CN115274241A - 一种耐腐蚀钕铁硼磁体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐腐蚀钕铁硼磁体及其制备方法，所述耐腐蚀钕铁硼磁体化学通式为RExFeuMvBz，RE为稀土主体Pr2Nd8，以及Tb、Dy、Ho、Gd、La、Ce的一种或多种组合；M为Al、Cu、Mg、Ti、Nb中的一种或几种组合，其中，x、u、v、z为相应元素的质量百分比，且23.0≤x≤44.0，0.8≤z≤1.1，0.1≤v≤6.0，u＝100‑x‑z‑v。本发明通过掺入能够降低晶界相活性的合金元素，形成晶间相Nd‑M、Nd‑Fe‑M、Fe‑M‑B、M‑B，可以提高富钕相的电极电位，从而缩小晶界相与Nd2Fe14B主相之间的电位差，减小磁体的腐蚀动力，提高磁体的耐蚀性；在气流磨制粉过程中加入合金元素，在提高钕铁硼磁体本身的耐腐蚀性能的同时，降低钕铁硼的磁性能；采用等静压近净成形工艺，有效降低材料的应用成本，具有产业化推广优势。
Description
技术领域
本发明属于稀土永磁体技术领域，特别涉及一种耐腐蚀钕铁硼磁体及其制备方法。
背景技术
钕铁硼永磁材料被广泛应用于节能环保制造产业等低碳经济领域，随着世界各国家纷纷大力投资低碳节能环保制造产业，并大力推动绿色节能环保产品消费，以新能源车、风力发电、节能家电、机器人和智能制造等为代表的新兴产业快速发展，钕铁硼永磁材料需求有望迎来高速增长。据有关机构测算，2019～2025年，全球新能源车对钕铁硼永磁材料需求量将达到45016吨，年均复合增长率达到18.34％；到2024年，全球风电装机所带来的对高性能钕铁硼永磁材料需求量为20552吨，比2019年增长21.52％，年均复合增长达到3.98％；保守估计到2025年，全球变频节能家电所需钕铁硼永磁材料不会低于9418吨，比2019年增长63.4％，年复合增长率8.53％；到2024年，全球工业机器人销量对应的钕铁硼永磁材料消耗量将达到23325吨，年均复合增长率17.25％。仅新能源汽车、风力发电、节能家电三个应用领域2025年所需的高性能钕铁硼永磁材料合计就超过了2018年全球高性能钕铁硼永磁材料的需求总量，市场前景十分值得期待。但是，钕铁硼永磁材料最大的缺点就是耐腐蚀性能极差，主要原因是多相结构钕铁硼的各相之间的电位差较大，在腐蚀性环境中极易发生晶间腐蚀，最终导致材料失效。
发明内容
在本发明的第一方面，本发明提供一种耐腐蚀钕铁硼磁体，其化学通式为RExFeuMvBz， RE为稀土主体Pr2Nd8，以及Tb、Dy、Ho、Gd、La、Ce的一种或多种组合；M为Al、Cu、Mg、Ti、Nb中的一种或几种组合，其中，x、u、v、z为相应元素的质量百分比，且23.0 ≤x≤44.0，0.8≤z≤1.1，0.1≤v≤6.0，u＝100-x-z-v。
本发明所述钕铁硼合金在制粉过程中通过优化合金元素配比，控制合金元素添加量，形成晶间相Nd-M、Nd-Fe-M、Fe-M-B、M-B。通过合金化形成新的晶间相，降低晶界富稀土相的化学活性，减小主相与晶界相之间的电位差，提高烧结钕铁硼磁体本身的耐腐蚀性能，并且采用等静压近净成形工艺，在保持高性能的同时，有效降低材料的应用成本，具有产业化推广优势。
根据本发明的第二方面，本发明还提供一种制备上述任一项耐腐蚀钕铁硼的方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：按照RE、Fe、B元素的质量比进行配料，采用熔炼工艺制得钕铁硼基合金，随后冷却铸片，并进行氢脆反应；
步骤S2、将M按照元素质量配比加入到步骤S1氢脆后的原料中，进行气流磨制粉，得到钕铁硼粉；
步骤S3、将步骤S2制得的钕铁硼粉填充至模具腔内，在取向磁场压机中取向成型制得钕铁硼生坯，然后将钕铁硼生坯采用等静压近净成形处理得到等静压坯料；
步骤S4、将步骤S3制备的等静压坯料装入等距阵列料盘，再将料盘装入真空烧结炉中进行真空烧结，经冷却后得到所述钕铁硼磁体。
优选的，其中，所述元素M的添加重量占比v为4.0～5.0，所述的M为Al-Cu-Mg粉、Al-Cu-Ti、Al-Cu-Nb粉的一种，粒径为50～200nm。
优选的，所述步骤S3中取向磁场压机的磁场强度大于2.0T，等静压机压力为等静压机压力150～220MPa。
优选的，所述真空烧结条件为真空度10-2～10-4Pa，烧结温度1060～1120℃，烧结时间 100～200min。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过向烧结钕铁硼永磁合金中掺入能够降低晶界相活性的合金元素，形成晶间相Nd-M、Nd-Fe-M、Fe-M-B、M-B，可以提高富钕相的电极电位，从而缩小晶界相与Nd2Fe14B 主相之间的电位差，减小磁体的腐蚀动力，提高磁体的耐蚀性；本发明在气流磨制粉过程中加入合金元素，有效避免传统熔炼合金化法存在的缺陷，合金元素不仅在晶界中分布，还有部分进入Nd2Fe14B主相，在提高钕铁硼磁体本身的耐腐蚀性能的同时，降低钕铁硼的磁性能；本发明采用等静压近净成形工艺，在保持高性能的同时，有效降低材料的应用成本，具有产业化推广优势。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种低成本高矫顽力钕铁硼合金及其制备方法进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例1提供一种耐腐蚀钕铁硼磁体及其制备方法，具体如下：
(一)本实施例所提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的成分为(Pr2Nd8)32.5Fe61.6(AlCuMg)5B0.9。
(二)本实施例所提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：按照RE、Fe、B元素的质量比进行配料，采用熔炼工艺制得钕铁硼基合金，随后冷却铸片，并进行氢脆反应；
步骤S2、将纳米Al-Cu-Mg粉按照元素质量配比加入到步骤S1氢脆后的原料中，进行气流磨制粉；
步骤S3、将步骤S2制得的钕铁硼粉填充至模具腔内，在取向磁场压机中取向成型制得钕铁硼生坯，磁场强度为2.2T，然后将钕铁硼生坯装入等静压机处理得到等静压坯料，压力为200MPa；
步骤S4、将步骤S3制备的等静压坯料装入等距阵列料盘，再将料盘装入真空烧结炉中进行真空烧结，真空度为10-3Pa，烧结温度为1100℃，烧结时间为120min，经冷却后得到所述耐腐蚀钕铁硼产品，记作A1。
实施例2
本实施例2提供一种耐腐蚀钕铁硼磁体及其制备方法，具体如下：
(一)本实施例所提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的成分为(Pr2Nd8)43Dy0.5Fe49.4(AlCuTi)6B1.1。
(二)本实施例所提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：按照RE、Fe、B元素的质量比进行配料，采用熔炼工艺制得钕铁硼基合金，随后冷却铸片，并进行氢脆反应；
步骤S2、将纳米Al-Cu-Ti粉按照元素质量配比加入到步骤S1氢脆后的原料中，进行气流磨制粉；
步骤S3、将步骤S2制得的钕铁硼粉填充至模具腔内，在取向磁场压机中取向成型制得钕铁硼生坯，磁场强度为2.0T，然后将钕铁硼生坯装入等静压机处理得到等静压坯料，压力为180MPa；
步骤S4、将步骤S3制备的等静压坯料装入等距阵列料盘，再将料盘装入真空烧结炉中进行真空烧结，真空度为10-2Pa，烧结温度为1080℃，烧结时间为180min，经冷却后得到所述耐腐蚀钕铁硼磁体产品，记作A2。
实施例3
本实施例3提供一种耐腐蚀钕铁硼磁体及其制备方法，具体如下：
(一)本实施例提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的成分为(Pr2Nd8)30Dy0.5La7Fe57.7(AlCuNb)4B0.8。
(二)本实施例所提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：按照RE、Fe、B元素的质量比进行配料，采用熔炼工艺制得钕铁硼基合金，随后冷却铸片，并进行氢脆反应；
步骤S2、将纳米Al-Cu-Nb粉按照元素质量配比加入到步骤S1氢脆后的原料中，进行气流磨制粉；
步骤S3、将步骤S2制得的钕铁硼粉填充至模具腔内，在取向磁场压机中取向成型制得钕铁硼生坯，磁场强度为2.5T，然后将钕铁硼生坯装入等静压机处理得到等静压坯料，压力为220MPa；
步骤S4、将步骤S3制备的等静压坯料装入等距阵列料盘，再将料盘装入真空烧结炉中进行真空烧结，真空度为10-4Pa，烧结温度为1090℃，烧结时间为150min，经冷却后得到所述耐腐蚀钕铁硼磁体产品，记作A3。
对比实施例1
本对比实施例1提供一种耐腐蚀钕铁硼磁体及其制备方法，具体如下：
(一)本对比实施例1所提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的成分为(Pr2Nd8)32.5Fe66.6B0.9。
(二)本对比实施例1所提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：按照RE、Fe、B元素的质量比进行配料，采用熔炼工艺制得钕铁硼基合金，随后冷却铸片，并进行氢脆反应，随后进行气流磨制粉，得到钕铁硼粉；
步骤S2、将步骤S1制得的钕铁硼粉填充至模具腔内，在取向磁场压机中取向成型制得钕铁硼生坯，磁场强度为2.2T，然后将钕铁硼生坯装入等静压机处理得到等静压坯料，压力为200MPa；
步骤S3、将步骤S2制备的等静压坯料装入等距阵列料盘，再将料盘装入真空烧结炉中进行真空烧结，真空度为10-3Pa，烧结温度为1100℃，烧结时间为120min，经冷却后得到所述耐腐蚀钕铁硼磁体产品，记作B1。
对比实施例2
本对比实施例2提供一种耐腐蚀钕铁硼磁体及其制备方法，具体如下：
(一)本实施例提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的成分为(Pr2Nd8)30Dy0.5La7Fe57.7(AlCuNb)4B0.8。
(二)本实施例所提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：按照RE、Fe、B元素的质量比进行配料，采用熔炼工艺制得钕铁硼基合金，随后冷却铸片，并进行氢脆反应；
步骤S2、将纳米Al-Cu-Nb粉按照元素质量配比加入到步骤S1氢脆后的原料中，进行气流磨制粉；
步骤S3、将步骤S2制得的钕铁硼粉填充至模具腔内，在取向磁场压机中取向成型制得钕铁硼生坯，磁场强度为1.5T，然后将钕铁硼生坯装入等静压机处理得到等静压坯料，压力为100MPa；
步骤S4、将步骤S3制备的等静压坯料装入等距阵列料盘，再将料盘装入真空烧结炉中进行真空烧结，真空度为10-4Pa，烧结温度为1090℃，烧结时间为150min，经冷却后得到所述耐腐蚀钕铁硼磁体产品，记作B2。
对比实施例3
本对比实施例3提供一种耐腐蚀钕铁硼磁体及其制备方法，具体如下：
(一)本实施例提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的成分为(Pr2Nd8)43Dy0.5Fe49.4(AlCuTi)6B1.1。
(二)本实施例所提供的耐腐蚀钕铁硼磁体的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：按照RE、Fe、B元素的质量比进行配料，采用熔炼工艺制得钕铁硼基合金，随后冷却铸片，并进行氢脆反应；
步骤S2、将纳米Al-Cu-Ti粉按照元素质量配比加入到步骤S1氢脆后的原料中，进行气流磨制粉；
步骤S3、将步骤S2制得的钕铁硼粉填充至模具腔内，在取向磁场压机中取向成型制得钕铁硼生坯，磁场强度为2.0T，然后将钕铁硼生坯装入等静压机处理得到等静压坯料，压力为180MPa；
步骤S4、将步骤S3制备的等静压坯料装入等距阵列料盘，再将料盘装入真空烧结炉中进行真空烧结，真空度为10-1Pa，烧结温度为1000℃，烧结时间为180min，经冷却后得到所述耐腐蚀钕铁硼磁体产品，记作B3。
性能测试
将本发明实施例1～3制备的耐腐蚀钕铁硼磁体产品A1～A3和对比实施例1～3制备的耐腐蚀钕铁硼磁体产品B1～B3按照相关标准进行以下性能测试，测试结果置于下表1中。
其中所述性能测试包括磁性能测试以及耐腐蚀性能测试，磁性能测试为在AMT-4型磁化特性自动测量仪上进行，测试试样尺寸为25cm*宽20cm*厚1cm，测试得到剩磁和矫顽力指标数据；耐腐蚀性能为按照GB/T 40792-2021规定测试试样在120℃、2atm和100％相对湿度的环境中96h的腐蚀失重。
表1性能测试结果
由表1中的结果可以看出，和对比例对应相比，采用本发明的方法制备的钕铁硼磁体，矫顽力和剩磁有所提高，通过优化温度、时间等参数可以获得更优磁性能的钕铁硼磁体。
本发明所述钕铁硼合金在制粉过程中通过优化合金元素配比，控制合金元素添加量，形成晶间相Nd-M、Nd-Fe-M、Fe-M-B、M-B。通过合金化形成新的晶间相，降低晶界富稀土相的化学活性，减小主相与晶界相之间的电位差，提高烧结钕铁硼磁体本身的耐腐蚀性能，并且采用等静压近净成形工艺，在保持高性能的同时，有效降低材料的应用成本，具有产业化推广优势。
本发明通过向烧结钕铁硼永磁合金中掺入能够降低晶界相活性的合金元素，形成晶间相Nd-M、Nd-Fe-M、Fe-M-B、M-B，可以提高富钕相的电极电位，从而缩小晶界相与Nd2Fe14B 主相之间的电位差，减小磁体的腐蚀动力，提高磁体的耐蚀性；本发明在气流磨制粉过程中加入合金元素，有效避免传统熔炼合金化法存在的缺陷，合金元素不仅在晶界中分布，还有部分进入Nd2Fe14B主相，在提高钕铁硼磁体本身的耐腐蚀性能的同时，降低钕铁硼的磁性能；本发明采用等静压近净成形工艺，在保持高性能的同时，有效降低材料的应用成本，具有产业化推广优势。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (5)
1.一种耐腐蚀钕铁硼磁体，其特征在于，其化学通式为RExFeuMvBz，RE为稀土主体Pr2Nd8，以及Tb、Dy、Ho、Gd、La、Ce的一种或多种组合；M为Al、Cu、Mg、Ti、Nb中的一种或几种组合，其中，x、u、v、z为相应元素的质量百分比，且23.0≤x≤44.0，0.8≤z≤1.1，0.1≤v≤6.0，u＝100-x-z-v。
2.一种权利要求1所述的耐腐蚀钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：按照RE、Fe、B元素的质量比进行配料，采用熔炼工艺制得钕铁硼基合金，随后冷却铸片，并进行氢脆反应；
步骤S2、将M按照元素质量配比加入到步骤S1氢脆后的原料中，进行气流磨制粉，得到钕铁硼粉；
步骤S3、将步骤S2制得的钕铁硼粉填充至模具腔内，在取向磁场压机中取向成型制得钕铁硼生坯，然后将钕铁硼生坯采用等静压近净成形处理得到等静压坯料；
步骤S4、将步骤S3制备的等静压坯料装入等距阵列料盘，再将料盘装入真空烧结炉中进行真空烧结，经冷却后得到所述钕铁硼磁体。
3.根据权利要求2所述的耐腐蚀钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，其中，所述的M为Al-Cu-Mg粉、Al-Cu-Ti、Al-Cu-Nb粉的一种，粒径为50～200nm。
4.根据权利要求2所述的耐腐蚀钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，其中，所述取向磁场压机的磁场强度大于2.0T，等静压机压力150～220MPa。
5.根据权利要求2所述的耐腐蚀钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述真空烧结条件为真空度10-2～10-4Pa，烧结温度1060～1120℃，烧结时间100～200min。
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