CN111952031B - 含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体及制备方法 - Google Patents

含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体及其制备方法，该永磁体的化学成分按重量百分比成分为：[(PraNdb)cAld]x{[(PraNdb)eCef]g(Fe100‑k,TMk)hBi}y，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20,c+d＝100；26≤f≤32，e+f＝100；29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i＝100；80≤kh≤200；0.5≤x≤3，x+y＝100；TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co中的一种或者几种元素，且不包含任何重稀土元素和镓元素；该永磁体的微观组织包括永磁主相、含Al的主相外延磁硬化薄层及Fe重量百分比小于40％的白色富稀土相。这种含Al的主相外延磁硬化薄层与永磁主相构成了双主相结构，抑制了Al大量进入永磁主相。本发明的方法可显著提高矫顽力，明显改善热稳定性，几乎不降低居里温度，剩磁下降不明显。

Description

含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体及制备方法
技术领域
本发明涉及稀土永磁材料领域，特别涉及一种含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体及其制备方法。
背景技术
为平衡稀土资源的综合利用，减少环境污染，开发资源节约型高矫顽力的烧结铈钕铁硼永磁体已成当前的热点课题。可是随着高、精、尖产业的发展，也对磁体的热稳定性提出了更高的要求。因此，同时开发低成本、高矫顽力和高热稳定的烧结铈钕永磁体具有重要的意义。
不含任何重稀土和贵金属镓(镓的价格超过了镨钕金属市场价格的两倍))的烧结铈钕永磁体的开发主要集中在提高磁体矫顽力方面，例如，中国专利申请CN103280290A采用添加液相合金Ce-Nd-Fe-M的方法，其中M为替代Fe的金属，获得铈占稀土总量20wt.％、最优内禀矫顽力Hcj为12.38kOe的烧结铈钕磁体；中国专利申请CN106710768A采用在双主相基础上添加NdHx的方法，获得铈占稀土总量24wt.％、最优内禀矫顽力Hcj为13.00kOe的烧结铈钕磁体；中国专利申请CN104167272A采用单一合金法，获得铈占稀土总量6.5wt.％、最优内禀矫顽力Hcj为13.88kOe的烧结铈钕磁体；中国专利申请CN107464643A采用单一合金法，获得铈占稀土总量21wt.％、最优内禀矫顽力Hcj为12.6kOe的烧结铈钕磁体。但是关于烧结铈钕磁体热稳定性方面的报道少有涉及，通常热稳定性的改善需要提高磁体的居里温度和高温矫顽力或内禀矫顽力温度系数(|β(Hcj)|)，降低工作温度下的开路磁通不可逆损失(磁通不可逆损失＝(加热前磁通-加热后磁通)/加热前磁通×100％)。生产厂家一般是通过在磁体内部引入重稀土的方法来实现，但是重稀土成本太高，且不利于资源平衡。文献报道Al替代Fe能够有效提高钕铁硼磁体室温矫顽力，同时显著降低居里温度，不会降低磁通不可逆损失，即不利于改善磁体的热稳定性。但是，采用非磁性Pr-Nd-Al合金配合制备含Ce磁体的技术方案，至今还未见报道。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供了一种含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，该磁体具有改善烧结铈钕磁体热稳定性，通过非磁性Pr-Nd-Al合金改善磁体的微观组织，得到较高的高矫顽力和温度系数、且几乎不改变居里温度，可促进廉价铈资源的高效利用。
本发明的另外一个目的在于，提供了上述Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，该含Ce磁体的化学成分按重量百分比表示为：
[(PraNdb)cAld]x{[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi}y，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d＝100，26≤f≤32，e+f＝100，29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i＝100，80≤kh≤200，0.5≤x≤3，x+y＝100，TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。
该含Ce磁体的微观组织包括磁性主相、含Al的主相外延磁硬化薄层及Fe重量百分比小于40％的富稀土相，且不包含任何重稀土元素和镓元素。
所述含Ce磁体由速凝非磁性合金片和速凝基础合金片依次按照以下步骤制备获得：氢碎、气流磨制粉、强磁成型、烧结、一次回火热处理和二次热处理。
所述速凝非磁性合金片的重量百分比成分为(PraNdb)c Ald，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d＝100。
速凝基础合金片的重量百分比成分为
[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，26≤f≤32，e+f＝100，29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i＝100，80≤kh≤200，TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。
所述含Ce磁体与通过所述速凝基础合金片制备获得的基础磁体相比，矫顽力提高2.3％-16.54％，所述基础磁体的制备步骤和工艺参数与所述含Ce磁体的制备步骤和工艺参数相同。
所述含Ce磁体与相同磁性能的商业磁体相比，内禀矫顽力温度系数|β(Hcj)|降低3.45％-12.84％；商业不含Ce烧结钕铁硼的化学成分按重量百分比表示为：[(Pr25Nd75)30-32.5RE2-6Fe余TM1.5-2.8B0.92-1.1，其中RE为Gd、Dy、Ho、Tb元素中的一种或者几种，TM为Cu、Al、Nb、Ga、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。
一种所述的含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)制备速凝非磁性合金片
所述速凝非磁性合金片的成分按重量百分比为(PraNdb)c Ald，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d＝100；速凝非磁性合金片在氩气保护下速凝制备而成，浇铸温度为750℃～900℃，铜辊转速为43r/min～45r/min，厚度为0.1μm～0.3μm；
(2)制备速凝基础合金片
所述速凝基础合金片的重量百分比成分为：[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，26≤f≤32，e+f＝100，29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i＝100，80≤kh≤200，TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种；速凝基础合金片在氩气保护下速凝制备而成，浇铸温度为1250℃～1350℃，铜辊转速为38r/min～41r/min，厚度为0.15μm～0.4μm；
(3)氢碎
将步骤(1)制备的速凝非磁性合金片和步骤(2)制备的速凝基础合金片按比例混合为重量百分比成分为[(PraNdb)cAld]x{[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi}y的合金片，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d＝100，26≤f≤32，e+f＝100，29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i＝100，80≤kh≤200，0.5≤x≤3，x+y＝100；然后在氢破炉中氢碎为合金粉末，脱氢温度为450℃～540℃，保温时间0.5小时～2小时，合金粉末粒径为80μm～250μm；
(4)气流磨制粉
将步骤(3)所得合金粉末在补氧小于10ppm～30ppm的气氛中进行气流磨，得到平均粒径为2.2μm～3.2μm的粉末；
(5)强磁成型
将步骤(4)所得粉末在2T～3T的磁场环境中成型，之后等静压为密度4.5g/cm3～5g/cm3的生坯；
(6)烧结
将步骤(5)所得生坯在2×10-3Pa真空环境下烧结，烧结温度为950℃～1100℃，保温时间为2小时～10小时，氩气风冷至室温；
(7)一级回火热处理
将步骤(6)所得烧结后的生坯在5×10-3Pa真空环境下进行一级回火处理，回火温度为820℃～920℃，保温时间1小时～3小时，氩气风冷至室温；
(8)二级回火热处理
将步骤(7)经一级回火处理的生坯在5×10-3Pa真空环境下进行二级回火处理，回火温度为420℃～550℃，保温时间3小时～5小时，氩气风冷至室温，最终得到含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体。
所述步骤(1)中，浇铸温度为750℃～800℃。
所述步骤(3)进一步包括在脱氢前进行低温活化的步骤，低温活化温度为80℃～200℃，活化时间为0.5小时～1小时。
所述低温活化温度为80℃～150℃。
一种非磁性Pr-Nd-Al合金，该合金的成分按重量百分比成分为(PraNdb)cAld，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d＝100。
一种所述的非磁性Pr-Nd-Al合金的用途，该合金用于与含Ce磁性合金配合，在制备磁性合金过程中，形成含Al的主相外延磁硬化薄层为2:14:1型结构，其中微量的Al部分替代Fe，更容易占据8j2晶位；所述含Al的主相外延磁硬化薄层与永磁主相构成了双主相结构，抑制了Al大量进入永磁主相。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过引入非磁性Pr-Nd-Al合金，改善制备工艺，提供了一种包括黑色永磁主相、含Al的灰黑色主相外延磁硬化薄层及Fe重量百分比小于40％的白色富稀土相的新型微观结构，不包含任何重稀土元素和镓元素。其中，含Al的主相外延磁硬化薄层为2:14:1型结构，微量的Al部分替代Fe，更容易占据8j2晶位，这种含Al的主相外延磁硬化薄层与永磁主相构成了双主相结构，抑制了Al大量进入永磁主相。本发明制备的磁体在保证居里温度几乎不变的情况下，剩磁不会明显降低，既提高了磁体的矫顽力，又改善了磁体的热稳定性。本发明制备的烧结含Ce磁体，在相同磁性能情况下，热稳定性要优于商业不含Ce的烧结钕铁硼磁体的热稳定性。既促进了资源平衡利用，又拓宽了烧结含铈磁体的市场应用范围，特别是在对热稳定性有特殊要求的领域。
附图说明
图1为本发明含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体的扫描电镜图；其中，扫描电镜图圈内包括黑色主相、灰黑色主相外延磁硬化薄层及白色富稀土相。
图2为与图1对应的线性扫描能谱图。其中，灰黑色主相外延磁硬化薄层中含有Al,白色富稀土相中Fe的重量百分比小于40％。
具体实施方式
本发明的含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，如图1所示，其微观组织包括黑色的硬磁主相、灰黑色主相外延磁硬化薄层及白色富稀土相，且不包含任何重稀土元素和镓元素。其中，含Al的灰黑色主相外延磁硬化薄层，抑制了Al大量进入硬磁主相。
图2为与图1对应的线性扫描能谱图，如图2所示，灰黑色主相外延磁硬化薄层中含有Al，白色富稀土相中Fe的重量百分比小于40％。
该含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，其重量百分比成分为：[(PraNdb)cAld]x{[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi}y，
其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d＝100；26≤f≤32，e+f＝100；29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i＝100；80≤kh≤200；0.5≤x≤3，x+y＝100；TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。
所述含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，其热稳定性要优于成分为要优于相同磁性能的商业不含Ce的烧结钕铁硼磁体的热稳定性，商业不含Ce烧结钕铁硼成分：[(Pr25Nd75)30-32.5RE2-6Fe余TM1.5-2.8B0.92-1.05，其中RE为Gd、Dy、Ho、Tb元素中的一种或者几种，TM为Cu、Ga、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。
本发明的含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体按照以下步骤制备：制备速凝非磁性合金片、制备速凝基础合金片、混片氢碎、气流磨制粉、强磁成型、烧结、一次回火热处理和二次热处理。
进一步地，所述速凝非磁性合金片的重量百分比成分为(PraNdb)c Ald，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d＝100。
进一步地，所述速凝基础合金片的重量百分比成分为：[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，26≤f≤32，e+f＝100；29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i＝100；80≤kh≤200；TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。
将本发明中使用的速凝基础合金片，采用与本发明含Ce磁体相同的制备步骤和工艺参数制备获得基础磁体，与之对比，本发明含Ce磁体具有以下性能特点：
该含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，与基础磁体相比，居里温度几乎不变。
该含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，与基础磁体相比，剩磁降低不明显，矫顽力显著提高。
该含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，与基础磁体相比，热稳定性显著改善。
本发明的含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)制备速凝非磁性合金片，所述速凝非磁性合金片的重量百分比成分为(PraNdb)c Ald，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d＝100；在氩气保护下速凝制备而成，浇铸温度为750℃～900℃，铜辊转速为43r/min～45r/min，厚度为0.1μm～0.3μm。
(2)制备速凝基础合金片，所述速凝基础合金片的重量百分比成分为：[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，26≤f≤32，e+f＝100；29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i＝100；80≤kh≤200；TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。基础磁体合金片在氩气保护下速凝制备而成，浇铸温度为1250℃～1350℃，铜辊转速为38r/min～41r/min，厚度为0.15μm～0.4μm。
(3)混片氢碎，将步骤(1)制备的非磁性合金片和步骤(2)制备的基础磁体合金片按比例混合为重量百分比成分为[(PraNdb)cAld]x{[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi}y的合金片，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d＝100；26≤f≤32，e+f＝100；29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i＝100；80≤kh≤200，0.5≤x≤3，x+y＝100。然后在氢破炉中氢碎为合金粉末，脱氢温度为450℃～540℃，保温时间0.5小时～2小时，脱氢前低温活化温度为80℃～200℃，活化时间0.5小时～1小时，合金粉末粒径为80μm～250μm。
(4)气流磨制粉，将步骤(3)所得的合金粉末在补氧小于10～30ppm的气氛中进行气流磨，得到平均粒径为2.2μm～3.2μm的粉末。
(5)强磁成型，将步骤(4)所得粉末在2T～3T的磁场环境中成型，之后等静压为密度4.5g/cm3～5g/cm3的生坯。
(6)烧结，将步骤(5)所得生坯在2×10-3Pa真空环境下烧结，烧结温度为950℃～1100℃，保温时间为2小时～10小时，氩气风冷至室温。
(7)一级回火热处理，将步骤(6)所得烧结后的生坯在5×10-3Pa真空环境下进行二级回火处理，回火温度为820℃～920℃，保温时间1小时～3小时，氩气风冷至室温。
(8)二级回火热处理，将步骤(7)经一级回火处理的生坯在5×10-3Pa真空环境下进行二级回火处理，回火温度为420℃～550℃，保温时间3小时～5小时，氩气风冷至室温，最终得到含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体。
基础磁体按照步骤(3)至步骤(8)相同的工艺步骤和参数制备。优选地，所述步骤(1)中的浇铸温度为750℃～800℃。
优选地，所述步骤(3)中的脱氢前低温活化温度为80℃～150℃。
实施例1、2、3
一种含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，其重量百分比化学通式为：
[(Pr0-30Nd70-100)90Al10]x{[(Pr0-30Nd70-100)75Ce25]29.5(Fe98.8,TM1.2)69.58B0.92}y，其中，0.5≤x≤3，x+y＝100；TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种，其中，实施例1磁体(x＝0.5，y＝99.5)；实施例2磁体(x＝2，y＝98)；实施例3磁体(x＝3，y＝97)
上述含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体的制备方法按如下步骤进行：
(1)制备速凝非磁性合金片，合金片的重量百分比成分为：
(Pr0-30Nd70-100)90Al10。在氩气保护下速凝制备而成，浇铸温度为750℃～800℃，铜辊转速为43r/min～45r/min，厚度为0.1μm～0.3μm。
(2)制备速凝基础合金片，合金片的重量百分比成分为：
[(Pr0-30Nd70-100)75Ce25]29.5(Fe98.8,TM1.2)69.58B0.92；TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。在氩气保护下速凝制备而成，浇铸温度为1250℃～1350℃，铜辊转速为38r/min～41r/min，厚度为0.15μm～0.4μm。
(3)混片氢碎，将步骤(1)制备的非磁性合金片和步骤(2)制备的基础磁体合金片按比例分别混合为以重量百分比表示为：
实施例1磁体
[(Pr0Nd100)90Al10]0.5{[(Pr0Nd100)75Ce25]29.5(Fe98.8,TM1.2)69.58B0.92}99.5、
实施例2磁体
[(Pr25Nd75)90Al10]2{[(Pr25Nd75)75Ce25]29.5(Fe98.8,TM1.2)69.58B0.92}98、
实施例3磁体
[(Pr30Nd70)90Al10]3{[(Pr30Nd70)75Ce25]29.5(Fe98.8,TM1.2)69.58B0.92}97的合金片。然后分别在氢破炉中氢碎为合金粉末，脱氢温度为450℃～540℃，保温时间0.5小时～2小时，脱氢前低温活化温度为80℃～150℃，活化时间0.5小时～1小时，粉末粒径为80μm～250μm。
(4)气流磨制粉，将步骤(3)所得合金粉末在补氧小于10ppm～30ppm的气氛中进行气流磨，得到平均粒径为2.2μm～3.2μm的粉末。
(5)强磁成型，将步骤(4)所得粉末在2T～3T的磁场环境中成型，之后等静压为密度4.5g/cm3～5g/cm3的生坯。
(6)烧结，将步骤(5)所得生坯在2×10-3Pa真空环境下烧结，烧结温度为1000℃，保温时间为5小时，氩气风冷至室温。
(7)一级回火热处理，将步骤(6)所得烧结后的生坯在5×10-3Pa真空环境下进行一级回火处理，回火温度为830℃，保温时间2.5小时，氩气风冷至室温。
(8)二级回火热处理，将步骤(7)经一级回火热处理的生坯在5×10-3Pa真空环境下进行二级回火处理，回火温度为475℃，保温时间3小时，氩气风冷至室温，得到毛坯磁体。
步骤(2)中基础磁体[(Pr0-30Nd70-100)75Ce25]29.5(Fe98.8,TM1.2)69.58B0.92的制备采用与上述步骤(3)的氢碎、步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)、步骤(7)和步骤(8)的相同工艺，并将基础磁体[(Pr0-30Nd70-100)75Ce25]29.5(Fe98.8,TM1.2)69.58B0.92作为对比例1。将商业不含Ce的烧结钕铁硼磁体[(Pr25Nd75)30.8Gd3.2Fe63.69TM1.23B0.98作为对比例2。
所得D10×10实施例1、2、3磁体与对比例1磁体的磁性能对比数据如下表1所示：
表1实施例1、2、3磁体与对比例1基础磁体的磁性能对比
Figure BDA0002603698340000111
所得实施例1、2、3磁体与对比例1基础磁体的居里温度对比数据如下表2所示：
表2实施例1、2、3磁体与对比例1基础磁体的居里温度对比
Figure BDA0002603698340000112
所得实施例1、2、3磁体与对比例2商业不含Ce的烧结钕铁硼磁体在不同温度条件下的内禀矫顽力对比数据如下表3所示：
表3实施例1、2、3磁体与对比例2磁体在不同温度条件下的内禀矫顽力对比
Figure BDA0002603698340000121
所得实施例1、2、3磁体与对比例2商业不含Ce的烧结钕铁硼磁体在不同温度条件下的内禀矫顽力温度系数对比数据如下表4所示：
表4实施例1、2、3磁体与对比例2磁体在不同温度条件下的内禀矫顽力温度系数对比
Figure BDA0002603698340000122
所得实施例3磁体与矫顽力高500Oe的对比例3商业不含Ce的烧结钕铁硼磁体，在相同规格D10×7mm、相同工作温度条件下的开路不可逆磁通损失(hirr)对比数据如下表5所示：
表5实施例3磁体与对比例3磁体开路不可逆磁通损失对比
Figure BDA0002603698340000131
实施例4、5、6
一种含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，其重量百分比化学通式为：
[(Pr0-30Nd70-100)80Al20]x{[(Pr0-30Nd70-100)70Ce30]30.5(Fe97.1,TM2.9)68.45B1.05}y，其中，0.5≤x≤3，x+y＝100；TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种，其中，实施例4磁体(x＝0.5，y＝99.5)；实施例5磁体(x＝2，y＝98)；实施例6磁体(x＝3，y＝97)。
上述低成本高矫顽力和高热稳定性的烧结含Ce磁体的制备方法基本与实施例1～3相同，所不同的是烧结温度950℃，保温时间为10小时；一级回火温度860℃，保温时间3小时；二级回火温度500℃。
基础磁体[(Pr0-30Nd70-100)70Ce30]30.5(Fe97.1,TM2.9)68.45B1.05采用与实施例4～6磁体相同的工艺制备，并将基础磁体[(Pr0-30Nd70-100)70Ce30]30.5(Fe97.1,TM2.9)68.45B1.05作为对比例4，将商业不含Ce的烧结钕铁硼磁体[(Pr25Nd75)31.2Gd2.9Fe66.04TM1.45B1.02作为对比例5。
所得D10×10实施例4～6磁体与对比例4基础磁体的磁性能对比数据如下表6所示：
表6实施例4～6磁体与对比例4基础磁体的磁性能对比
Figure BDA0002603698340000141
所得实施例4～6磁体与对比例4基础磁体的居里温度对比数据如下表7所示：
表7实施例4～6磁体与对比例4基础磁体的居里温度对比
Figure BDA0002603698340000142
所得实施例4～6磁体与实施例磁性能相同的对比例5(商业不含Ce烧结钕铁硼磁体)，在不同温度条件下的矫顽力对比数据如下表8所示：
表8实施例4～6磁体与对比例5磁体在不同温度条件下的内禀矫顽力对比
Figure BDA0002603698340000151
所得实施例4～6磁体与实施例磁性能相同的对比例5商业不含Ce烧结钕铁硼磁体，在不同温度条件下的内禀矫顽力温度系数对比数据如下表9所示：
表9实施例4～6磁体与对比例5磁体在不同温度条件下的内禀矫顽力温度系数对比
Figure BDA0002603698340000152
所得实施例6磁体与矫顽力高1000Oe的对比例6商业不含Ce磁体，在相同规格D10×7mm、相同工作温度条件下的开路不可逆磁通损失(hirr)对比数据如下表10：
表10实施例6磁体与对比例6磁体开路不可逆磁通损失对比
Figure BDA0002603698340000161
实施例7、8、9
一种含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，其重量百分比化学通式为：[(Pr0-30Nd70-100)80Al20或(Pr0-30Nd70-100)90Al10]x{[(Pr0-30Nd70-100)72Ce28]30(Fe98,TM2)69B1.0}y，其中，0.5≤x≤3，x+y＝100；TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。其中，实施例7磁体(x＝0.5，y＝99.5)；实施例8磁体(x＝2，y＝98)；实施例9磁体(x＝3，y＝97)。
上述低成本高矫顽力和高热稳定性的烧结含Ce磁体的制备方法基本与实施例1～3相同，所不同的是烧结温度1045℃，保温时间为3.5小时；一级回火温度900℃，保温时间2.5小时；二级回火温度530℃。
基础磁体[(Pr0-30Nd70-100)70Ce28]30(Fe98,TM2)69B1.0采用与实施例7～9磁体相同的工艺制备，并将基础磁体[(Pr0-30Nd70-100)72Ce28]30(Fe98,TM2)69B1.0作为对比例7，将商业不含Ce的烧结钕铁硼磁体[(Pr25Nd75)30.4Gd1.8Dy0.5Fe66.13TM1.8B0.99作为对比例8。
所得D10×10实施例7～9磁体与对比例7基础磁体的磁性能对比数据如下表11所示：
表11实施例7～9磁体与对比例7基础磁体的磁性能对比
Figure BDA0002603698340000171
所得实施例7～9磁体与对比例7基础磁体的居里温度对比数据如下表12所示：
表12实施例7～9磁体与对比例7基础磁体的居里温度对比
Figure BDA0002603698340000172
所得实施例7、8、9磁体与实施例磁性能相同的对比例8商业不含Ce磁体在不同温度条件下的内禀矫顽力对比数据如下表13所示：
表13实施例7～9磁体与对比例8磁体在不同温度条件下的内禀矫顽力对比
Figure BDA0002603698340000181
所得实施例7、8、9磁体与实施例磁性能相同的对比例8商业不含Ce磁体在不同温度条件下的内禀矫顽力温度系数对比数据如下表14所示：
表14实施例7～9磁体与对比例8磁体在不同温度条件下的内禀矫顽力温度系数对比
Figure BDA0002603698340000182
Figure BDA0002603698340000191
所得实施例9磁体与矫顽力高1000Oe的对比例8商业不含Ce磁体，在相同规格D10×7mm、相同工作温度条件下的开路不可逆磁通损失(hirr)对比数据如下表15所示：
表15实施例9磁体与对比例8磁体开路不可逆磁通损失对比
Figure BDA0002603698340000192

Claims (7)

1.一种含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，其特征在于：该含Ce磁体的化学成分按重量百分比表示为：
[(PraNdb)cAld]x{[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi}y，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d=100，26≤f≤32，e+f=100，29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i=100，80≤kh≤200，0.5≤x≤3，x+y=100，TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种；
该含Ce磁体的微观组织包括磁性主相、含Al的主相外延磁硬化薄层及Fe重量百分比小于40%的富稀土相，且不包含任何重稀土元素和镓元素；
所述含Ce磁体由速凝非磁性合金片和速凝基础合金片依次按照以下步骤制备获得：氢碎、气流磨制粉、强磁成型、烧结、一次回火热处理和二次热处理；
其中一级回火热处理的工艺为：在5×10-3Pa真空环境下，回火温度为820℃～920℃，保温时间1小时～3小时，氩气风冷至室温；
在制备磁性合金过程中，形成含Al的主相外延磁硬化薄层为2:14:1型结构，其中微量的Al部分替代Fe，更容易占据8j2晶位；所述含Al的主相外延磁硬化薄层与永磁主相构成了双主相结构，抑制了Al大量进入永磁主相；
所述速凝非磁性合金片的重量百分比成分为(PraNdb)c Ald，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d=100；
速凝基础合金片的重量百分比成分为 [(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，26≤f≤32，e+f=100，29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i=100，80≤kh≤200，TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。
2.根据权利要求1所述的含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，其特征在于：所述含Ce磁体与通过所述速凝基础合金片制备获得的基础磁体相比，矫顽力提高2.3%-16.54%，所述基础磁体的制备步骤和工艺参数与所述含Ce磁体的制备步骤和工艺参数相同。
3.根据权利要求1所述的含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体，其特征在于：所述含Ce磁体与相同磁性能的商业磁体相比，内禀矫顽力温度系数|β（Hcj）|降低3.45%-12.84%；商业不含Ce烧结钕铁硼的化学成分按重量百分比表示为：[(Pr25Nd75)30-32.5RE2-6Fe余TM1.5-2.8B0.92-1.1，其中RE为Gd、Dy、Ho、Tb元素中的一种或者几种，TM为Cu、Al、Nb、Ga、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下工艺步骤：
（1）制备速凝非磁性合金片
所述速凝非磁性合金片的成分按重量百分比为(PraNdb)c Ald，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d=100；速凝非磁性合金片在氩气保护下速凝制备而成，浇铸温度为750℃～900℃，铜辊转速为43r/min～45r/min，厚度为0.1μm～0.3μm；
（2）制备速凝基础合金片
所述速凝基础合金片的重量百分比成分为：[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，26≤f≤32，e+f=100，29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i=100，80≤kh≤200，TM为Cu、Al、Nb、Zr、Ag、Co元素中的一种或者几种；速凝基础合金片在氩气保护下速凝制备而成，浇铸温度为1250℃～1350℃，铜辊转速为38r/min～41r/min，厚度为0.15μm～0.4μm；
（3）氢碎
将步骤（1） 制备的速凝非磁性合金片和步骤（2） 制备的速凝基础合金片按比例混合为重量百分比成分为[(PraNdb)cAld]x{[(PraNdb)eCef]g(Fe100-k,TMk)hBi}y的合金片，其中，0≤a≤30，70≤b≤100，10≤d≤20，c+d=100，26≤f≤32，e+f=100，29.5≤g≤30.5，0.92≤i≤1.05，g+h+i=100，80≤kh≤200，0.5≤x≤3，x+y=100；然后在氢破炉中氢碎为合金粉末，脱氢温度为450℃～540℃，保温时间0.5小时～2小时，合金粉末粒径为80μm～250μm；
（4）气流磨制粉
将步骤（3）所得合金粉末在补氧小于10ppm～30ppm的气氛中进行气流磨，得到平均粒径为2.2μm～3.2μm的粉末；
（5）强磁成型
将步骤（4）所得粉末在2T～3T的磁场环境中成型，之后等静压为密度4.5 g/cm3～5g/cm3的生坯；
（6）烧结
将步骤（5）所得生坯在2×10-3Pa真空环境下烧结，烧结温度为950℃～1100℃，保温时间为2小时～10小时，氩气风冷至室温；
（7）一级回火热处理
将步骤（6）所得烧结后的生坯在5×10-3Pa真空环境下进行一级回火处理，回火温度为820℃～920℃，保温时间1小时～3小时，氩气风冷至室温；
（8）二级回火热处理
将步骤（7） 经一级回火处理的生坯在5×10-3Pa真空环境下进行二级回火处理，回火温度为420℃～550℃，保温时间3小时～5小时，氩气风冷至室温，最终得到含Al磁硬化层结构的低成本耐热烧结含Ce磁体。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，浇铸温度为750℃～800℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）进一步包括在脱氢前进行低温活化的步骤，低温活化温度为80℃～200℃，活化时间为0.5小时～1小时。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述低温活化温度为80℃～150℃。
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