CN111312462A - 一种钕铁硼材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钕铁硼材料及其制备方法和应用。该钕铁硼材料的原料组合物包括如下质量含量的组分：R：28.5～34％；R为稀土元素，R包括Nd；B：0.84～0.94％；Cu：0.45<Cu≤2％；Co：≤2.5％、但不为0；Fe：61～69％；N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；当N包含Ti时，Ti为0.15～0.25％；当N包含Zr时，Zr为0.2～0.35％；当N包含Nb时，Nb为0.2～0.5％；百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比。本发明的钕铁硼材料在不添加重稀土元素的前提下，采用低硼无铝体系仍然能够制备得到磁性能较佳，并且同批次的钕铁硼材料磁性能均一。

Description

一种钕铁硼材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明具体涉及一种钕铁硼材料及其制备方法和应用。
背景技术
钕铁硼磁体材料由于其优异的磁特性而被广泛应用于电子产品、汽车、风电、家电、电梯及工业机器人等领域，例如硬盘、手机、耳机、和电梯曳引机、发电机等永磁电机中作为能量源等，其需求日益扩大，且各产商对于磁铁性能例如剩磁、矫顽力性能、温度稳定性、磁体方形度等的要求也逐步提升。
钕铁硼磁体材料主要由包含R2T14B化合物的主相和位于该主相的晶界部分的晶界相构成。该R2T14B化合物具有高饱和磁化和各向异性磁场的强磁性材料。而钕铁硼磁体材料的矫顽力在高温下会降低，因而发生不可逆热退磁。目前已知的是：用重稀土元素RH置换作为主相的R2T14B化合物中的R中的部分轻稀土RL，则矫顽力会提高，矫顽力会随着置换量的增加而提高。但另一方面，剩余磁通量Br会降低。此外，RH的资源稀少，价格昂贵。为了提升钕铁硼磁体材料的剩磁，通常需要降低B含量。但是当B的含量在较低水平时，会形成R2T17相。而R2T17不具有室温单轴各向异性，进而使得磁体的性能劣化。
另外，磁体材料的方形度是指在J-H退磁曲线上磁极化强度J＝0.9Jr(Jr为剩余磁极化强度，其值与剩余磁感应强度Br相同，二者统称为剩磁)-所对应的磁场值Hk(膝点矫顽力)，与J-H退磁曲线上J＝0对应的磁场值Hcj(内禀矫顽力)的比值，即Hk/Hcj。具有较高的方形度是高品质磁体所必须具备的条件。以减少在使用过程中尤其是在相对使用温度较高的环境下的失磁，确保磁体在上述环境中长期使用时仍旧具有高的磁性能。目前现有技术中的钕铁硼材料即使矫顽力和剩磁较高，其方形度也无法同时提升到较佳的水平。
因此，在不添加或少量添加重稀土的情况下，如何采用低B无Al体系的方法制得高矫顽力、高剩磁、方形度以及一致性较佳的钕铁硼磁体材料是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在克服现有技术钕铁硼材料采用低硼体系提升磁性能时，通常需要添加大量的重稀土元素，且即使添加了重稀土元素，磁性能(剩磁、矫顽力、温度稳定性、方形度)仍然无法得到显著提升的缺陷，而提供了一种钕铁硼材料及其制备方法和应用。本发明的钕铁硼材料在不添加重稀土元素的前提下，采用低硼无铝体系仍然能够制备得到磁性能(剩磁、矫顽力、温度稳定性、方形度)较佳，并且同批次的钕铁硼材料磁性能均一。
需要说明的是，现有技术中钕铁硼材料通常需要添加一定量的Al才能够得到性能较佳的磁体材料，但是发明人通过多次试验的验证发现：虽然添加Al会提升磁体材料的磁性能，但是在制备同一批次的产品中，磁性能不均一，即同一批次产品中矫顽力的最大值和最小值之间的差值大于1.5kOe。且本发明通过特定的配方，最终得到的钕铁硼材料的均一性较佳。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了一种钕铁硼材料的原料组合物，其包括如下质量含量的组分：R：28.5～34％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；
B：0.84～0.94％；
Cu：0.45<Cu≤2％；
Co：≤2.5％、但不为0；
Fe：61～69％；
N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；
当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.15～0.25％；
当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.2～0.35％；
当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.5％；
百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述原料组合物中的各组分及相应的含量均为主动添加，不包括制备工艺和/或杂质中所引入的组分和/或含量。
本发明中，所述R的含量较佳地为29～33％，例如29％、29.4％、29.5％、30％、30.4％、30.5％、31％、31.5％、32.5％或33％，更佳地为29～32.5％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述Nd的含量较佳地为7.5～13％或者20～31.5％，例如7.5％、8.5％、9.5％、10.5％、12.5％、20％、29％、29.3％、30％、30.2％、30.3％、31％或31.4％，更佳地为7.5～10.5％或者30～31.5％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述原料组合物中较佳地不含Ga。
本发明中，所述原料组合物中较佳地不含Al；指的是不主动添加Al，但是可能会在添加其他元素(例如Fe时)或者制备工艺中(例如氧化铝坩埚制备熔融液)会引入微量的Al(0.08％以下)。
本发明中，所述原料组合物中，所述R通常还可包括Pr。
其中，所述Pr的含量较佳地在0.5％以下且不为0，或者为11.5～30％，例如0.1、0.2、0.3、0.4％、0.5％、11.5％、18.5％、21.5％、22％或22.5％，更佳地为0.1～0.5％或者18.5～21.5％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述原料组合物中可不含重稀土元素，也可达到与现有技术的磁体材料的剩磁、矫顽力相当的水平。或者，所述原料组合物中还可包括RH，所述RH为重稀土元素。
其中，当所述原料组合物中包含RH时，所述RH的含量较佳地为1～2.5％，例如2％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
其中，所述RH的种类较佳地包括Dy、Tb和Ho中的一种或多种。
当所述RH包含Dy时，所述Dy的含量较佳地为1～2.5％，例如2％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
当所述RH包含Tb时，所述Tb的含量较佳地为1～2.5％，例如2％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述B的含量较佳地为0.85～0.94％，例如0.85％、0.86％、0.88％、0.9％、0.92％或0.94％，更佳地为0.86～0.92％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述原料组合物中的所述R的原子百分比和所述B的原子百分比较佳地满足如下关系式：B/R≥0.38，式中，所述B在所述原料组合物中的原子百分比，所述R在所述原料组合物中的原子百分比。
本发明中，当所述原料组合物中包含Pr时，较佳地所述B、所述Nd满足如下关系式：B/(Pr+Nd)≥0.405，式中，B指的是所述B在原料组合物中的原子百分比，Pr指的是所述Pr在原料组合物中的原子百分比，Nd指的是所述Nd在原料组合物中的原子百分比。
本发明中，所述Cu的含量较佳地为0.48～2％，例如0.48％、0.6％、0.65％、0.85％、0.95％、1％、1.15％、1.5％、1.85％或2％，更佳地为0.65～1.85％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述Co的含量较佳地为0.45～2.5％，例如0.45％、0.85％、0.95％、1.15％、1.25％、1.55％、1.85％、2％、2.4％或2.5％，更佳地为0.85～2％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述Fe的含量较佳地为61.2～68.7％，例如61.26％、61.61％、62.87％、63.43％、64.36％、64.43％、64.49％、64.73％、65.61％、66.42％、66.59％、66.69％、68.04％、68.41％、68.45％、68.49％、68.57％或68.61％，更佳地为63～68.61％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，当所述N包含Ti时，所述Ti的含量较佳地为0.18～0.25％，例如0.18％、0.2％、0.22％、0.24％或0.25％，更佳地为0.22～0.25％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，当所述N包含Zr时，所述Zr的含量较佳地为0.25～0.35％，例如0.25％、0.26％、0.28％或0.32％，更佳地为0.26～0.32％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，当所述N包含Zr时，所述Zr的含量较佳地满足：0.20％≤Zr＜(3.48B-2.67)％，式中B指的是所述B占所述原料组合物总质量的质量百分比。例如当所述B的含量为0.86％时，式中的B为0.86。
本发明中，当所述N包含Nb时，所述Nb的含量较佳地为0.2～0.3％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，当所述原料组合物中包含Ti和Nb时，较佳地所述Ti/Nb≥1.5，式中，所述Ti为在所述原料组合物中的质量百分比，所述Nb为在所述原料组合物中的质量百分比。
本发明中，所述钕铁硼材料的原料组合物较佳地包括如下含量的组分：R：29～33％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；B：0.85～0.94％；Cu：0.48～2％；Co：0.45～2.5％；Fe：61.2～68.7％；N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.18～0.25％；当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.25～0.35％；当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.25～0.35％；所述百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述钕铁硼材料的原料组合物较佳地包括如下含量的组分：R：29～33％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd和Pr；所述Pr的含量为0.1～0.5％或11.5～30％；B：0.86～0.92％；Cu：0.65～1.85％；Co：0.85～2％；Fe：63～68.61％；N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.22～0.25％；当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.26～0.32％；当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.3％；百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述钕铁硼材料的原料组合物较佳地包括如下含量的组分：R：29.5～31％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；B：0.85～0.94％；Cu：0.48～2％；Co：0.45～2.5％；Ti：0.15～0.25％；Fe：62.8～68.8％；百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明中，所述钕铁硼材料的原料组合物较佳地包括如下含量的组分：R：29～33％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；B：0.85～0.94％；Cu：0.48～2％；Co：0.45～2.5％；Zr：0.25～0.35％；Fe：63～68.8％；百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比。
本发明还提供了一种钕铁硼材料的制备方法，其包括下述步骤：将所述钕铁硼材料的原料组合物经铸造、制粉、成型、烧结和时效处理即可；
所述时效处理包括一级时效处理和二级时效处理，所述一级时效处理的温度为830～870℃。
本发明中，本领域技术人员知晓所述铸造之前通常还包括熔炼。
其中，所述熔炼的操作和条件可为本领域常规。所述熔炼的真空度可为0.05Pa。所述熔炼的温度可为1500℃以下。所述熔炼的设备可为高频真空感应熔炼炉。
本发明中，所述铸造的操作和条件可为本领域常规的铸造操作和条件。所述铸造通常是以102℃/秒～104℃/秒的速度冷却以制备合金片。所述铸造的气氛通常可为氩气。所述铸造的压力通常可为5.5×104Pa。
所述冷却可通过辊轮中通入冷却水实现。优选地，所述辊轮的进水温度≤25℃，例如22.6℃、22.8℃、23.1℃、23.4℃、23.5℃、23.6℃、23.8℃或23.9℃，更佳地为22.6～23.9℃。所述辊轮可为铜辊。
本发明中，所述制粉的操作和条件可为本领域常规的操作和条件。所述制粉通常包括氢破工艺和气流磨工艺。
其中，所述氢破工艺可为本领域常规的氢破工艺，例如经吸氢、脱氢、冷却处理，即可。所述吸氢可在氢气压力0.15MPa的条件下进行。所述脱氢可在边抽真空边升温的条件下进行。
其中，所述气流磨工艺可为本领域常规的气流磨工艺，所述气流磨粉碎可在氧化气体含量120ppm以下的氮气气氛下进行。所述氧化气体指的是氧气或水分含量。
所述气流磨粉碎的粉碎室压力可为0.3～0.5MPa，例如0.38MPa。
所述气流磨粉碎的时间可为2～4小时，例如3小时。
所述气流磨工艺后，可按本领域常规手段在粉体中添加润滑剂，例如硬脂酸锌。所述润滑剂的添加量可为混合后粉末重量的0.10～0.15％，例如0.12％。
本发明中，所述成型的操作和条件可为本领域常规的成型操作。例如磁场成形法或热压热变形法。
本发明中，所述烧结的操作和条件可为本领域常规的烧结操作条件。
其中，所述烧结的环境可为真空。所述真空的压力可为5×10-3Pa。
其中，所述烧结之前通常还包括预热。所述预热的温度可为300～600℃。所述预热的时间可为1～2h。所述预热较佳地为在300℃和600℃的温度下各预热1h。
其中，所述烧结的温度较佳地为1065～1090℃，例如1065℃、1070℃、1075℃、1078℃、1085℃、1088℃或1090℃。
其中，所述烧结的时间较佳地为5～10h，例如8h。
本发明中，所述一级时效处理的温度较佳地为840～865℃，例如840℃、845℃、850℃或865℃。
本发明中，所述一级时效处理的时间可为本领域常规，较佳地为2～4h，例如3h。
本发明中，所述二级时效处理的温度较佳地为440～470℃，更佳地为450～465℃，例如450℃、455℃、460℃或465℃。
本发明中，所述二级时效处理的时间可为本领域常规，较佳地为2～4h，例如3h。
本发明还提供了一种上述制备方法制得的钕铁硼材料。
本发明还提供了一种钕铁硼材料，其包括如下质量含量的组分：
R：28.5～34.01％；所述R为稀土元素，所述R至少包括Nd；
B：0.84～0.945％；
Cu：0.45<Cu≤2.03％；
Al：<0.08％；
Co：≤2.5％、但不为0；
Fe：61～69％；
N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；
当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.15～0.252％；
当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.2～0.35％；
当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.5％；
所述百分比为各组分质量占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；所述钕铁硼材料的晶界相中还包括R6T13Cu相；T为Fe和/或Co；所述R6T13M相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比在3.5％以上。
本发明中，所述R6T13M相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比较佳地为5～10％；更佳地为5.5～8.5％，例如5.1％、5.60％、6.70％、7.3％、7.4％、7.60％、7.80％、8.20％或8.40％。
本发明中，所述晶界相指的是两个或两个以上的Nd2Tl4B晶粒间的晶界相的总称。其中，所述Nd2Tl4B晶粒指的是主相。
本发明中，所述R的含量较佳地为29～33.1％，例如29.002％、29.387％、29.406％、29.424％、29.501％、29.504％、29.996％、30.388％、30.503％、30.504％、31％、31.005％、31.485％、31.504％、31.518％、32.494％、33.004％或34.004％，更佳地为29～32.5％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，所述Nd的含量较佳地为7.5～13％或者19.9～31.5％，例如7.505％、8.501％、9.502％、10.505％、12.502％、19.982％、28.989％、29.004％、29.021％、29.298％、29.986％、30.202％、30.302％、31.002％、31.012％或31.402％，更佳地为7.5～10.51％或者30～31.5％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，所述钕铁硼材料中较佳地不含Ga。
本发明中，所述钕铁硼材料中，所述R通常还可包括Pr。
其中，所述Pr的含量较佳地在0.5％以下且不为0，或者为11.5～30％，例如0.102％、0.201％、0.202％、0.203％、0.302％、0.398％、0.402％、0.403％、0.502％、0.506％、11.503％、18.502％、18.503％、21.495％、21.497％、21.498％、21.989％或22.502％，更佳地为0.1～0.51％或者18.5～21.5％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
其中，当所述钕铁硼材料中包含Pr时，较佳地所述B、所述Nd满足如下关系式：B/(Pr+Nd)≥0.405，式中，B指的是所述B在钕铁硼材料中的原子百分比，Pr指的是所述Pr在钕铁硼材料中的原子百分比，Nd指的是所述Nd在钕铁硼材料中的原子百分比。
本发明中，所述钕铁硼材料中可不含重稀土元素，也可达到与现有技术的磁体材料的剩磁、矫顽力相当的水平。或者，所述钕铁硼材料中还可包括RH，所述RH为重稀土元素。
其中，当所述钕铁硼材料中包含RH时，所述RH的含量较佳地为1～2.5％，例如2％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
其中，所述RH的种类较佳地包括Dy、Tb和Ho中的一种或多种。
当所述RH包含Dy时，所述Dy的含量较佳地为1～2.5％，例如2％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
当所述RH包含Tb时，所述Tb的含量较佳地为1～2.5％，例如2％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，所述B的含量较佳地为0.85～0.942％，例如0.852％、0.853％、0.862％、0.862％、0.882％、0.884％、0.902％、0.903％、0.905％、0.919％、0.922％、0.942％或0.945％，更佳地为0.86～0.922％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，所述钕铁硼材料中的所述R的原子百分比和所述B的原子百分比较佳地满足如下关系式：B/R≥0.38，式中，所述B在所述钕铁硼材料中的原子百分比，所述R在所述钕铁硼材料中的原子百分比。
本发明中，所述Cu的含量较佳地为0.48～2.021％，例如0.481％、0.482％、0.598％、0.602％、0.654％、0.852％、0.952％、0.998％、1.151％、1.152％、1.502％、1.504％、1.852％、2.004％、2.005％或2.021％，更佳地为0.65～1.852％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，本领域技术人员知晓，虽然在原料配方中未主动添加Al，但是其他元素的加入，如Fe、Co等元素，由于根据目前工艺的手段其不是纯度无法达到100％，不可避免的会引入其他的杂质，其中可能会含有Al；另外，在制备工艺中，本领域技术人员通常使用铝制的坩埚进行熔炼，也同样不可避免的会引入微量的Al，因此本发明最终产品的配方中会含有微量(0.08％以下)的Al。
本发明中，所述Al的含量较佳地为0.02～0.05％，例如0.026％、0.029％、0.03％、0.031％、0.032％、0.033％、0.035％、0.036％、0.037％、0.039％、0.041％、0.042％或0.045％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，所述Co的含量较佳地为0.45～2.5％，例如0.448％、0.449％、0.452％、0.851％、0.852％、0.95％、1.152％、1.252％、1.252％、1.55％、1.552％、1.852％、1.998％、2％、2.402％或2.5％，更佳地为0.85～2％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，所述Fe的含量较佳地为61.2～68.7％，例如61.245％、61.602％、62.867％、63.415％、63.421％、64.352％、64.4％、64.479％、64.717％、65.597％、66.415％、66.582％、66.697％、68.023％、68.424％、68.441％、68.462％、68.559％或68.599％，更佳地为63～68.61％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，当所述N包含Ti时，所述Ti的含量较佳地为0.18～0.252％，例如0.182％、0.202％、0.202％、0.223％、0.245％或0.252％，更佳地为0.22～0.252％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，当所述N包含Zr时，所述Zr的含量较佳地为0.25～0.35％，例如0.25％、0.262％、0.264％、0.281％、0.282％、0.319％、0.322％或0.323％，更佳地为0.26～0.323％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，所述N包含Zr时，所述Zr的含量较佳地满足：0.20％≤Zr＜(3.48B-2.67)％，式中B指的是所述B占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。例如当所述B的含量为0.86％时，式中的B为0.86。
本发明中，当所述N包含Nb时，所述Nb的含量较佳地为0.2～0.302％，例如0.2％、0.202％、0.203％或0.302％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
本发明中，当所述钕铁硼材料中包含Ti和Nb时，较佳地所述Ti/Nb≥1.5，式中，所述Ti为在所述钕铁硼材料中的质量百分比，所述Nb为在所述钕铁硼材料中的质量百分比。
本发明中，所述钕铁硼材料较佳地包括如下含量的组分：R：29～33.1％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；
B：0.85～0.942％；
Cu：0.48～2.021％；
Co：0.45～2.5％；
Fe：61.2～68.7％；
N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；
当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.18～0.252％；
当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.25～0.35％；
当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.3％；所述百分比为各组分质量占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；所述钕铁硼材料的晶界相中还包括R6T13Cu相；T为Fe和/或Co；所述R6T13Cu相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比为5～10％。
本发明中，所述钕铁硼材料较佳地包括如下含量的组分：R：29～33.1％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd和Pr；所述Pr的含量为0.1～0.5％或11.5～30％；
B：0.86～0.922％；
Cu：0.65～1.852％；
Co：0.85～2％；
Fe：63～68.61％；
N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；
当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.22～0.252％；
当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.26～0.323％；
当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.302％；所述百分比为各组分质量占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；所述钕铁硼材料的晶界相中还包括R6T13Cu相；T为Fe和/或Co；所述R6T13M相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比为5.5～8.5％。
本发明中，所述钕铁硼材料较佳地包括如下含量的组分：R：29.5～31.1％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；
B：0.85～0.942％；
Cu：0.48～2.021％；
Co：0.45～2.5％；
Ti：0.15～0.252％；
Fe：62.8～68.8％；百分比为各组分质量占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比所述钕铁硼材料的晶界相中还包括R6T13Cu相；T为Fe和/或Co；所述R6T13M相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比为5～8.5％。
本发明中，所述钕铁硼材料较佳地包括如下含量的组分：R：29～33％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；
B：0.85～0.945％；
Cu：0.48～2.021％；
Co：0.45～2.5％；
Zr：0.25～0.35％；
Fe：63～68.8％；所述百分比为各组分质量占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；所述钕铁硼材料的晶界相中还包括R6T13Cu相；T为Fe和/或Co；所述R6T13M相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比为5.5～8.5％。
本发明还提供了一种所述钕铁硼材料作为电子元器件的应用。
其中，所述应用的领域可为汽车驱动领域、风电领域、伺服电机和家电领域(例如空调)。
本发明中，所述室温是指25℃±5℃。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：(1)本发明的钕铁硼材料中特定含量的各元素之间相互配合，制得的钕铁硼材料含有特定含量的R6T13Cu。本发明的钕铁硼材料含有少量(0.84～0.945％)的硼元素，可在不添加重稀土元素下，得到剩磁、矫顽力、方形度、温度稳定性均较佳。
(2)本发明的钕铁硼材料在不添加适量Al的条件下，不仅得到了磁性能较佳的钕铁硼材料，还提升了钕铁硼材料的一致性，即同一批次产品的磁性能均一。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
1、实施例1～16和对比例1～8钕铁硼材料的原料组合物的配方(wt％)如下表1所示。
表1
Figure BDA0002396104460000131
Figure BDA0002396104460000141
注：“/”是指不含有该元素。wt％为质量百分比。
2、实施例1的钕铁硼材料的制备方法
本实施例中制备钕铁硼材料所用的原料如表1所示，其制备的工艺如下：
(1)熔炼过程：按表1中实施例1所示配方，取配制好的原料放入氧化铝制的坩埚中，在高频真空感应熔炼炉中在5×10-2Pa的真空中以1500℃以下的温度进行真空熔炼。
(2)铸造过程：铸造过程：在真空熔炼后的熔炼炉中通入Ar气体使气压达到5.5万Pa后，进行铸造，将熔融液通过29转/分转速的铜辊制得0.12-0.35mm厚度的速凝合金片，浇铸过程中，铜辊需通入冷冻水，其进水温度22.6℃；以102℃/秒-104℃/秒的冷却速度获得急冷合金。
(3)氢破粉碎过程：在室温下将放置急冷合金的氢破用炉抽真空，而后向氢破用炉内通入纯度为99.9％的氢气，维持氢气压力0.15MPa，充分吸氢后，边抽真空边升温，充分脱氢，之后进行冷却，取出氢破粉碎后的粉末。
(4)微粉碎工序：在氧化气体含量120ppm以下的氮气气氛下，在粉碎室压力为0.38MPa的条件下对氢破粉碎后的粉末进行3小时的气流磨粉碎，得到细粉。氧化气体指的是氧或水分。
(5)在气流磨粉碎后的粉末中添加硬脂酸锌，硬脂酸锌的添加量为混合后粉末重量的0.12％，再用V型混料机充分混合。
(6)磁场成型过程：使用直角取向型的磁场成型机，在1.6T的取向磁场中，在0.35ton/cm2的成型压力下，将上述添加了硬脂酸锌的粉末一次成形成边长为25mm的立方体，一次成形后在0.2T的磁场中退磁。为使一次成形后的成形体不接触到空气，将其进行密封，再使用二次成形机(等静压成形机)在1.3ton/cm2的压力下进行二次成形。
(7)烧结过程：将各成形体搬至烧结炉进行烧结，烧结在5×10-3Pa的真空下，在300℃和600℃的温度下各保持1小时后，以1085℃的温度烧结8小时，之后通入Ar气体使气压达到0.1MPa后，冷却至室温。
(8)时效处理过程：烧结体在高纯度Ar气中，以3～5℃/min的升温速率从20℃升温至850℃，以900℃温度进行3小时一级时效处理后，冷却至室温后取出。接着以3～5℃/min的升温速率从20℃升温至460℃，以460℃温度进行二级时效温度。
3、实施例2～16和对比例1～8钕铁硼材料的原料配方按照表1所示。实施例1～16和对比例1～8钕铁硼材料制备方法中的进水温度、烧结温度、一级时效温度和二级时效温度如下表2所示。其中，实施例2～16和对比例1～8钕铁硼材料制备方法中的其余参数同实施例1。
表2
Figure BDA0002396104460000161
Figure BDA0002396104460000171
需要说明的是：对比例1～4中钕铁硼材料的磁性能为对比例1～4的配方经工艺优化(时效温度、烧结温度或是进水温度)后所能够获得的最佳性能。
4、成分测定：对实施例1～16和对比例1～8中的钕铁硼材料使用高频电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)进行测定。测试结果如下表3所示。
表3钕铁硼材料的组分和含量(wt％)
Figure BDA0002396104460000172
Figure BDA0002396104460000181
注：“/”是指不含有该元素。wt％为质量百分比。
效果实施例1实施例1～16和对比例1～8中钕铁硼材料的磁性能检测
1、微观结构：采用FE-EPMA检测，对钕铁硼材料的垂直取向面进行抛光，采用场发射电子探针显微分析仪(FE-EPMA)(日本电子株式会社(JEOL)，8530F)检测。检测晶界中的R6T13Cu相和R6T13Al相，T指Fe和/或Co。测试结果如下表4所示。其中R6T13Cu相或R6T13Al相的占比指的是R6T13Cu相或R6T13Al相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比。
2、剩磁、矫顽力：烧结磁铁使用中国计量院的NIM-10000H型BH大块稀土永磁无损测量系统进行检测。并通过计算得出剩磁温度系数和矫顽力温度系数。测试结果如下表4所示。
其中，Br或Hcj均是指均值：通过测试同一批次中所有钕铁硼材料的剩磁或矫顽力，计算出的平均值。
3、钕铁硼材料的磁性能一致性检测
方形度＝Hk/Hcj；其中，Hk为当Br为90％Br时，外磁场H的值，Hcj为矫顽力。
相对磁导率为Br/Hcb；其中，Br为剩磁，Hcb为磁感矫顽力，当J-H曲线存在拐点时，磁导率在拐点之前取值。
Max(Hcj)-Min(Hcj)：同一实施例或同一对比例中矫顽力最大值减去矫顽力最小值，若大于1.5kOe，则是磁性能一致性差。
本发明每一实施例和对比例中制备出的是若干个钕铁硼材料，同一批次指的就是每一实施例和对比例中所获得的若干个钕铁硼材料。针对表4中的每项检测而言，每个钕铁硼材料指的是按照性能测试的单位切割出来10mm*10mm的圆柱体。
表4
Figure BDA0002396104460000191
Figure BDA0002396104460000201
注：“×”指的是不含R6T13Cu相或R6T13Al相。除Max(Hcj)-Min(Hcj)外，表4中的其余参数均是测量同一批次中的5个钕铁硼材料取的平均值。表4中20-80℃Br温度系数α(Br)％/℃、20-80℃Hcj温度系数β(Hcj)％/℃、20-150℃Br温度系数β(Hcj)％/℃、20-150℃Hcj温度系数β(Hcj)％/℃的数据是绝对值。

Claims (10)

1.一种钕铁硼材料的原料组合物，其特征在于，其包括如下质量含量的组分：R：28.5～34％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；
B：0.84～0.94％；
Cu：0.45<Cu≤2％；
Co：≤2.5％、但不为0；
Fe：61～69％；
N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；
当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.15～0.25％；
当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.2～0.35％；
当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.5％；
百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比。
2.如权利要求1所述的原料组合物，其特征在于，所述R的含量为29～33％，较佳地为29～32.5％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，所述Nd的含量为7.5～13％或者20～31.5％，较佳地为7.5～10.5％或者30～31.5％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，所述原料组合物中不含Ga；
和/或，所述原料组合物中不含Al；
和/或，所述原料组合物中，所述R还包括Pr；
和/或，所述Pr的含量在0.5％以下且不为0，或者为11.5～30％，较佳地为0.1～0.5％或者18.5～21.5％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，所述原料组合物中还包括RH，所述RH为重稀土元素；
其中，当所述原料组合物中包含RH时，所述RH的含量较佳地为1～2.5％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
其中，所述RH的种类包括Dy、Tb和Ho中的一种或多种；
当所述RH包含Dy时，所述Dy的含量较佳地为1～2.5％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
当所述RH包含Tb时，所述Tb的含量较佳地为1～2.5％；百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，所述B的含量为0.85～0.94％，较佳地为0.86～0.92％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，所述原料组合物中的所述R的原子百分比和所述B的原子百分比满足如下关系式：B/R≥0.38，式中，所述B在所述原料组合物中的原子百分比，所述R在所述原料组合物中的原子百分比；
和/或，所述Cu的含量为0.48～2％，较佳地为0.65～1.85％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，所述Co的含量为0.45～2.5％，较佳地为0.85～2％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，所述Fe的含量为61.2～68.7％，较佳地为63～68.61％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，当所述N包含Ti时，所述Ti的含量为0.18～0.25％，较佳地为0.22～0.25％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，当所述N包含Zr时，所述Zr的含量为0.25～0.35％，较佳地为0.26～0.32％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，当所述钕铁硼材料的原料组合物中包含Zr时，所述Zr的含量满足：0.20％≤Zr＜(3.48B-2.67)％，式中B指的是所述B占所述原料组合物总质量的质量百分比；
和/或，当所述N包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.3％，百分比为占所述原料组合物总质量的质量百分比。
3.如权利要求1或2所述的原料组合物，其特征在于，所述钕铁硼材料的原料组合物包括如下含量的组分：R：29～33％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；B：0.85～0.94％；Cu：0.48～2％；Co：0.45～2.5％；Fe：61.2～68.7％；N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.18～0.25％；当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.25～0.35％；当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.25～0.35％；所述百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比；
或者，所述钕铁硼材料的原料组合物包括如下含量的组分：R：29～33％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd和Pr；所述Pr的含量为0.1～0.5％或11.5～30％；B：0.86～0.92％；Cu：0.65～1.85％；Co：0.85～2％；Fe：63～68.61％；N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.22～0.25％；当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.26～0.32％；当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.3％；所述百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比；
或者，所述钕铁硼材料的原料组合物包括如下含量的组分：R：29.5～31％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；B：0.85～0.94％；Cu：0.48～2％；Co：0.45～2.5％；Ti：0.15～0.25％；Fe：62.8～68.8％；所述百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比；
或者，所述钕铁硼材料的原料组合物包括如下含量的组分：R：29～33％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；B：0.85～0.94％；Cu：0.48～2％；Co：0.45～2.5％；Zr：0.25～0.35％；Fe：63～68.8％；所述百分比为各组分质量占所述原料组合物总质量的质量百分比。
4.一种钕铁硼材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将如权利要求1～3所述钕铁硼材料的原料组合物经铸造、制粉、成型、烧结和时效处理即可；
所述时效处理包括一级时效处理和二级时效处理，所述一级时效处理的温度为830～870℃。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铸造之前还包括熔炼；
其中，所述熔炼的温度较佳地在1500℃以下；
和/或，所述铸造是以102℃/秒～104℃/秒的速度冷却；
其中，所述冷却较佳地通过辊轮中通入冷却水实现；
所述辊轮的进水温度较佳地≤25℃，更佳地为22.6～23.9℃；
和/或，所述制粉包括氢破工艺和气流磨工艺；
其中，所述氢破工艺较佳地包括吸氢、脱氢和冷却处理；
其中，所述气流磨工艺较佳地在在氧化气体含量120ppm以下的氮气气氛下进行；
其中，所述气流磨工艺的粉碎室压力较佳地为0.3～0.5MPa，例如0.38MPa；
其中，所述气流磨工艺的时间较佳地为2～4小时，例如3小时；
其中，所述气流磨工艺后，较佳地在粉体中添加润滑剂；所述润滑剂的添加量较佳地为混合后粉末重量的0.10～0.15％；
和/或，所述成型包括磁场成形法或热压热变形法；
和/或，所述烧结之前还包括预热；所述预热的温度较佳地为300～600℃；所述预热的时间较佳地为1～2h；
和/或，所述烧结的温度为1065～1090℃；
和/或，所述烧结的时间为5～10h；
和/或，所述一级时效处理的温度为840～865℃；
和/或，所述一级时效处理的时间为2～4h；
和/或，升温至所述一级时效处理的温度的速率为3～5℃/min；
和/或，所述二级时效处理的温度为440～470℃，较佳地为450～460℃；
和/或，所述二级时效处理的时间为2～4h；
其中，升温至所述一级时效处理的温度的速率较佳地为3～5℃/min。
6.一种如权利要求4或5所述的制备方法制得的钕铁硼材料。
7.一种钕铁硼材料，其特征在于，其包括如下质量含量的组分：R：28.5～34.01％；所述R为稀土元素，所述R至少包括Nd；
B：0.84～0.945％；
Cu：0.45<Cu≤2.03％；
Al：<0.08％；
Co：≤2.5％、但不为0；
Fe：61～69％；
N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；
当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.15～0.252％；
当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.2～0.35％；
当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.5％；
百分比为各组分质量占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；所述钕铁硼材料的晶界相中还包括R6T13Cu相；T为Fe和/或Co；所述R6T13M相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比在3.5％以上。
8.如权利要求7所述的钕铁硼材料，其特征在于，所述R6T13M相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比为5～10％；较佳地为5.5～8.5％；
和/或，所述R的含量为29～33.1％，较佳地为29～32.5％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，所述Nd的含量为7.5～13％或者19.9～31.5％，较佳地为7.5～10.51％或者30～31.5％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，所述钕铁硼材料中不含Ga；
和/或，所述钕铁硼材料中，所述R还包括Pr；
其中，所述Pr的含量较佳地在0.5％以下且不为0，或者为11.5～30％，更佳地为0.1～0.51％或者18.5～21.5％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，所述钕铁硼材料中还包括RH，所述RH为重稀土元素；
其中，当所述钕铁硼材料中包含RH时，所述RH的含量较佳地为1～2.5％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
其中，所述RH的种类较佳地包括Dy、Tb和Ho中的一种或多种；
当所述RH包含Dy时，所述Dy的含量较佳地为1～2.5％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
当所述RH包含Tb时，所述Tb的含量较佳地为1～2.5％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，所述B的含量0.85～0.942％，较佳地为0.86～0.922％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，所述钕铁硼材料中的所述R的原子百分比和所述B的原子百分比满足如下关系式：B/R≥0.38，式中，所述B在所述钕铁硼材料中的原子百分比，所述R在所述钕铁硼材料中的原子百分比；
和/或，所述Cu的含量为0.48～2.021％，较佳地为0.65～1.852％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，所述Al的含量为0.02～0.05％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，所述Co的含量为0.45～2.5％，较佳地为0.85～2％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，所述Fe的含量为61.2～68.7％，较佳地为63～68.61％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，当所述N包含Ti时，所述Ti的含量为0.18～0.252％，较佳地为0.22～0.252％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，当所述N包含Zr时，所述Zr的含量为0.25～0.35％，较佳地为0.26～0.323％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，所述N包含Zr时，所述Zr的含量满足：0.20％≤Zr＜(3.48B-2.67)％，式中B指的是所述B占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；
和/或，当所述N包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.302％，百分比为占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比。
9.如权利要求8所述的钕铁硼材料，其特征在于，所述钕铁硼材料包括如下含量的组分：R：29～33.1％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；B：0.85～0.942％；Cu：0.48～2.021％；Co：0.45～2.5％；61.2～68.7％；N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.18～0.252％；当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.25～0.35％；当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.3％；百分比为各组分质量占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；所述钕铁硼材料的晶界相中还包括R6T13Cu相；T为Fe和/或Co；所述R6T13Cu相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比为5～10％；
或者，所述钕铁硼材料包括如下含量的组分：R：29～33.1％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd和Pr；所述Pr的含量为0.1～0.5％或11.5～30％；B：0.86～0.922％；Cu：0.65～1.852％；Co：0.85～2％；Fe：63～68.61％；N：包含Ti、Zr和Nb中的一种或多种；当N中包含Ti时，所述Ti的含量为0.22～0.252％；当N中包含Zr时，所述Zr的含量为0.26～0.323％；当N中包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.302％；百分比为各组分质量占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；所述钕铁硼材料的晶界相中还包括R6T13Cu相；T为Fe和/或Co；所述R6T13M相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比为5.5～8.5％；
或者，所述钕铁硼材料包括如下含量的组分：R：29.5～31.1％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；B：0.85～0.942％；Cu：0.48～2.021％；Co：0.45～2.5％；Ti：0.15～0.252％；Fe：62.8～68.8％；百分比为各组分质量占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比所述钕铁硼材料的晶界相中还包括R6T13Cu相；T为Fe和/或Co；所述R6T13M相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比为5～8.5％；
或者，所述钕铁硼材料包括如下含量的组分：R：29～33％；所述R为稀土元素，所述R包括Nd；B：0.85～0.945％；Cu：0.48～2.021％；Co：0.45～2.5％；Zr：0.25～0.35％；Fe：63～68.8％；百分比为各组分质量占所述钕铁硼材料总质量的质量百分比；所述钕铁硼材料的晶界相中还包括R6T13Cu相；T为Fe和/或Co；所述R6T13M相的体积与“主相、晶界相和富稀土相”总体积的比为5.5～8.5％。
10.一种如权利要求6～9中任一项所述的钕铁硼材料作为电子元器件的应用。
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