变形结束。坯体(或热压单元)平行于压力方向的变形量为80%。热压过程中,两端温度在何范围50-200℃,与中间温度的差值100~400℃,平均变形速率为多少0.2mm/s。
图11示出实施例8的复合磁体的TEM照片。图中箭头P为热压压力方向。图11的A所示,复合磁体包括层叠的第一片状体和第二片状体,第一片状体中含有SmCo7晶体和α-FeCo晶体,第二片状体中含有Nd2Fe14B晶体和α-Fe晶体,图中有明显的分界线。第一片状体和第二片状体层叠后的总厚度为26μm。第一片状体的平均厚度为约20μm。第二片状体的平均厚度为约6μm。
图11的B示出,第一片状体中含有SmCo7晶体和α-FeCo晶体。SmCo7晶体和α-FeCo晶体的晶粒的平均粒径均为16nm。图11的B的右上角为选区电子衍射图,图中有衍射环上有明显的加强点,经计算,加强点对应SmCo7(002)晶面的衍射斑点,说明SmCo7晶体在平行于热压压力方向上存在织构(择优取向)。
图11的C示出,第二片状体中含有Nd2Fe14B晶体和α-Fe晶体。Nd2Fe14B晶体中含有片状晶粒,晶粒在垂直于厚度方向上的尺寸为65nm,在沿厚度方向上的尺寸为35nm。α-Fe晶体中含有类球状晶粒,其晶粒尺寸为约32nm。图11的C的的右上角为选区电子衍射图,图中有衍射环上有明显的加强点,经计算,加强点对应Nd2Fe14B(006)晶面的衍射斑点,这说明Nd2Fe14B晶体在平行于热压压力方向上存在织构(择优取向)。
复合磁体平行于热压压力方向的磁性能如下:最大磁能积为23.4MGOe,内禀矫顽力为4.9kOe,剩磁为12.4kG,饱和磁化强度为14.1kG,剩磁比为0.88。
从磁性能上看,其复合磁体在平行于热压压力方向的磁性能明显好于其在垂直于热压压力方向的磁性能,平行于热压压力方向最大磁能积(23.4MGOe)减去垂直于热压压力方向的最大磁能积(7.2MGOe)为16.2MGOe,平行于热压压力方向的剩磁与垂直于热压压力方向的剩磁之比为1.4。
对复合磁体的XRD图谱进行分峰拟合并计算了各相的含量,各相的含量分别是SmCo7为42wt%、Nd2Fe14B为20wt%、α-FeCo为20wt%、SmCo3为8wt%,α-Fe为10wt%,SmCo7相的I(002)/I(111)=94%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(30%),Nd2Fe14B相的I(004)/I(220)=350%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(68%)。该复合磁体中软磁相的含量为30wt%。
微量的合金元素(如Cu或Zr)取代Co元素,它们的含量计入Co元素。
实施例9
将Sm块21g,Co块49.25g,Fe块24.87g,Cu块3.03g和Zr块1.76g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Sm21Co49.25Fe24.87Cu3.03Zr1.76(wt%)的100g铸锭。将该铸锭破碎至破碎至最大颗粒尺寸为约100μm的粗粉末,然后对该粗粉末进行高能球磨,球磨时间为4.5h,球料比为20:1,球磨后获得第一前驱体粉末。第一前驱体粉末含有α-FeCo晶体和含Sm、Co元素的非晶体相。
将Pr块20.9g、Fe块73.97g、Fe-B(其中B占有19.22wt%,Fe为80.12wt%)块3.618g、Cu块1.53g混合进行氩弧熔炼,获得成分为Pr20.9Fe76.87Cu1.53B0.695(wt.%)的100g铸锭,再采用熔体快淬技术将铸锭甩成条带,快淬工艺中的甩速为26m/s,其他如前所述,并将获得的条带用研钵于氩气氛围下研磨粉碎到最大颗粒尺寸为约50μm,获得第二前驱体粉末。
按照质量比为70:30,称量7g第一前驱体粉末和3g的第二前驱体粉末混合并研磨至二者混合均匀,获得混合粉末;再通过液压机将混合粉末压成坯体,并将所述坯体装进模具(同实施例1)形成热压单元;采用热模拟试验机(同实施例1)对坯体(或热压单元)进行热压变形,热压变形参数同实施例8,得到复合磁体。
图12示出实施例9的复合磁体的TEM照片。图中箭头P为热压压力方向。图12的A所示,复合磁体包括层叠的第一片状体和第二片状体。第一片状体中含有SmCo7晶体和α-FeCo晶体,第二片状体中含有Pr2Fe14B晶体和α-Fe晶体,图中示出明显的分界线。第一片状体和第二片状体层叠后的总厚度为30μm。第一片状体的平均厚度为约22μm。第二片状体的平均厚度为约8μm。
图12的B示出,第一片状体中含有SmCo7晶体和α-FeCo晶体。SmCo7晶体和α-FeCo晶体的晶粒的平均粒径均为17nm。图11的B的右上角为选区电子衍射图,图中有衍射环上有明显的加强点,经计算,加强点对应SmCo7(002)晶面的衍射斑点,说明SmCo7晶体在平行于热压压力方向上存在织构(择优取向)。
图12的C示出,第二片状体中含有Pr2Fe14B晶体和α-Fe晶体。Pr2Fe14B晶体中含有片状晶粒,晶粒在垂直于厚度方向上的尺寸为67nm,在沿厚度方向上的尺寸为42nm。α-Fe晶体中含有类球状晶粒,其晶粒尺寸为约35nm。图12的C的的右上角为选区电子衍射图,图中有衍射环上有明显的加强点,经计算,加强点对应Pr2Fe14B(006)晶面的衍射斑点,这说明Pr2Fe14B晶体在平行于热压压力方向上存在织构(择优取向)。
复合磁体平行于热压压力方向的磁性能如下:最大磁能积为20MGOe,内禀矫顽力为4.4kOe,剩磁为12.3kG,饱和磁化强度为14.2kG,剩磁比为0.87。从磁性能上看,其复合磁体在平行于热压压力方向的磁性能明显好于其在垂直于热压压力方向的磁性能,平行于热压压力方向最大磁能积(20MGOe)减去垂直于热压压力方向的最大磁能积(4.5MGOe)为15.5MGOe,平行于热压压力方向的剩磁与垂直于热压压力方向的剩磁之比为1.53。
对复合磁体的XRD图谱进行分峰拟合并计算了各相的含量,各相的含量分别是SmCo7为41.6wt%、Pr2Fe14B为19.4wt%、α-FeCo为20.4wt%、SmCo3为8wt%,α-Fe为10.6wt%,SmCo7相的I(002)/I(111)=98%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(30%),Pr2Fe14B相的I(004)/I(220)=450%,高于标准卡片记载的各向同性磁体对应晶面衍射峰强度之比(73%)(数据源于标准卡片ICSD:614150)。该复合磁体中软磁相α-FeCo和α-Fe的总含量为31wt%。
对比例1
采用Sm块20.54g,Co块48.81g,Fe块25.96g,Cu块2.96g和Zr块1.73g混合,进行真空氩弧熔炼,获得成分为Sm20.54Co48.81Fe25.96Cu2.96Zr1.73(wt.%)的铸锭100g。将该铸锭破碎至破碎至最大颗粒尺寸为约100μm粗粉末。为第一前驱体。
将Nd块30.7g、Fe块59.45g、Fe-B(其中B含量为19.22wt%,Fe含量为80.12wtwt%)块4.89g、Co块1.575g、Ga块0.175g混合,进行真空氩弧炉熔炼,获得成分Nd30.7Fe63.36Co4.5Ga0.5B0.94(wt.%)的铸锭100g。再采用熔体快淬技术将铸锭甩成条带,熔体快淬工艺如实施例1,并将获得的条带再用研钵于氩气氛围下研磨粉碎到最大颗粒尺寸为约50μm,为第二前驱体。
按照质量比为65:35比例称量6.5g第一前驱体粉末和3.5g的第二前驱体粉末粉混合共同球磨,球磨时间为4.5h,球料比为20:1。获得最大颗粒尺寸为约20μm的球磨后的粉末(即粉末通过625目筛,且通过扫描电镜观察确定最大颗粒尺寸为约20μm),随后再通过液压机将球磨后的粉末压成坯体,块体密度为6.8g/cm3,直径为6mm,高为2mm,并将所述坯体装进模具形成热压单元。用热模拟试验机对所述热压单元进行热压变形,得到复合磁体。
对比例1所得复合磁体中均匀分散有颗粒状的Sm-Co稀土永磁化合物晶体、Nd2Fe14B稀土永磁化合物晶体以及α-FeCo软磁晶体。对比例1的复合磁体其在结构上不具有“片层堆叠结构”,基本表现为各向同性。其最大磁能积为3.5MGOe,内禀矫顽力为0.7kOe,剩磁为11.2kG,饱和磁化强度为14.8G,其沿轴向压力方向的剩磁比为0.76。
表2示出实施例1~9的复合磁体中各相的含量,以及特定相的X射线衍射峰的衍射强度之比。
表3示出实施例1~9的复合磁体的磁性能,例如平行于热压压力方向上的最大磁能积、内禀矫顽力、饱和磁化强度、剩磁、剩磁比;垂直于热压压力方向上的最大磁能积;平行于热压压力方向上的剩磁和垂直于热压压力方向上的剩磁之比。
表4示出实施例1~9中的第一前驱体粉末和第二前驱体粉末的重量计量比和原子计量比的对应关系。它们的如有不一致之处,以重量计量比为准。表4还示出以及第一前驱体粉末和第二前驱体粉末的R:T或R:T:M原子比。
实施例1的复合磁体的矫顽力温度系数β(25℃-300℃)=-0.256%/℃,β(25℃-300℃)是指,基础温度T1=0℃,温度变化的上限温度T2=300℃。
实施例1~9的复合磁体的矫顽力温度系数β(25℃-T2)=-(0.2~0.3)%/℃,其中T2=100~400℃。
以上实验数据说明上述实施例的复合磁体具有较好的综合性能,例如具有以下一项或多项有益效果:
1.复合磁体中软磁相含量较高,稀土含量较低,成本较低;
2.复合磁体的耐腐蚀性较好;
3.复合磁体具有较强的各向异性;
4.复合磁体在两个相互垂直的方向上的剩磁之比较高;
5.复合磁体具有高居里温度Tc
6.复合磁体具有较低的矫顽力温度系数;
7.复合磁体具有较高的内禀矫顽力;
8.复合磁体具有较高的最大磁能积;
9.复合磁体的制备方法简单,制备周期短,易于实现,适合商业化应用。
Figure BDA0001611348700000471
Figure BDA0001611348700000481
Figure BDA0001611348700000491
Figure BDA0001611348700000501
Figure BDA0001611348700000511

Claims (28)

1.一种复合磁体的制备方法,包括:
i)获得第一前驱体粉末和第二前驱体粉末,所述第一前驱体粉末的最大颗粒尺寸为10~200μm,所述第二前驱体粉末的最大颗粒尺寸为10~200μm;
ii)将第一前驱体粉末和第二前驱体粉末混合至均匀,获得混合粉末;
iii)将混合粉末压制成坯体;
iv)对坯体进行热压,使坯体发生变形;
第一前驱体粉末具有能够形成第一稀土永磁化合物的组成;
第二前驱体粉末具有能够形成第二稀土永磁化合物的组成;
所述混合是非破碎地混合,混合过程中基本不破碎前驱体粉末的颗粒,或者基本不改变前驱体粉末的颗粒尺寸组成;
所述第一稀土永磁化合物为符合下式的化合物:R1 x1T1 y1,其中R1为一种稀土元素或至少两种稀土元素的组合,T1为一种过渡金属元素或至少两种过渡金属元素的组合,0<x1<5,0<y1<30;
所述第二稀土永磁化合物为符合下式的化合物:R2 x2T2 y2Mz2,其中R2为一种稀土元素或至少两种稀土元素的组合,T2为一种过渡金属元素或至少两种过渡金属元素的组合,M为一种选自IIIA、IVA和VA族的元素或至少两种选自IIIA、IVA和VA族的元素的组合,0<x2<5,0<y2<30,0.5≤z2≤1.5;
所述复合磁体,包括层叠的第一片状体和第二片状体;
所述第一片状体中含有:一种或多种第一稀土永磁化合物晶体;
所述第二片状体中含有:一种或多种第二稀土永磁化合物晶体;
所述第二片状体与所述第一片状体具有不同的组成;
所述第一片状体的平均厚度为100μm以下,最大片径为1000μm以下;
所述第二片状体的平均厚度为100μm以下,最大片径为1000μm以下;
所述第一片状体的周围分布有多个第二片状体;
所述第二片状体的周围分布有多个第一片状体。
2.根据权利要求1所述的方法,其具有以下特征:
a)所述第一片状体中含有一种或多种稀土永磁化合物晶体和一种或多种软磁相;
b)所述第二片状体中含有一种或多种稀土永磁化合物晶体和一种或多种软磁相;
e)所述第一片状体与所述第二片状体的质量比为0.1~10。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于以下一项或多项:
f)所述复合磁体中含有第一稀土永磁化合物晶体和/或第二稀土永磁化合物晶体;
g)所述第一片状体均匀地分布在所述复合磁体中;
h)所述第二片状体均匀地分布在所述复合磁体中;
i)所述第一稀土永磁化合物晶体与第二稀土永磁化合物晶体具有不同的组成。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述第一片状体中含有:一种或多种稀土永磁化合物晶体;
所述第二片状体中含有:一种或多种软磁相。
5.根据权利要求1所述的方法,其具有以下一项或多项特征:
j)所述复合磁体为块状复合磁体;
k)所述复合磁体为热变形复合磁体;
l)所述复合磁体采用粉末冶金的方法制备获得;
m)所述复合磁体采用热压金属粉末坯体的方法获得;
n)所述复合磁体包括由第一片状体和第二片状体堆叠而成的块体。
6.根据权利要求1所述的方法,其具有以下一项或多种特征:
-所述第一片状体基本不含有第二稀土永磁化合物晶体,所述第二片状体基本不含有第一稀土永磁化合物晶体;
-所述第一片状体基本不含有R2元素,所述第二片状体基本不含有R1元素。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于以下一项或多项:
o)R1为Sm或Sm与其它稀土元素的组合;
p)T1为Co或Co与其它过渡金属元素的组合;
q)R2为选自以下组中的一种或多种:Nd、Pr和其它稀土元素;
r)T2为选自以下组中的一种或多种:Fe、Co和其它过渡金属元素;
s)M为B或B与其它IIIA、IVA和VA族元素的组合;
t)x1=1或2;
u)y1=3、5、7或17;
v)x2=2;
w)y2=14;
x)z2=1。
8.根据权利要求1所述的方法,所述复合磁体中含有符合以下组成:R1 2T1 17,R1T1 7,R1T1 5,R1T1 3,R2 2T2 14M。
9.根据权利要求1所述的方法,其具有以下一项或多项特征:
y)所述第一片状体中含有软磁相;
z)所述第二片状体中含有软磁相;
aa)所述第一片状体中含有富稀土相;
bb)所述第二片状体中含有富稀土相;
cc)所述第一片状体中含有择优取向的稀土永磁化合物晶体;
dd)所述第二片状体中含有择优取向的稀土永磁化合物晶体;
ee)所述第一片状体中含有无择优取向的稀土永磁化合物晶体;
ff)所述第二片状体中含有无择优取向的稀土永磁化合物晶体。
10.根据权利要求9所述的方法,所述择优取向的方向沿晶体的易磁化方向。
11.根据权利要求9所述的方法,其具有以下一项或多项特征:
gg)所述稀土永磁化合物晶体的晶粒尺寸为1~200nm;
hh)所述软磁相的晶粒尺寸为1~200nm。
12.根据权利要求1所述的方法,按重量计,复合磁体中包括:
第一稀土永磁化合物晶体10~100份;
第二稀土永磁化合物晶体10~100份。
13.根据权利要求12所述的方法,所述复合磁体还包括软磁相10~100份。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于以下一项或多项:
ii)第一片状体中含有以下一种或多种稀土永磁化合物:SmCo3,SmCo5,SmCo7和Sm2Co17
jj)第二片状体中含有以下一种或多种稀土永磁化合物:Nd2Fe14B和Pr2Fe14B。
15.根据权利要求1所述的方法,其中,复合磁体中含有10~50份SmCo7,5~20份SmCo3,10~50份Nd2Fe14B和10~30份软磁相。
16.根据权利要求1所述的方法,步骤iv)包括:
对热压单元进行热压,使热压单元发生变形,所述热压单元为坯体以及其内部放置有所述坯体的模具。
17.根据权利要求1所述的方法,其特征在于以下一项或多项:
mm)所述第一前驱体粉末和第二前驱体粉末的质量比为0.1~10;
nn)第一前驱体粉末的最大颗粒尺寸为D1,第二前驱体粉末的最大颗粒尺寸为D2,混合粉末的最大颗粒尺寸为0.7D0~1.0D0,其中D0=max{D1,D2}。
18.根据权利要求16所述的方法,在热压过程中,平行于热压压力方向,热压单元存在中间温度高于两端温度的温度梯度。
19.根据权利要求1所述的方法,热压过程中,对坯体平行于热压压力方向的两端进行冷却处理。
20.根据权利要求16所述的方法,其特征在于以下一项或多项:
oo)在所述热压过程中,在坯体变形前,先对所述热压单元进行加热,同时对该坯体的两端进行冷却处理,使坯体的中间温度达到热压温度,两端温度低于热压温度
pp)热压的温度为400~900℃;
qq)坯体的两端温度比热压温度低300~600℃;
rr)坯体的两端温度为100~400℃;
ss)坯体变形的平均速度为0.1~1mm/s;
tt)坯体的变形量为30~90%。
21.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述第一前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R1元素和T1元素的非晶体,含R1元素和T1元素的纳米晶体;
所述第二前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R2元素、T2元素和M元素的非晶体,含R2元素、T2元素和M元素的纳米晶体;
R1为一种稀土元素或至少两种稀土元素的组合,T1为一种过渡金属元素或至少两种过渡金属元素的组合,M为一种选自IIIA、IVA和VA族的元素或至少两种选自IIIA、IVA和VA族的元素的组合;
所述第一前驱体粉末与第二前驱体粉末具有不同的组成。
22.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述第一前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R1元素和T1元素的非晶体,含R1元素和T1元素的纳米晶体;
所述第二前驱体粉末含有以下的一种或多种:含R2元素和T2元素的非晶体,含R2元素和T2元素的纳米晶体;
R1为一种稀土元素或至少两种稀土元素的组合,T1为一种过渡金属元素或至少两种过渡金属元素的组合;
R2为一种稀土元素或至少两种稀土元素的组合,T2为一种过渡金属元素或至少两种过渡金属元素的组合。
23.根据权利要求1所述的方法,所述第一前驱体粉末、第二前驱体粉末中或上述二者,由以下方法制备获得:
获得合金铸锭;
将合金铸锭破碎成粗粉末;
球磨粗粉末,获得前驱体粉末。
24.根据权利要求1所述的方法,所述第一前驱体粉末和/或第二前驱体粉末,由以下方法制备获得:
采用熔体快淬法制备合金条带;
将合金条带破碎,获得前驱体粉末。
25.根据权利要求16所述的方法,所述模具为两端开口的圆筒体,所述圆筒体的外壁的母线为内凹的曲线、直线或外凸的曲线。
26.根据权利要求1~25任一项所述的方法,其中,
所述第一前驱体粉末具有能够形成第一片状体的组成;
所述第二前驱体粉末具有能够形成第二片状体的组合。
27.一种复合磁体,所述复合磁体由权利要求1~26任一项的方法制备获得。
28.根据权利要求27所述的复合磁体,其中
所述第一片状体为变形后的第一前驱体粉末;
所述第二片状体为变形后的第二前驱体粉末。
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