一种钕铁硼磁体材料、原料组合物及制备方法、应用
技术领域
本发明涉及一种钕铁硼磁体材料、原料组合物及制备方法、应用。
背景技术
Nd-Fe-B永磁材料以Nd2Fel4B化合物为基体,具有磁性能高、热膨胀系数小、易加工和价格低等优点,自问世以来,以平均每年20-30%的速度增长,成为应用最广泛的永磁材料。按制备方法,Nd-Fe-B永磁体可分为烧结、粘结和热压三种,其中烧结磁体占总产量的80%以上,应用最广泛。
随着制备工艺和磁体成分的不断优化,烧结Nd-Fe-B磁体的最大磁能积已接近理论值。随着近年来风力发电、混合动力汽车和变频空调等新兴行业的蓬勃发展对高性能Nd-Fe-B磁体的需求越来越大,同时,这些高温领域的应用也对烧结Nd-Fe-B磁体的性能尤其是高温性能提出了更高的要求。
现有技术中,在制作耐热、耐蚀型烧结Nd-Fe-B磁体时,Co是用得最多而且最有效的元素。这是因为添加Co能够降低磁感可逆温度系数温度系数,有效提高居里温度,并且可以提高NdFeB磁体抗腐蚀性能。但是,Co的加入容易造成矫顽力急剧下降,并且Co的成本较高。Al虽然改善烧结Nd-Fe-B磁体矫顽力的有效元素之一,Al的添加能在烧结过程中降低主相与周围液相的浸润角,从而通过改善主相与富Nd相之间的微结构而提高矫顽力,Al添加可以能补偿Co添加造成的矫顽力降低。然而Al的过量加入会恶化剩磁和居里温度。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的钕铁硼磁体通过添加Co来提高居里温度和抗腐蚀性能、而Co又容易造成矫顽力急剧下降以及价格昂贵的缺陷以及Al会恶化剩磁和居里温度的缺陷,而提供了一种钕铁硼磁体材料、原料组合物及制备方法、应用。本发明的磁体材料具有高剩磁、高矫顽力以及高温性能好的优势。
本发明是通过以下技术方案来解决上述技术问题的:
本发明提供了一种钕铁硼磁体材料A的原料组合物,其包含:
R:29.5-32.5wt%;
所述R为稀土元素、且包括熔炼用稀土金属R1和晶界扩散用稀土金属R2;所述R1包括Nd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;所述R2包括Dy和/或Tb;所述R2的含量为0.2-1wt%;
Co:0~0.5wt%;
B:0.9-1.05wt%;
Cu:0~0.35wt%、且不为0;
Ga:0~0.35wt%、且不为0;
Al:0~0.5wt%;
X:0.05~0.45wt%;所述X的种类包括Ti、Nb、Zr、Hf、V、Mo、W、Ta和Cr中的一种或多种;
Fe:65~70wt%;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料A的原料组合物的重量百分比;
所述原料组合物中不含Gd。
本发明中,所述R的含量较佳地为30~32wt%,例如30.7wt%、30.93wt%、31wt%、31.4wt%、31.5wt%或者31.7wt%。
本发明中,所述R1中Nd含量可为本领域常规,较佳地为16-32wt%,更佳地为16.8wt%、17.925wt%、18wt%、19wt%、19.4475wt%、19.05wt%、19.5wt%、20.175wt%、21.3wt%、21.75wt%、26.375wt%或者31wt%。
本发明中,所述R1中的Nd的添加形式为本领域常规,例如以PrNd的形式,或者,以纯净的Nd的形式,或者以纯净的Pr和Nd的混合物的形式,或者以PrNd、纯净的Pr和Nd的混合物联合添加。当以PrNd的形式添加时,PrNd中Pr与Nd的重量比为25:75或20:80。
本发明中,所述R1中的Nd以PrNd的形式添加时,PrNd的用量较佳地为0.5~29wt%,更佳地为1wt%、22.4wt%、23.9wt%、24wt%、25.4wt%、25.93wt%、26wt%、26.9wt%或者28.4wt%,wt%为元素占所述钕铁硼磁体材料A的原料组合物的重量百分比。
本发明中,所述R1中Ho含量较佳地为0-10wt%、且不为0,更佳地为0.1~10wt%,最佳地为1~9wt%,例如1.3wt%、2.5wt%、4wt%、4.5wt%、5.5wt%、6.4wt%、6.7wt%、7wt%或者8.5wt%。
本发明中,所述R1较佳地不含有Ho以外的重稀土金属。所述重稀土金属的定义或种类均为本领域常规,所述重稀土金属例如可包括钆及钆以后的铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇等9个元素。
本发明中,所述R1还可包括本领域其他常规的稀土元素,例如包括Pr和/或Sm。
其中,当所述R1包含Pr时,Pr的添加形式为本领域常规,例如以PrNd的形式,或者,以纯净的Pr和Nd的混合物的形式,或者以PrNd、纯净的Pr和Nd的混合物联合添加。当以PrNd的形式添加时,PrNd中Pr与Nd的重量比为25:75或20:80。
其中,当所述R1包含Pr时,所述Pr的含量较佳地为0-16wt%、且不为0,更佳地为0.2~15wt%,例如0.325wt%、2.75wt%、3.3wt%、5.6wt%、5.975wt%、6wt%、6.35wt%、6.4825wt%、6.5wt%、6.725wt%或者7.1wt%,其中百分比为占所述钕铁硼磁体材料A的原料组合物总重量的百分比。
其中,当所述R1包含Sm时,所述Sm的含量较佳地为0-3wt%,例如2wt%,其中百分比为占所述钕铁硼磁体材料A的原料组合物总重量的百分比。
本发明中,所述R2的含量较佳地为0.2-0.9wt%,例如0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%或者0.8wt%。
当所述R2包括Dy时,所述Dy的含量较佳地为0.2-0.9wt%,更佳地为0.25-0.75wt%,例如0.5wt%。
当所述R2包括Tb时,所述Tb的含量较佳地为0.4-0.9wt%,更佳地为0.25-0.8wt%,例如0.2wt%、0.5wt%、0.6wt%或者0.7wt%。
本发明中,当所述R2为Dy和Tb的混合物时,Dy和Tb的重量比可为本领域常规,一般为1:99-99:1,例如50:50、60:40、25:75或者40:60。
本发明中,所述R2还可包括DyCuGa合金和/或TbCuGa合金。合金中的稀土元素都可以通过晶界扩散原理,形成扩散稀土元素的壳层。所述DyCuGa合金中,较佳地Dy含量≥75wt%,上述百分比为Dy用量占所述DyCuGa合金总重量的百分比。所述TbCuGa合金中,较佳地Tb含量≥75wt%,上述百分比为Tb用量占所述TbCuGa合金总重量的百分比。
本发明中,所述Co的含量范围较佳地为0.02-0.45wt%,例如0.1wt%、0.2wt%、0.25wt%、0.3wt%、0.35wt%、或者0.4wt%。
本发明中,所述B的含量较佳地为0.92-1.02wt%,例如0.94wt%、0.9wt%或者0.99wt%。
本发明中,所述Cu的含量较佳地为0.05-0.3wt%,更佳地为0.1-0.3wt%,例如0.15wt%、0.2wt%或者0.25wt%。
本发明中,所述Ga的含量较佳地为0.02-0.3wt%,例如0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.2wt%或者0.25wt%。
本发明中,所述Al的含量较佳地为0-0.3wt%,更佳地为0~0.1wt%,最佳地为0~0.04wt%,例如0wt%、0.02wt%、0.03wt%或者0.04wt%。其中当Al的含量为0~0.1wt%时,Al的可以为制备钕铁硼材料的过程中引入的杂质Al含量范围,或者也可以为额外添加的Al含量。当Al的含量为0~0.04wt%时,该范围可为制备钕铁硼材料的过程中引入的杂质Al含量范围。
本发明中,所述X的种类较佳地为Ti、Nb、Zr和Hf中的一种或多种,更佳地为Ti、Nb、Zr或Hf。
本发明中,所述X的种类可为“Cr和Ti的混合物”、“Nb、Mo、W和Ta的混合物”、“Hf、W、Ta和Cr的混合物”或者“Nb和V的混合物”。
本发明中,所述X的种类可为V、Mo、W、Ta或者Cr。
本发明中,所述X的含量较佳地为0.1-0.4wt%,例如0.14wt%、0.15wt%、0.18wt%、0.2wt%、0.25wt%或者0.33wt%。
当所述X包括Zr时,所述Zr的含量较佳地为0.05-0.25wt%,例如0.1wt%或者0.2wt%。
当所述X包括Ti时,所述Ti的含量较佳地为0.05-0.2wt%,例如0.08wt%、0.1wt%、0.14wt%或者0.15wt%。
当所述X包括Nb时,所述Nb的含量较佳地为0.02-0.4wt%,例如0.1wt%、0.15wt%或者0.25wt%。
当所述X包括Hf时,所述Hf的含量较佳地为0.02-0.1wt%,例如0.03wt%或者0.1wt%。
当所述X包括V时,所述V的含量较佳地为0.02-0.1wt%,例如0.03wt%。
当所述X包括Mo时,所述Mo的含量较佳地为0.008-0.05wt%,例如0.01wt%。
当所述X包括W时,所述W的含量较佳地为0.01-0.1wt%,例如0.05wt%。
当所述X包括Ta时,所述Ta的含量较佳地为0.01-0.1wt%,例如0.05wt%。
当所述X包括Cr时,所述Cr的含量较佳地为0.05-0.15wt%,例如0.1wt%。
当所述X包括Cr和Ti时,Cr和Ti的重量比较佳地为1:(0.5-1.0),例如1:0.8。
当所述X包括Nb、Mo、W和Ta时,Nb、Mo、W和Ta的重量比较佳地为(0.15-0.25):(0.8-1.2):(0.8-1.2):1,例如2:1:1:1。
当所述X包括Hf、W、Ta和Cr时,Hf、W、Ta和Cr的重量比较佳地为(0.25-0.35):(0.8-1.2):(0.8-1.2):1,例如3:1:1:1。
当所述X包括Nb和V时,Nb和V的重量比较佳地为(35-45):5,例如40;5。
本发明中,所述钕铁硼磁体材料A的原料组合物还可包括Mn。所述Mn的含量范围较佳地≤0.035wt%,更佳地≤0.0175wt%,上述百分比为Mn相对于原料组合物总量的重量百分比。
本发明中,较佳地,所述钕铁硼磁体材料A的原料组合物包括:
R:30.5-32wt%;所述R为稀土元素、且包括熔炼用稀土金属R1和晶界扩散用稀土金属R2;
R1:包括PrNd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;PrNd:22.9-29wt%;Ho:2.5-8.5wt%;
R2包括Dy和/或Tb;R2:0.25-0.8wt%;
Co:0~0.25wt%;
B:0.9-1.05wt%;
Cu:0.05~0.35wt%;
Ga:0.05~0.35wt%;
Al:0~0.1wt%;
X:0.05~0.25wt%;所述X的种类包括Ti、Nb、Zr、Hf中的一种或多种;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料A的原料组合物的重量百分比;
所述原料组合物中不含Gd;
余量为Fe及不可避免的杂质。
更佳地,所述钕铁硼磁体材料A的原料组合物包括:
R:30.5-32wt%;所述R为稀土元素、且包括熔炼用稀土金属R1和晶界扩散用稀土金属R2;
R1:包括PrNd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;PrNd:22.9-29wt%;Ho:2.5-8.5wt%;
R2包括Dy和/或Tb;R2:0.3-0.6wt%;
Co:0~0.1wt%(更佳地为0wt%);
B:0.9-1.0wt%;
Cu:0.05~0.35wt%;
Ga:0.05~0.35wt%;
Al:0~0.5wt%;
X:0.1~0.2wt%;所述X的种类包括Ti和/或Zr;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料A的原料组合物的重量百分比;
所述原料组合物中不含Gd;
余量为Fe及不可避免的杂质。
在本发明较佳实施方式中,所述钕铁硼磁体材料A的原料组合物可为下述编号1-17中的任意一种(wt%):
本发明还提供了一种钕铁硼磁体材料A的制备方法,其采用如上所述的原料组合物进行制备,所述制备方法为本领域常规的扩散制法,其中,所述R1元素在熔炼步骤中添加,所述R2元素在晶界扩散步骤中添加。
本发明中,所述制备方法较佳地包括如下步骤:将上述钕铁硼磁体材料A的原料组合物中除所述R2以外的元素经熔炼、制粉、成型、烧结得烧结体,接着将所述的烧结体与所述R2的混合物经晶界扩散即可。
本发明中,所述熔炼的操作和条件可为本领域常规的熔炼工艺,一般将所述钕铁硼磁体材料A中除R2以外的元素采用铸锭工艺和速凝片工艺进行熔炼浇铸,得到合金片。
本领域技术人员知晓,因熔炼和烧结工艺中通常会损耗稀土元素,为保证终产品的质量,一般会在熔炼过程中在原料组合物的配方基础中额外添加0~0.3wt%的稀土元素(一般为Nd元素),百分比为额外添加的稀土元素的含量占所述原料组合物的总含量的重量百分比;另外这部分额外添加的稀土元素的含量不计入原料组合物的范畴。
本发明中,所述熔炼的温度可为1300~1700℃。
本发明中,所述熔炼的设备一般为高频真空熔炼炉和/或中频真空熔炼炉,所述中频真空熔炼炉例如中频真空感应速凝甩带炉。
本发明中,所述制粉的操作和条件可为本领域常规制粉工艺,一般包括氢破制粉和/或气流磨制粉。
所述氢破制粉一般包括吸氢、脱氢和冷却处理。所述吸氢的温度一般为20~200℃。所述脱氢的温度一般为400~650℃。所述吸氢的压力一般为50~600kPa。
所述气流磨制粉一般在0.1~2MPa,优选0.5~0.7MPa(例如0.65MPa)的条件下进行气流磨制粉。所述气流磨制粉中的气流例如可为氮气和/或氩气。所述气流磨制粉的效率可根据设备不同有所差别,例如可为30-400kg/h,优选200kg/h。
本发明中,所述成型的操作和条件可为本领域常规的成型工艺。例如磁场成型法。所述的磁场成型法的磁场强度一般在1.5T以上。
本发明中,所述烧结的操作和条件可为本领域常规的烧结工艺,例如真空烧结工艺和/或惰性气氛烧结工艺。所述真空烧结工艺或所述惰性气氛烧结工艺均为本领域常规操作。当采用惰性气氛烧结工艺时,所述烧结开始阶段可在真空度低于5×10-1Pa的条件下进行。所述惰性气氛可为本领域常规的含有惰性气体的气氛,例如氦气、氩气。
本发明中,所述烧结的温度可为1000~1200℃,较佳地为1030-1090℃。
本发明中,所述烧结的时间可为0.5~10h,较佳地为2-8h。
本发明中,本领域技术人员知晓,在所述的晶界扩散之前一般还包括将所述R2附着在基材表面的操作。较佳地通过下述方法将所述R2附着在基材表面:涂覆或喷涂、磁控等离子溅射或蒸镀法。
当采用涂覆操作时,所述R2一般是以氟化物或低熔点合金的形式涂覆或喷涂在基材表面。当所述R2包括Tb时,较佳地,Tb以Tb的合金或氟化物的形式涂覆或喷涂在基材表面。当所述R2包含Dy时,较佳地,Dy以Dy的合金或氟化物的形式涂覆或喷涂在基材表面。
当采用磁控等离子溅射时,所述R2一般是通过下述步骤附着在所述基材表面:通过惰性气体轰击含有所述R2的靶材,产生含有所述R2的离子,经过磁场的控制均匀附着在基材表面。
当采用蒸镀法的操作时,所述R2一般是通过下述步骤附着在所述基材表面:在一定真空度和温度下,含有所述R2的重稀土产生含有所述R2的蒸汽,所述R2富集到基材表面。所述真空度可为本领域常规,较佳地为5Pa-5×10-2Pa。所述温度可为本领域常规,较佳地为500-900℃。
本发明中,所述晶界扩散处理的操作和条件可为本领域常规的晶界扩散工艺。
其中,所述晶界扩散的温度可为800~1000℃,优选850-950℃。
其中,所述晶界扩散的时间可为12~90h。
本发明中,所述晶界扩散之后,按照本领域常规还进行热处理。
其中,所述热处理的温度可为450℃~600℃,例如480-510℃。
其中,所述热处理的时间可为1~4h,例如1~3h。
本发明还提供了一种由如上所述的制备方法制得的钕铁硼磁体材料A。
本发明还提供了一种钕铁硼磁体材料A,其包含:
R:29.5-32.5wt%;
所述R为稀土元素、且包括R1和R2;
所述R1包括Nd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;
所述R2包括Dy和/或Tb;所述R2的含量为0.2-1wt%;
Co:0~0.5wt%;
B:0.9-1.05wt%;
Cu:0~0.35wt%、且不为0;
Ga:0~0.35wt%、且不为0;
Al:0~0.5wt%;
X:0.05~0.45wt%;所述X的种类包括Ti、Nb、Zr、Hf、V、Mo、W、Ta和Cr中的一种或多种;
Fe:65~70wt%;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料A的重量百分比;
所述钕铁硼磁体材料A中不含有Gd;
所述钕铁硼磁体材料A包含Nd2Fel4B晶粒和其壳层、晶界外延层和富钕相;
所述R1中的Ho主要分布在所述Nd2Fel4B晶粒和所述晶界外延层,所述R2主要分布在所述壳层和所述富钕相;
所述钕铁硼磁体材料A的晶界连续性为96%以上。
本发明中,“R1中的Ho主要分布在所述Nd2Fel4B晶粒和所述晶界外延层”中的“主要分布”一般是指该元素的95%以上,只有少部分会分布在富钕相。“R2主要分布在所述壳层和所述富钕相”可理解为,本领域常规的晶界扩散工艺引起的R2主要分布(一般是指95%以上)在主相晶粒的壳层和晶界,少部分也会扩散进入到主相晶粒中,例如在主相晶粒的外缘。
本发明中,所述晶界外延层一般是指邻接富钕相和主相颗粒的二颗粒晶界处,也可以称为“二颗粒晶界”或者称为“主相和富钕相的晶界边沿壳层结构”。
本发明中,所述富钕相为本领域常规理解的富钕相,本领域中,晶界结构中的相结构大部分为富钕相。
本发明中,晶界连续性的计算方式是指晶界中除空洞外的物相(例如富钕相、晶界外延层中的相等)占据的长度与总晶界长度的比值。晶界连续性超过96%即可称为连续通道。
本发明中,所述晶界连续性较佳地为96.2~97.3%,例如96.2%、96.3%、96.4%、96.5%、96.6%、96.7%、96.8%、97.1%、97.2%或者97.3%。
本发明中,在所述晶界外延层中(即主相和富钕相的晶界边沿壳层结构中),形成RxHoyCuzXl新的物相结构,其中R为Nd或/和Pr,x=40-85,y=0.1-10,z=0.1-2.0,所述X包括Ti、Nb、Zr、Hf、V、Mo、W、Ta和Cr中的一种或多种,l=3-7。
本发明中,所述R的含量较佳地为30~32wt%,例如30.7wt%、30.93wt%、31wt%、31.4wt%、31.5wt%或者31.7wt%。
本发明中,所述R1中Nd含量可为本领域常规,较佳地为16-32wt%,更佳地为16.8wt%、17.925wt%、18wt%、19wt%、19.4475wt%、19.05wt%、19.5wt%、20.175wt%、21.3wt%、21.75wt%、26.375wt%或者31wt%。
本发明中,所述R1中的Nd的添加形式为本领域常规,例如以PrNd的形式,或者,以纯净的Nd的形式,或者以纯净的Pr和Nd的混合物的形式,或者以PrNd、纯净的Pr和Nd的混合物联合添加。当以PrNd的形式添加时,PrNd中Pr与Nd的重量比为25:75或20:80。
本发明中,所述R1中的Nd以PrNd的形式添加时,PrNd的用量较佳地为0.5~29wt%,更佳地为1wt%、22.4wt%、23.9wt%、24wt%、25.4wt%、25.93wt%、26wt%、26.9wt%或者28.4wt%,wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料A的重量百分比。
本发明中,所述R1中Ho含量较佳地为0-10wt%、且不为0,更佳地为0.1~10wt%,最佳地为1~9wt%,例如1.3wt%、2.5wt%、4wt%、4.5wt%、5.5wt%、6.4wt%、6.7wt%、7wt%或者8.5wt%。
本发明中,所述R1较佳地不含有Ho以外的重稀土金属。所述重稀土金属的定义或种类均为本领域常规,所述重稀土金属例如可包括钆及钆以后的铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇等9个元素。
本发明中,所述R1还可包括本领域其他常规的稀土元素,例如包括Pr和/或Sm。
其中,当所述R1包含Pr时,Pr的添加形式为本领域常规,例如以PrNd的形式,或者,以纯净的Pr和Nd的混合物的形式,或者以PrNd、纯净的Pr和Nd的混合物联合添加。当以PrNd的形式添加时,PrNd中Pr与Nd的重量比为25:75或20:80。
其中,当所述R1包含Pr时,所述Pr的含量较佳地为0-16wt%、且不为0,更佳地为0.2~15wt%,例如0.325wt%、2.75wt%、3.3wt%、5.6wt%、5.975wt%、6wt%、6.35wt%、6.4825wt%、6.5wt%、6.725wt%或者7.1wt%,其中百分比为占所述钕铁硼磁体材料A的百分比。
其中,当所述R1包含Sm时,所述Sm的含量较佳地为0-3wt%,例如2wt%,其中百分比为占所述钕铁硼磁体材料A的重量百分比。
本发明中,所述R2的含量较佳地为0.2-0.9wt%,例如0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%或者0.8wt%。
当所述R2包括Dy时,所述Dy的含量较佳地为0.2-0.9wt%,更佳地为0.25-0.75wt%,例如0.5wt%。
当所述R2包括Tb时,所述Tb的含量较佳地为0.4-0.9wt%,更佳地为0.25-0.8wt%,例如0.2wt%、0.5wt%、0.6wt%或者0.7wt%。
本发明中,当所述R2为Dy和Tb的混合物时,Dy和Tb的重量比可为本领域常规,一般为1:99-99:1,例如50:50、60:40、25:75或者40:60。
本发明中,所述Co的含量范围较佳地为0.02-0.45wt%,例如0.1wt%、0.2wt%、0.25wt%、0.3wt%、0.35wt%、或者0.4wt%。
本发明中,所述B的含量较佳地为0.92-1.02wt%,例如0.94wt%、0.9wt%或者0.99wt%。
本发明中,所述Cu的含量较佳地为0.05-0.3,更佳地为0.1-0.3wt%,例如0.15wt%、0.2wt%或者0.25wt%。
本发明中,所述Ga的含量较佳地为0.02-0.3wt%,例如0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.2wt%或者0.25wt%。
本发明中,所述Al的含量较佳地为0-0.3wt%,更佳地为0~0.1wt%,最佳地为0~0.04wt%,例如0wt%、0.02wt%、0.03wt%或者0.04wt%。其中当Al的含量为0~0.1wt%时,Al的可以为制备钕铁硼材料的过程中引入的杂质Al含量范围,或者也可以为额外添加的Al含量。当Al的含量为0~0.04wt%时,该范围可为制备钕铁硼材料的过程中引入的杂质Al含量范围。
本发明中,所述X的种类较佳地为Ti、Nb、Zr和Hf中的一种或多种,更佳地为Ti、Nb、Zr或Hf。
本发明中,所述X的种类可为“Cr和Ti的混合物”、“Nb、Mo、W和Ta的混合物”、“Hf、W、Ta和Cr的混合物”或者“Nb和V的混合物”。
本发明中,所述X的种类可为V、Mo、W、Ta或者Cr。
本发明中,所述X的含量较佳地为0.1-0.4wt%,例如0.14wt%、0.15wt%、0.18wt%、0.2wt%、0.25wt%或者0.33wt%。
当所述X包括Zr时,所述Zr的含量较佳地为0.05-0.25wt%,例如0.1wt%或者0.2wt%。
当所述X包括Ti时,所述Ti的含量较佳地为0.05-0.2wt%,例如0.08wt%、0.1wt%、0.14wt%或者0.15wt%。
当所述X包括Nb时,所述Nb的含量较佳地为0.02-0.4wt%,例如0.1wt%、0.15wt%或者0.25wt%。
当所述X包括Hf时,所述Hf的含量较佳地为0.02-0.1wt%,例如0.03wt%或者0.1wt%。
当所述X包括V时,所述V的含量较佳地为0.02-0.1wt%,例如0.03wt%。
当所述X包括Mo时,所述Mo的含量较佳地为0.008-0.05wt%,例如0.01wt%。
当所述X包括W时,所述W的含量较佳地为0.01-0.1wt%,例如0.05wt%。
当所述X包括Ta时,所述Ta的含量较佳地为0.01-0.1wt%,例如0.05wt%。
当所述X包括Cr时,所述Cr的含量较佳地为0.05-0.15wt%,例如0.1wt%。
当所述X包括Cr和Ti时,Cr和Ti的重量比较佳地为1:(0.5-1.0),例如1:0.8。
当所述X包括Nb、Mo、W和Ta时,Nb、Mo、W和Ta的重量比较佳地为(0.15-0.25):(0.8-1.2):(0.8-1.2):1,例如2:1:1:1。
当所述X包括Hf、W、Ta和Cr时,Hf、W、Ta和Cr的重量比较佳地为(0.25-0.35):(0.8-1.2):(0.8-1.2):1,例如3:1:1:1。
当所述X包括Nb和V时,Nb和V的重量比较佳地为(35-45):5,例如40;5。
本发明中,所述钕铁硼磁体材料A还可包括Mn。所述Mn的含量范围较佳地≤0.035wt%,更佳地≤0.0175wt%,上述百分比为Mn相对于钕铁硼磁体材料A总量的重量百分比。
本发明中,较佳地,所述钕铁硼磁体材料A包括:
R:30.5-32wt%;所述R为稀土元素、且包括R1和R2;
R1:包括PrNd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;PrNd:22.9-29wt%;Ho:2.5-8.5wt%;
R2包括Dy和/或Tb;R2:0.25-0.8wt%;
Co:0~0.25wt%;
B:0.9-1.05wt%;
Cu:0.05~0.35wt%;
Ga:0.05~0.35wt%;
Al:0~0.1wt%;
X:0.05~0.25wt%;所述X的种类包括Ti、Nb、Zr、Hf中的一种或多种;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料A的重量百分比;
所述钕铁硼磁体材料A中不含Gd;
余量为Fe及不可避免的杂质。
更佳地,所述钕铁硼磁体材料A包括:
R:30.5-32wt%;所述R为稀土元素、且包括R1和R2;
R1:包括PrNd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;PrNd:22.9-29wt%;Ho:2.5-8.5wt%;
R2包括Dy和/或Tb;R2:0.3-0.6wt%;
Co:0~0.1wt%(更佳地为0wt%);
B:0.9-1.0wt%;
Cu:0.05~0.35wt%;
Ga:0.05~0.35wt%;
Al:0~0.5wt%;
X:0.1~0.2wt%;所述X的种类包括Ti和/或Zr;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料A的重量百分比;
所述钕铁硼磁体材料A中不含Gd;
余量为Fe及不可避免的杂质。
在本发明较佳实施方式中,所述钕铁硼磁体材料A可为下述编号1-17中的任意一种(wt%):
本发明还提供了一种钕铁硼磁体材料B的原料组合物,其包含:
R:29-32.5wt%;
所述R为稀土元素、且包括Nd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;
Co:0~0.5wt%;
B:0.9-1.05wt%;
Cu:0~0.35wt%、且不为0;
Ga:0~0.35wt%、且不为0;
Al:0~0.5wt%;
X:0.05~0.45wt%;所述X的种类包括Ti、Nb、Zr、Hf、V、Mo、W、Ta和Cr中的一种或多种;
Fe:66~70wt%;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料B的原料组合物的重量百分比;
所述原料组合物中不含有Gd。
本发明中,所述R的含量较佳地为29.1~32.46wt%,例如29.99wt%、31.01wt%、31.02wt%、31.03wt%、31.04wt%、31.12wt%、30.56wt%或者30.63wt%。
本发明中,所述R中Nd含量可为本领域常规,较佳地为16-32wt%,更佳地为16.88wt%、18.02wt%、18.09wt%、19.1wt%、19.15wt%、19.55wt%、19.60wt%、20.18wt%、20.28wt%、21.41wt%、26.26wt%、21.92%、26.64%或者31.16wt%。
本发明中,所述R中的Nd的添加形式为本领域常规,例如以PrNd的形式,或者,以纯净的Nd的形式,或者以纯净的Pr和Nd的混合物的形式,或者以PrNd、纯净的Pr和Nd的混合物联合添加。当以PrNd的形式添加时,PrNd中Pr与Nd的重量比为25:75或20:80。
本发明中,所述R中的Nd以PrNd的形式添加时,PrNd的用量较佳地为0.5~29wt%,更佳地为1wt%、22.51wt%、24.02wt%、24.12wt%、25.53wt%、26.06wt%、26.13wt%、27.04wt%或者28.54wt%,wt%为元素占所述钕铁硼磁体材料B的原料组合物的重量百分比。
本发明中,所述R中Ho含量较佳地为0-10wt%、且不为0,更佳地为0.1~10wt%,最佳地为1~9wt%,例如1.3wt%、2.5wt%、4wt%、4.5wt%、5.5wt%、6.45wt%、6.7wt%、7wt%或者8.5wt%。
本发明中,所述R较佳地不含有Ho以外的重稀土金属。所述重稀土金属的定义或种类均为本领域常规,所述重稀土金属例如可包括钆及钆以后的铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇等9个元素。
本发明中,所述R还可包括本领域其他常规的稀土元素,例如包括Pr和/或Sm。
其中,当所述R包含Pr时,Pr的添加形式为本领域常规,例如以PrNd的形式,或者,以纯净的Pr和Nd的混合物的形式,或者以PrNd、纯净的Pr和Nd的混合物联合添加。当以PrNd的形式添加时,PrNd中Pr与Nd的重量比为25:75或20:80。
其中,当所述R包含Pr时,所述Pr的含量较佳地为0-16wt%,更佳地为0.2~15wt%,例如0.33wt%、2.75wt%、3.3wt%、5.63wt%、6.01wt%、6.03wt%、6.38wt%、6.52wt%、6.53wt%、6.76wt%或者7.14wt%,其中百分比为占所述钕铁硼磁体材料B的原料组合物总重量的百分比。
其中,当所述R包含Sm时,所述Sm的含量较佳地为0-3wt%,例如2.02wt%,其中百分比为占所述钕铁硼磁体材料B的原料组合物总重量的百分比。
本发明中,所述Co的含量范围较佳地为0.02-0.45wt%,例如0.1wt%、0.2wt%、0.25wt%、0.3wt%、0.35wt%、或者0.4wt%。
本发明中,所述B的含量较佳地为0.92-1.02wt%,例如0.94wt%、0.9wt%或者0.99wt%。
本发明中,所述Cu的含量较佳地为0.05-0.3wt%,更佳地为0.1-0.3wt%,例如0.15wt%、0.2wt%或者0.25wt%。
本发明中,所述Ga的含量较佳地为0.02-0.3wt%,例如0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.2wt%或者0.25wt%。
本发明中,所述Al的含量较佳地为0-0.3wt%,更佳地为0~0.1wt%,最佳地为0~0.04wt%,例如0wt%、0.02wt%、0.03wt%或者0.04wt%。其中当Al的含量为0~0.1wt%时,Al的可以为制备钕铁硼材料的过程中引入的杂质Al含量范围,或者也可以为额外添加的Al含量。当Al的含量为0~0.04wt%时,该范围可为制备钕铁硼材料的过程中引入的杂质Al含量范围。
本发明中,所述X的种类较佳地为Ti、Nb、Zr和Hf中的一种或多种,更佳地为Ti、Nb、Zr或Hf。
本发明中,所述X的种类可为“Cr和Ti的混合物”、“Nb、Mo、W和Ta的混合物”、“Hf、W、Ta和Cr的混合物”或者“Nb和V的混合物”。
本发明中,所述X的种类可为V、Mo、W、Ta或者Cr。
本发明中,所述X的含量较佳地为0.1-0.4wt%,例如0.14wt%、0.15wt%、0.18wt%、0.2wt%、0.25wt%或者0.33wt%。
当所述X包括Zr时,所述Zr的含量较佳地为0.05-0.25wt%,例如0.1wt%或者0.2wt%。
当所述X包括Ti时,所述Ti的含量较佳地为0.05-0.2wt%,例如0.08wt%、0.1wt%、0.14wt%或者0.15wt%。
当所述X包括Nb时,所述Nb的含量较佳地为0.02-0.4wt%,例如0.1wt%、0.15wt%或者0.25wt%。
当所述X包括Hf时,所述Hf的含量较佳地为0.02-0.1wt%,例如0.03wt%或者0.1wt%。
当所述X包括V时,所述V的含量较佳地为0.02-0.1wt%,例如0.03wt%。
当所述X包括Mo时,所述Mo的含量较佳地为0.008-0.05wt%,例如0.01wt%。
当所述X包括W时,所述W的含量较佳地为0.01-0.1wt%,例如0.05wt%。
当所述X包括Ta时,所述Ta的含量较佳地为0.01-0.1wt%,例如0.05wt%。
当所述X包括Cr时,所述Cr的含量较佳地为0.05-0.15wt%,例如0.1wt%。
当所述X包括Cr和Ti时,Cr和Ti的重量比较佳地为1:(0.5-1.0),例如1:0.8。
当所述X包括Nb、Mo、W和Ta时,Nb、Mo、W和Ta的重量比较佳地为(0.15-0.25):(0.8-1.2):(0.8-1.2):1,例如2:1:1:1。
当所述X包括Hf、W、Ta和Cr时,Hf、W、Ta和Cr的重量比较佳地为(0.25-0.35):(0.8-1.2):(0.8-1.2):1,例如3:1:1:1。
当所述X包括Nb和V时,Nb和V的重量比较佳地为(35-45):5,例如40;5。
本发明中,所述钕铁硼磁体材料B的原料组合物还可包括Mn。所述Mn的含量范围较佳地≤0.035wt%,更佳地≤0.0175wt%,上述百分比为Mn相对于原料组合物总量的重量百分比。
本发明中,较佳地,所述钕铁硼磁体材料B的原料组合物包括:
R:30-32wt%;所述R为稀土元素、且包括PrNd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;PrNd:22.9-29wt%;Ho:2.5-8.5wt%;
Co:0~0.25wt%;
B:0.9-1.05wt%;
Cu:0.05~0.35wt%;
Ga:0.05~0.35wt%;
Al:0~0.1wt%;
X:0.05~0.25wt%;所述X的种类包括Ti、Nb、Zr、Hf中的一种或多种;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料B的原料组合物的重量百分比;
所述原料组合物中不含Gd;
余量为Fe及不可避免的杂质。
更佳地,所述钕铁硼磁体材料B的原料组合物包括:
R:30.5-31.5wt%;所述R为稀土元素、且包括PrNd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;PrNd:24-26.5wt%;Ho:2.5-8.5wt%;
Co:0~0.1wt%(更佳地为0wt%);
B:0.9-1.0wt%;
Cu:0.05~0.35wt%;
Ga:0.05~0.35wt%;
Al:0~0.5wt%;
X:0.1~0.2wt%;所述X的种类包括Ti和/或Zr;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料B的原料组合物的重量百分比;
所述原料组合物中不含Gd;
余量为Fe及不可避免的杂质。
在本发明较佳实施方式中,所述钕铁硼磁体材料B的原料组合物可为下述编号1-16中的任意一种(wt%):
本发明还提供了一种钕铁硼磁体材料B的制备方法,将上述钕铁硼磁体材料B的原料组合物经熔炼、制粉、成型、烧结即可。
其中,所述熔炼、所述制粉、所述成型和所述烧结的过程与上述相同。
本发明还提供了一种由如上所述的制备方法制得的钕铁硼磁体材料B。
本发明还提供了一种钕铁硼磁体材料B,其包含:
R:29-32.5wt%;
所述R为稀土元素、且包括Nd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;
B:0.9-1.05wt%;
Co:0~0.5wt%;
Cu:0~0.35wt%、且不为0;
Ga:0~0.35wt%、且不为0;
Al:0~0.5wt%;
X:0.05~0.45wt%;所述X的种类包括Ti、Nb、Zr、Hf、V、Mo、W、Ta和Cr中的一种或多种;
Fe:66~70wt%;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料B的重量百分比;
所述钕铁硼磁体材料B中不含Gd;
所述钕铁硼磁体材料B包含Nd2Fel4B晶粒和其壳层、晶界外延层和富钕相;所述R中的Ho主要分布在所述Nd2Fel4B晶粒和所述晶界外延层。
本发明中,所述钕铁硼磁体材料B包含Nd2Fel4B晶粒和其壳层、晶界外延层和富钕相;在所述晶界外延层中(即主相和富钕相的晶界边沿壳层结构中),形成RxHoyCuzXl新的物相结构,其中R为Nd或/和Pr,x=40-85,y=0.1-10,z=0.1-2.0,l=3-7。
本发明中,所述R的含量较佳地为29.1~32.46wt%,例如29.99wt%、31.01wt%、31.02wt%、31.03wt%、31.04wt%、31.12wt%、30.56wt%或者30.63wt%。
本发明中,所述R中Nd含量可为本领域常规,较佳地为16-32wt%,更佳地为16.88wt%、18.02wt%、18.09wt%、19.1wt%、19.15wt%、19.55wt%、19.60wt%、20.18wt%、20.28wt%、21.41wt%、26.26wt%、21.92%、26.64%或者31.16wt%。
本发明中,所述R中的Nd的添加形式为本领域常规,例如以PrNd的形式,或者,以纯净的Nd的形式,或者以纯净的Pr和Nd的混合物的形式,或者以PrNd、纯净的Pr和Nd的混合物联合添加。当以PrNd的形式添加时,PrNd中Pr与Nd的重量比为25:75或20:80。
本发明中,所述R中的Nd以PrNd的形式添加时,PrNd的用量较佳地为0.5~29wt%,更佳地为1wt%、22.51wt%、24.02wt%、24.12wt%、25.53wt%、26.06wt%、26.13wt%、27.04wt%或者28.54wt%,wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料B的重量百分比。
本发明中,所述R中Ho含量较佳地为0-10wt%、且不为0,更佳地为0.1~10wt%,最佳地为1~9wt%,例如1.3wt%、2.5wt%、4wt%、4.5wt%、5.5wt%、6.45wt%、6.7wt%、7wt%或者8.5wt%。
本发明中,所述R较佳地不含有Ho以外的重稀土金属。所述重稀土金属的定义或种类均为本领域常规,所述重稀土金属例如可包括钆及钆以后的铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钇等9个元素。
本发明中,所述R还可包括本领域其他常规的稀土元素,例如包括Pr和/或Sm。
其中,当所述R包含Pr时,Pr的添加形式为本领域常规,例如以PrNd的形式,或者,以纯净的Pr和Nd的混合物的形式,或者以PrNd、纯净的Pr和Nd的混合物联合添加。当以PrNd的形式添加时,PrNd中Pr与Nd的重量比为25:75或20:80。
其中,当所述R包含Pr时,所述Pr的含量较佳地为0-16wt%、且不为0,更佳地为0.2~15wt%,例如0.33wt%、2.75wt%、3.3wt%、5.63wt%、6.01wt%、6.03wt%、6.38wt%、6.52wt%、6.53wt%、6.76wt%或者7.14wt%,其中百分比为占所述钕铁硼磁体材料B的重量百分比。
其中,当所述R包含Sm时,所述Sm的含量较佳地为0-3wt%,例如2.02wt%,其中百分比为占所述钕铁硼磁体材料B的重量百分比。
本发明中,所述Co的含量范围较佳地为0.02-0.45wt%,例如0.1wt%、0.2wt%、0.25wt%、0.3wt%、0.35wt%、或者0.4wt%。
本发明中,所述B的含量较佳地为0.92-1.02wt%,例如0.94wt%、0.9wt%或者0.99wt%。
本发明中,所述Cu的含量较佳地为0.05-0.3wt%,更佳地为0.1-0.3wt%,例如0.15wt%、0.2wt%或者0.25wt%。
本发明中,所述Ga的含量较佳地为0.02-0.3wt%,例如0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.2wt%或者0.25wt%。
本发明中,所述Al的含量较佳地为0-0.3wt%,更佳地为0~0.1wt%,最佳地为0~0.04wt%,例如0wt%、0.02wt%、0.03wt%或者0.04wt%。其中当Al的含量为0~0.1wt%时,Al的可以为制备钕铁硼材料的过程中引入的杂质Al含量范围,或者也可以为额外添加的Al含量。当Al的含量为0~0.04wt%时,该范围可为制备钕铁硼材料的过程中引入的杂质Al含量范围。
本发明中,所述X的种类较佳地为Ti、Nb、Zr和Hf中的一种或多种,更佳地为Ti、Nb、Zr或Hf。
本发明中,所述X的种类可为“Cr和Ti的混合物”、“Nb、Mo、W和Ta的混合物”、“Hf、W、Ta和Cr的混合物”或者“Nb和V的混合物”。
本发明中,所述X的种类可为V、Mo、W、Ta或者Cr。
本发明中,所述X的含量较佳地为0.1-0.4wt%,例如0.14wt%、0.15wt%、0.18wt%、0.2wt%、0.25wt%或者0.33wt%。
当所述X包括Zr时,所述Zr的含量较佳地为0.05-0.25wt%,例如0.1wt%或者0.2wt%。
当所述X包括Ti时,所述Ti的含量较佳地为0.05-0.2wt%,例如0.08wt%、0.1wt%、0.14wt%或者0.15wt%。
当所述X包括Nb时,所述Nb的含量较佳地为0.02-0.4wt%,例如0.1wt%、0.15wt%或者0.25wt%。
当所述X包括Hf时,所述Hf的含量较佳地为0.02-0.1wt%,例如0.03wt%或者0.1wt%。
当所述X包括V时,所述V的含量较佳地为0.02-0.1wt%,例如0.03wt%。
当所述X包括Mo时,所述Mo的含量较佳地为0.008-0.05wt%,例如0.01wt%。
当所述X包括W时,所述W的含量较佳地为0.01-0.1wt%,例如0.05wt%。
当所述X包括Ta时,所述Ta的含量较佳地为0.01-0.1wt%,例如0.05wt%。
当所述X包括Cr时,所述Cr的含量较佳地为0.05-0.15wt%,例如0.1wt%。
当所述X包括Cr和Ti时,Cr和Ti的重量比较佳地为1:(0.5-1.0),例如1:0.8。
当所述X包括Nb、Mo、W和Ta时,Nb、Mo、W和Ta的重量比较佳地为(0.15-0.25):(0.8-1.2):(0.8-1.2):1,例如2:1:1:1。
当所述X包括Hf、W、Ta和Cr时,Hf、W、Ta和Cr的重量比较佳地为(0.25-0.35):(0.8-1.2):(0.8-1.2):1,例如3:1:1:1。
当所述X包括Nb和V时,Nb和V的重量比较佳地为(35-45):5,例如40;5。
本发明中,所述钕铁硼磁体材料B还可包括Mn。所述Mn的含量范围较佳地≤0.035wt%,更佳地≤0.0175wt%,上述百分比为Mn相对于钕铁硼磁体材料B总量的重量百分比。
本发明中,较佳地,所述钕铁硼磁体材料B包括:
R:30.5-32wt%;所述R为稀土元素、且包括PrNd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;PrNd:22.9-29wt%;Ho:2.5-8.5wt%;
Co:0~0.25wt%;
B:0.9-1.05wt%;
Cu:0.05~0.35wt%;
Ga:0.05~0.35wt%;
Al:0~0.1wt%;
X:0.05~0.25wt%;所述X的种类包括Ti、Nb、Zr、Hf中的一种或多种;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料B的重量百分比;
所述钕铁硼磁体材料B中不含Gd;
余量为Fe及不可避免的杂质。
更佳地,所述钕铁硼磁体材料B包括:
R:30.5-31.5wt%;所述R为稀土元素、且包括PrNd和Ho、且不包括Dy和/或Tb;PrNd:24-26.5wt%;Ho:2.5-8.5wt%;
Co:0~0.1wt%(更佳地为0wt%);
B:0.9-1.0wt%;
Cu:0.05~0.35wt%;
Ga:0.05~0.35wt%;
Al:0~0.5wt%;
X:0.1~0.2wt%;所述X的种类包括Ti和/或Zr;
wt%为各元素占所述钕铁硼磁体材料B的重量百分比;
所述钕铁硼磁体材料B中不含Gd;
余量为Fe及不可避免的杂质。
在本发明较佳实施方式中,所述钕铁硼磁体材料B可为下述编号1-16中的任意一种(wt%):
本发明还提供了一种所述钕铁硼磁体材料A和/或所述钕铁硼磁体材B在制备磁钢中的应用。所述磁钢可为40UH、42Uh、40EH或者42EH。当所述钕铁硼磁体材料采用Dy扩散时,所述磁钢可为40UH或者42UH。当所述钕铁硼磁体材料采用Tb扩散时,所述磁钢可为40UH、40EH或者42EH。
本发明中,所述钕铁硼磁体材料A或B的原料组合物中添加其它元素时,原料组合物的总重量发生变化。此时,对于各元素用量而言,除Fe以外的已有元素的重量百分比含量不发生变化,仅降低Fe元素的百分含量。即新添加某元素时,仅调节Fe元素的百分比,其它已有元素的百分比不变,以实现各元素总含量为100%。
本发明中,所述钕铁硼磁体材料A或B中添加其它元素时,钕铁硼磁体材料A或B的总重量发生变化。此时,对于各元素用量而言,除Fe以外的已有元素的重量百分比含量不发生变化,仅降低Fe元素的百分含量。即新添加某元素时,仅调节Fe元素的百分比,其它已有元素的百分比不变,以实现各元素总含量为100%。
本发明中,在制备工艺中一般会不可避免的引入碳杂质,用量一般为0~0.12wt%,上述百分比为C元素的用量占总量的重量百分比。
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:
在Co含量在0-0.5%、Al含量在0-0.5%、Dy和/或Tb在1%以下时,可通过调整各元素种类及用量,调节材料的剩磁、矫顽力在特定范围内,以及提高其居里温度,改善高温稳定性。
在具体实施例中,常温下,钕铁硼磁体材料A的Br可为12.24~13.55kGs,Hcj可为25.33~31kOe;扩散后Hcj增加量可为7.5-11.5kOe。在140℃高温下,Br可为10.89~12.1kGs,Hcj可为10.89~15.67kOe。
钕铁硼磁体材料A的140℃全开路磁损可为0.12~2.12%,140℃时Br温度系数绝对值可为0.047~0.102%;140℃时Hcj温度系数绝对值劲儿为0.412~0.5%;晶界连续性可为96.2~97.3%。
在具体实施例中,常温下,钕铁硼磁体材料B的Br可为12.3~13.63kGs,Hcj可为16~20.5kOe。
附图说明
图1为实施例2制得的扩散后的钕铁硼磁体材料A的SEM的照片其中,1、2、3分别表示不同位置的取样点。
图2为实施例1制得的扩散后钕铁硼磁体材料A的EPMA图谱。
图3为实施例17制得的扩散后钕铁硼磁体材料A的EPMA图谱。
图4为实施例1制得的扩散前钕铁硼磁体材料B的SEM照片,其中箭头标注为在主相和富钕相的晶界边沿壳层结构中,形成的新物相。
图5为对比例2制得的扩散前钕铁硼磁体材料B的SEM照片。
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。
下述实施例中,磁性能评价所用设备为英国Hirst公司的PFM-14磁性能测量仪。
1、钕铁硼磁体材料A的原料组合物(扩散后配方):
实施例1-19和对比例1~9的钕铁硼磁体材料A的原料组合物如下表1所示。
表1实施例1-19、对比例1-9的钕铁硼磁体材料A的原料组合物的配方和含量(wt%)
注:“/”是指不含有该元素。
实施例1-19以及对比例1-9中钕铁硼磁体材料A的制备方法如下:
(1)熔炼和铸造过程:按照表1中的配方,将配制好的除R2以外的原料放入氧化铝的坩埚中,在高频真空熔炼炉中以0.05Pa的真空和1500℃的条件进行真空熔炼。再中频真空感应速凝甩带炉中通入氩气,进行铸造,再急冷合金,得合金片。
(2)氢破制粉过程: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,维持氢气的压力90kPa,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。其中,吸氢的温度为室温,脱氢的温度为550℃。
(3)气流磨制粉过程:在氮气气氛下,在粉碎室压力为0.65MPa的条件下对氢破粉碎后的粉末进行气流磨粉碎(气流磨制粉的效率可根据设备不同有所差别,例如可为200kg/h),得到细粉。
(4)成型过程:将经气流磨之后的粉末在1.5T以上的磁场强度中压制成型。
(5)烧结过程:将各成型体搬至烧结炉中进行烧结,烧结在低于0.5Pa的真空下,以1030-1090℃烧结2-8h,得烧结体。
(6)晶界扩散过程:将烧结体表面净化后将R2(例如Tb的合金或氟化物、Dy的合金或氟化物和DyCuGa和TbCuGa合金中的一种或多种)涂覆于烧结体的表面,并以900℃的温度扩散5-15h,之后冷却至室温,再以460-510℃的温度进行低温回火处理1-3h。
2、钕铁硼磁体材料B的原料组合物(扩散前):
实施例1-19和对比例1~9的钕铁硼磁体材料B的原料组合物如下表2所示。
表2实施例1-19、对比例1-9钕铁硼磁体材料B的原料组合物的配方和含量(wt%)
钕铁硼磁体材料B实施例1-19以及对比例1-9的制备方法中,除了不添加R2元素以外,其他操作和条件均与钕铁硼磁体材料A实施例1相同。
本发明实施例和对比例的制备工艺中一般会不可避免的引入碳杂质,一般为0~0.12wt%,上述百分比为C元素的用量占总量的重量百分比。
效果实施例1
分别取实施例1-19以及对比例1-9中钕铁硼磁体材料A和钕铁硼磁体材料B,测定其磁性能和成分,SEM背散射模式(仪器型号:日立S-3400N)观察其磁体的相组成。
(1)钕铁硼磁体材料的各成分使用高频电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES,仪器型号:Icap6300)进行测定。下表3-4所示为成分检测结果。以实施例1为例,钕铁硼材料A检测所得元素种类、用量均与表1中公开的原料组合物的元素种类、用量相同。
表3实施例1-19、对比例1-9钕铁硼磁体材料A的组分和含量(wt%)
表4实施例1-19、对比例1-9钕铁硼磁体材料B的组分和含量(wt%)
注:本发明表1-表4中,“/”是指不含有该元素。
(2)磁性能评价:钕铁硼磁体材料使用英国Hirst公司的PFM-14磁性能测量仪进行磁性能检测(测试样品为直径D10mm*厚度1.8mm圆片);表5所示为磁性能检测结果。
表5钕铁硼材料磁性能检测结果
表5数据说明如下:
(I)“扩散前20℃”是指钕铁硼材料B在20℃下的磁性能检测数据。“扩散后20℃”是指钕铁硼材料A在20℃下的磁性能检测数据。“扩散后140℃”是指钕铁硼材料A在20℃和140℃性能对比计算出来剩磁Br的温度系数。“140℃Hcj温度系数绝对值β”是指的钕铁硼磁体材料A在20℃和140℃性能对比计算出来剩磁Br的的温度系数。“140℃开路磁损”是指的钕铁硼磁体材料A在烘箱中经过140℃烘烤一定时间后(如120min),对比计算20℃和140℃的磁通,计算出经过140℃后的开路磁损。
(II)钕铁硼磁体材料A的高温性能的测试:计算温度系数。下述公式中常温温度均为20℃,其中:
(III)钕铁硼磁体材料A的开路磁损的数据计算方法:
先测常温下产品的磁通M1,然后在烘箱中加热产品到设定温度140℃,保温120min,再冷却到常温时测定磁通M2,在高温测不可逆磁损β的公示为:
其中,常温温度均为20℃。
(IV)表5中,晶界连续性的计算方式是指晶界中除空洞外的物相(例如富钕相、晶界外延层中的相等)占据的长度与总晶界长度的比值,也即通过计算SEM电镜照片中总颗粒包括主相和富钕相晶界的长度和除主相之外其他物相的总晶界长度。晶界连续性超过96%即可称为连续通道。
(3)微观结构的测定:
(I)图1为实施例2制得的扩散后的钕铁硼磁体材料A的SEM的照片。其中,1、2、3分别表示不同位置的取样点。采用SEM-EDS背散射(仪器型号:日立S-3400N)观察取样范围内磁体的元素组成,具体见下述表6。
表6
注:以取样点1为例,其属于富钕相,在小区域的取样范围内,Ho含量为0.82wt%,PrNd含量为85.43wt%,Dy元素含量为0.55wt%,其它元素含量为13.2wt%,上述百分比为该取样范围内,各元素的含量分别占全部元素的含量的重量百分比。
由图1和表6可知,本发明中,在无Co配方中添加的Ho,Ho主要集中在基材主相(图1中取样点3)中灰色区域,其次是主相和富钕相的晶界边沿壳层结构处(即为主相与富钕相交界处,也可称之为二颗粒晶界、晶界外延层,图1中取样点2),在富钕相中间图中白色区域内Ho元素分布较少。
在主相中,Ho主要以HoFeB的结构存在,形成(NdHo)FeB的主相结构,对主相的各向异性场有一定的提高作用,同时优化烧结磁体的微观组织结构。同时,Ho代替主相中的Nd,使得更多的Nd迁移到富Nd相,增加其体积分数和连续性,为后续Dy或/和Tb扩散提供更多扩散通道。
通过SEM电镜中的EDS测试富钕相、主相及晶界边延层(“晶界边延层”就是指的“主相和富钕相的晶界边沿壳层结构”)的成分,在其无Co富Ho的结构中,增加了富钕相和晶界外延层,增加晶界相的占比,通过图片计算富钕相和晶界外延层占总晶界相的比例97%以上(“97%”是指“(富钕相和晶界外延层)/总晶界相”的面积比),大于常规含Co磁体富钕相占总晶界相的比例95%,即增加了富钕相和晶界外延层占比,增加了晶界连续性,矫顽力提升明显。
(II)用EPMA观察扩散后磁体材料A中扩散元素的分布,图2为实施例1制得的扩散后钕铁硼磁体材料A的EPMA图谱(仪器型号:EPMA-1720)。实施例1的材料可用于制备40UH磁钢。
图3为实施例17制得的扩散后钕铁硼磁体材料A的EPMA图谱。实施例17的材料可用于制备40UH磁钢。
由图2可知,Dy扩散后均匀分散在晶界(主要分布在晶界中的富钕相)和主相壳层结构中,没有进入到主相中。由图3可知,Tb扩散后均匀分散在晶界(主要分布在晶界中的富钕相)和主相壳层结构中,没有进入到主相中。图2-3中,左侧“Conc”代表重量占比,表示这个点中“Dy或Tb”元素在这个位置中的重量占比,不同的颜色代表不同的重量占比。
(III)图4为实施例1制得的扩散前钕铁硼磁体材料B的SEM照片,其中箭头标注为在主相和富钕相的晶界边沿壳层结构中,形成的新物相。由图4可知,富钕相分布较多,均匀分布到主相颗粒周围,(黑色空洞是因为制样是富钕相有氧化脱落造成)。也就是说,扩散前的钕铁硼磁体材料B形成了有利于扩散的晶界外延层结构(图4的箭头处),晶界连续性较高。
图5为对比例2制得的扩散前钕铁硼磁体材料B的SEM照片。富钕相分布不太明显,有团聚现象,主相颗粒之间分布较少,未起到磁去耦合的作用,不利于矫顽力的提高和后续Dy和/或Tb扩散过程,没有提供均匀分布富钕相扩散通道。也就是说,对比例2没有形成了有利于扩散的晶界外延层结构。由图5与图4比较可知,本发明实施例1制得的扩散前钕铁硼磁体材料B富钕相占比明显高于对比例2制得的扩散前钕铁硼磁体材料B,而且均匀分布于主相颗粒周围。
(IV)根据FE-EPMA测试得到,在主相和富钕相的晶界边沿壳层结构中,形成RxHoyCuzXl新的物相结构(如图4的箭头标记处,该新物相在扩散的步骤之后仍然存在,如图1中箭头2位置),其中R为Nd或/和Pr,x=40-85,y=0.1-10,z=0.1-2.0,l=3-7。新物相为无Co富Ho的晶界外延层结构,增加了晶界外延层占比,使得晶界连续性提高,形成无Co有利于扩散通道形成的外延层结构。新物相的形成,以及富钕相和晶界外延层在总晶界相比例的提高,增加了主相晶界外延层的各向异性场,减少产品在退磁或高温时形成反磁化畴核,有助于显著提升后续扩散的效果,所以矫顽力提升较多。
具体实施例与对比例分析如下:
1)基于本发明对于配方的改进,使得制得的钕铁硼磁体材料B形成了有利于扩散的晶界外延层结构(新的物相),晶界连续性较高,有利于Dy和/或Tb晶界扩散,从而使得扩散后Hcj明显提升,开路磁损较小、高温下磁体性能较好。钕铁硼磁体材料A中,各组分相互协同,再加上微观结构的改变(新物相的形成以及各元素的特定分布),使得其耐高温性能好。
2)对比例1:基于实施例1,去掉Ho且TRE不变。
对比例1中,矫顽力提升不明显,高温下Hcj比较小,全开路磁损失较大,高温下Br、Hcj温度系数绝对值较大,且晶界连续性较低。
3)对比例2:基于实施例1,改变高熔点金属种类为Mn。
对比例2中,仅改变高熔点金属种类,矫顽力提升不明显,高温下Hcj比较小,全开路磁损失较大,高温下Br、Hcj温度系数绝对值较大,且晶界连续性较低。
4)对比例3:基于实施例1,Ho用量超过10wt%。
对比例3中,常温下剩磁稍低,矫顽力提升不明显,高温下剩磁、矫顽力低,全开路磁损失较大,高温下Br、Hcj温度系数绝对值较大,晶界连续性相对较低。
5)对比例4:基于实施例2,去掉Ga,Al超过0.5wt%。
对比例4中,由于Al的过量加入会恶化剩磁和居里温度,矫顽力提升不明显,高温下剩磁、矫顽力低,全开路磁损失相对较高,高温下Br、Hcj温度系数绝对值较大,晶界连续性较低。
6)对比例5:基于实施例3,Ga超过0.35wt%。
对比例5中,扩散前后矫顽力提升不明显,高温下剩磁、矫顽力低,全开路磁损失相对较高,晶界连续性相对较低。
7)对比例6:总稀土含量增大,Al过量,不添加Ga、X,添加了Gd
对比例6中,剩磁较低,耐高温性能较差,高温全开路磁损失非常显著,晶界连续性相对较低。
8)对比例7:基于实施例1,Zr用量增大,总稀土用量减少
对比例7中,扩散前后矫顽力提升不明显,高温下矫顽力较低,全开路磁损失相对较高,高温下Br、Hcj温度系数绝对值较大。
9)对比例8:基于实施例18,去掉Ho/Ga,总TRE保持不变
对比例8中,常温下扩散前Hcj较低,扩散后Br、Hcj均较低,矫顽力提升不明显,耐高温性能依然不好,全开路磁损失明显,高温下Br、Hcj温度系数绝对值较大,晶界连续性较低。
9)对比例9:基于实施例1,添加Co元素,不添加Ho、X、Cu、Ga且总TRE不变,
对比例9中,常温下扩散前Hcj较低,扩散后下Hcj较低,矫顽力提升不明显,耐高温性很差,Hcj损失较大,全开路磁损失明显,高温下Br、Hcj温度系数绝对值较大,晶界连续性较低。