CN110428948A - 一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料 - Google Patents

一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够制得填补价廉低效的铁氧体和高端昂贵的Nd‑Fe‑B永磁材料之间的性能空白磁体的高矫顽力的Nd‑Ce‑Y‑Fe‑B五元合金薄带永磁材料及其制备方法。该高矫顽力的Nd‑Ce‑Y‑Fe‑B五元合金薄带永磁材料，包括Nd钕元素、Ce铈元素、Y钇元素、Fe铁元素、B硼元素；以原子百分比计，其成分为(Nd1‑2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2，其中x为0.05‑0.25；其制备方法包括：S1、根据(Nd1‑2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中各组分的质量百分比进行配料，制得成分均匀的合金锭；S2、将熔炼制备合金锭置于真空石英管中，进行热处理之后进行淬火；S3、将合金打磨去除表面氧化皮后超声清洗；S4、将合金完全熔化，将熔体喷射到水冷铜辊上，制得快淬薄带。采用该永磁材料及其制备方法也为高丰度稀土资源高值综合平衡利用提供了有效途径。

Description

一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料
技术领域
本发明涉及稀土永磁材料，尤其是一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料。
背景技术
众所周知，稀土Nd-Fe-B永磁材料自1983年发现以来便受到了广泛关注与研究，并大量运用于风能电机、医疗器械、汽车工业、信息通讯等工业领域。近年来，随着稀土Nd-Fe-B永磁材料产量的高速增长，Nd、Pr、Dy、Tb等资源紧缺且价格较贵的稀土金属被大量消耗。由于自然界中稀土金属大多以共生的形式存在，在开采提取Nd、Pr等稀土金属的同时，造成了应用范围较小、价格低廉的Ce、Y等高丰度稀土金属大量积压，从而导致了稀土资源综合利用率下降。然而Ce2Fe14B和Y2Fe14B的磁极化强度(Js)和磁晶各向异性场(HA)都远低于Nd2Fe14B，单独使用时磁性能无法满足产品需求。在稀土Nd-Fe-B永磁材料中加入一定比例的Ce、Y等高丰度稀土金属可以替代Nd进入四方Nd2Fe14B相中。替代稀土Nd不仅降低了永磁材料的制造成本，填补在价廉低效的铁氧体和高端昂贵的Nd-Fe-B永磁材料之间的性能空白，也为高丰度稀土资源高值综合平衡利用提供了有效途径，拓宽了稀土永磁材料的应用领域。因此，Ce、Y等高丰度稀土金属在稀土Nd-Fe-B永磁材料中的应用具有重要的经济价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料及其制备方法能够制得填补价廉低效的铁氧体和高端昂贵的Nd-Fe-B永磁材料之间的性能空白的磁体。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料，包括Nd钕元素、Ce铈元素、Y钇元素、Fe铁元素、B硼元素；以原子百分比计，其成分为(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2，其中x为0.05-0.25。
本发明还提供了一种制备高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料的方法，包括以下步骤：
S1、根据(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中各组分的质量百分比进行配料，将称量好的的原料加入真空电弧炉，真空电弧炉抽真空至3×10-3Pa以下，充入氩气作为保护气体进行翻转熔炼，制得成分均匀的合金锭；
S2、将熔炼制备合金锭置于真空石英管中，在900℃温度下进行热处理15天，之后将石英管置于冰水混合物中淬火；
S3、将步骤S2得到的合金打磨去除表面氧化皮后超声清洗；
S4、将步骤S3得到的合金置于真空快淬设备中，抽真空至3×10-3Pa以下后再冲入氩气作为保护气体，喷射压力为0.4-0.6个大气压差；使用高频感应线圈加热使其完全融化，将熔融液体喷射至线速度28m/s的水冷铜辊上，制得宽度为1±0.2mm，厚度约为0.1-0.5mm的快淬薄带。
本发明的有益效果是：本发明所述的一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料，及其制备方法以Nd、Ce、Y、Fe、B单质为原料，利用高丰度稀土Ce、Y元素替代Nd制备合金，对其进行热处理后，利用熔体快淬法制备出五元合金薄带永磁材料具有较高的矫顽力。该发明制得永磁材料降低了制造成本，填补在价廉低效的铁氧体和高端昂贵的Nd-Fe-B永磁材料之间的性能空白，也为高丰度稀土资源高值综合平衡利用提供了有效途径。其次，稀土的混合使用方式，省去了工业中稀土分离工艺。
附图说明
图1为实施例中制备的合金快淬薄带(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2(x＝0.05-0.25)的磁滞回线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明所述的一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料，包括Nd钕元素、Ce铈元素、Y钇元素、Fe铁元素、B硼元素；以原子百分比计，其成分为(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2，其中x为0.05-0.25。
优选的，所述(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中x＝0.05时，其矫顽力为11.06kOe。另一种优选的方式：所述(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中x＝0.25时，其矫顽力为7.89kOe。
高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、根据(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中各组分的质量百分比进行配料，将称量好的的原料加入真空电弧炉，真空电弧炉抽真空至3×10-3Pa以下，充入氩气作为保护气体进行翻转熔炼，制得成分均匀的合金锭；
S2、将熔炼制备合金锭置于真空石英管中，在900℃温度下进行热处理15天，之后将石英管置于冰水混合物中淬火；
S3、将步骤S2得到的合金打磨去除表面氧化皮后超声清洗；
S4、将步骤S3得到的合金置于真空快淬设备中，抽真空至3×10-3Pa以下后再冲入氩气作为保护气体，喷射压力为0.4-0.6个大气压差；使用高频感应线圈加热使其完全融化，将熔融液体喷射至线速度28m/s的水冷铜辊上，制得宽度为1±0.2mm，厚度约为0.1-0.5mm的快淬薄带。
实施例1
(1)实验采用纯度为质量分数99.99％的Nd、Ce、Y、Fe、B为原料，按原子百分比计(Nd0.9Ce0.05Y0.05)14.5Fe79.3B6.2进行配料，将称量好的的原料加入真空电弧炉，真空电弧炉抽真空至3×10-3Pa以下，再充入氩气作为保护气体进行翻转熔炼4次，制得成分均匀的合金，且保证合金样品烧损率小于1wt.％。
(2)将熔炼制备合金密封于真空石英管中放入马弗炉进行热处理，马弗炉以3℃/min升温至900℃，热处理15天之后将石英管置于冰水混合物中进行淬火。
(3)用砂纸打磨去除热处理后的合金样品表面的氧化皮后超声清洗，并破碎成小块。
(4)取1.5g破碎后的合金块置于真空快淬设备中，抽真空至3×10-3Pa以下后再冲入0.5个大气压的高纯氩气作为保护气体。使用高频感应线圈加热使其完全融化，熔融液体通过直径约0.5mm的孔，喷射压力为0.4-0.6个大气压差下喷射至线速度为28m/s的水冷铜辊上，制得快淬薄带。
(5)采用美国LakeShore(7400-740H型)振动样品磁强计(VSM)对快淬薄带进行磁性能测试，结果如下：按(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中x＝0.05进行配料，采用上述的制备过程和工艺条件，制备出五元合金薄带永磁材料其矫顽力为11.06kOe剩磁为83.81emu/g。
实施例2
实验采用纯度为质量分数99.99％的Nd、Ce、Y、Fe、B为原料，按原子百分比计所述(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中x＝0.10时进行配料，采用实施例1的制备过程和工艺条件，制备出五元合金薄带永磁材料其矫顽力为10.24kOe，剩磁为80.06emu/g。
实施例3
实验采用纯度为质量分数99.99％的Nd、Ce、Y、Fe、B为原料，按原子百分比计所述(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中x＝0.15，进行配料，采用实施例1的制备过程和工艺条件，制备出五元合金薄带永磁材料其矫顽力为8.76kOe，剩磁为74.83emu/g。
实施例4
实验采用纯度为质量分数99.99％的Nd、Ce、Y、Fe、B为原料，按原子百分比计所述(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中x＝0.20，进行配料，采用实施例1的制备过程和工艺条件，制备出五元合金薄带永磁材料其矫顽力为9.03kOe，剩磁为69.27emu/g。
实施例5
实验采用纯度为质量分数99.99％的Nd、Ce、Y、Fe、B为原料，按原子百分比计按原子百分比计所述(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中x＝0.25，进行配料，采用实施例1的制备过程和工艺条件，制备出五元合金薄带永磁材料其矫顽力为7.89kOe，剩磁为66.42emu/g。

Claims (4)

1.一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料，其特征在于：包括Nd钕元素、Ce铈元素、Y钇元素、Fe铁元素、B硼元素；以原子百分比计，其成分为(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2，其中x为0.05-0.25。
2.如权利要求1所述的一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料，其特征在于：所述(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中x＝0.05时，其矫顽力为11.06kOe。
3.如权利要求1所述的一种高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料，其特征在于：所述(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中x＝0.25时，其矫顽力为7.89kOe。
4.制备如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的高矫顽力的Nd-Ce-Y-Fe-B五元合金薄带永磁材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据(Nd1-2xCexYx)14.5Fe79.3B6.2中各组分的质量百分比进行配料，将称量好的的原料加入真空电弧炉，真空电弧炉抽真空至3×10-3Pa以下，充入氩气作为保护气体进行翻转熔炼，制得成分均匀的合金锭；
S2、将熔炼制备合金锭置于真空石英管中，在900℃温度下进行热处理15天，之后将石英管置于冰水混合物中淬火；
S3、将步骤S2得到的合金打磨去除表面氧化皮后超声清洗；
S4、将步骤S3得到的合金置于真空快淬设备中，抽真空至3×10-3Pa以下后再冲入氩气作为保护气体，喷射压力为0.4-0.6个大气压差；使用高频感应线圈加热使其完全熔化，将熔体喷射至线速度28m/s的水冷铜辊上，制得宽度为1±0.2mm，厚度约为0.1-0.5mm的快淬薄带。
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