CN115798851A

CN115798851A - 一种钕铁硼磁性材料及其制备方法

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Publication number: CN115798851A
Application number: CN202211292937.1A
Authority: CN
Inventors: 卢圣泽; 徐其挺; 朱立挺
Original assignee: Ningbo Zhonghai Magnetic Industry Co ltd
Current assignee: Ningbo Zhonghai Magnetic Industry Co ltd
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2042-10-21
Also published as: CN115798851B

Abstract

本申请涉及一种钕铁硼磁性材料及其制备方法，涉及钕铁硼合金材料的领域，钕铁硼磁性材料包含以下重量百分比的原材料：硼：0.95~1.15%；镨钕合金：21.3~22.5%；铈：7.85~8.12%；钆：2.75~2.95%；钴：0.28~0.42%；铝：0.35~0.56%；铜：0.10~0.22%；锆：0.33~0.45%；余量为铁。本申请通过添加铈元素和锆元素并限定其组分配比，使制得的钕铁硼磁性材料的磁性性能和强度均得到有效提升。

Description

一种钕铁硼磁性材料及其制备方法

技术领域

本申请涉及磁性材料的领域，更具体地说，它涉及一种钕铁硼磁性材料及其制备方法。

背景技术

钕铁硼磁铁，是由钕、铁、硼(Nd₂Fe₁₄B)形成的四方晶系晶体，又称磁钢，是最常使用的稀土磁铁。烧结钕铁硼永磁材料具有优异的磁性能，被广泛应用于电子、电力机械、医疗器械、玩具、包装、五金机械、航天航空等领域。钕铁硼磁性材料作为稀土永磁材料发展的最新结果，由于其优异的磁性能而被称为“磁王”。

钕铁硼磁铁由于具有极高的磁能积和矫力，同时高能量密度的优点使钕铁硼永磁材料在现代工业和电子技术中获得了广泛应用，从而使仪器仪表、电声电机、磁选磁化等设备的小型化、轻量化、薄型化成为可能。钕铁硼的优点是性价比高，具良好的机械特性。

钕铁硼磁性材料的不足之处在于钕铁硼永磁体的矫顽力也较低，难以满足一些对磁性性能要求较高的产品的需求，因此必须通过调整其化学成分，才能达到实际应用的要求。

发明内容

为了提升钕铁硼磁铁的矫顽力，本申请提供一种钕铁硼磁性材料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种钕铁硼磁性材料，采用如下技术方案：

一种钕铁硼磁性材料，包含以下重量百分比的原材料：

硼：0.95～1.15％；

镨钕合金：21.3～22.5％；

铈：7.85～8.12％；

钆：2.75～2.95％；

钴：0.28～0.42％；

铝：0.35～0.56％；

铜：0.10～0.22％；

锆：0.33～0.45％；

余量为铁。

通过采用上述技术方案，在合金中加入硼元素得到的硼铁合金具有优异的耐磨性，可以有效减少合金消耗，并且铸造工艺简单，成本低。在硼铁合金中添加铈元素能够起到细化奥氏体和共晶硼化物组织的作用，进而提高合金的硬度和耐冲击韧性。并且铈元素的添加可以提升合金的耐氧化性能，减少合金制备过程中的氧化程度，提升制得的钕铁硼磁性材料的矫顽力，提高磁体强度。锆元素具有稳定的物理和化学性质，将其添加于合金中，通过与铈元素的配合，可以进一步提升钕铁硼磁性材料的硬度和强度。

可选的，所述钕铁硼磁性材料包含以下重量百分比的原材料：

硼：0.96％；

镨钕合金：21.30％；

铈：8.00％；

钆：2.80％；

钴：0.30％；

铝：0.40％；

铜：0.15％；

锆：0.40％；

余量为铁。

通过采用上述技术方案，钕铁硼磁性材料中各组分在上述配比下具有最优的物理和化学性质，并且磁材的磁性指标也可达到最佳。

可选的，所述钕铁硼磁性材料还包括占所述钕铁硼磁性材料总重量0.25～0.85％的抗氧化剂，所述抗氧化剂包括氮化硅、氮化锰、氮化硼和硼化锆中的至少一种。

进一步优选，所述抗氧化剂包括氮化硅、氮化锰和硼化锆，所述氮化硅、氮化锰、硼化锆的质量比为1：(0.8～1.2)：(0.5～0.8)。

通过采用上述技术方案，抗氧化剂的主要作用是减少磁性材料冶炼过程中氧气的影响，增强原材料的抗氧化性能，提高磁体的矫顽力和强度。在磁性材料中添加氮化锰，锰可以起到脱氧、脱硫和合金化等作用，并且可以消除因硫化引起的热脆性，从而提高钢的热加工性能，还能细化晶粒，提高磁性材料的强度。氮化硅具有高温热稳定性，化学稳定性和零号的电绝缘性及质硬性。氮化锰和氮化硅配合使用兼顾氮化锰和氮化硅的特殊性能，其性能更加优越。在氮化硅和氮化锰的基础上添加硼化锆，可以进一步提升磁性材料的抗氧化性能。

可选的，还包括占所述钕铁硼磁性材料总重量0.1～1％镨钕氧化物。

进一步优选，所述镨钕氧化物与所述抗氧化剂的质量比为1：(0.65～0.8)。

通过采用上述技术方案，镨钕氧化物同样可以起到增强磁性材料抗氧化性，提高磁体矫顽力的作用。通过镨钕氧化物和抗氧化剂的配合使用，抗氧化性能更优。

第二方面，本申请提供一种钕铁硼磁性材料的制备方法，采用如下技术方案：

一种钕铁硼磁性材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、熔炼：将各组分原料按配比混合，投入真空熔炼炉中，充入保护气体，在1580～1650℃下进行熔炼，熔炼后冷却形成基料；

S2、氢碎：将基料投入氢碎炉中在280～320℃进行氢爆，然后升温至750～850℃进行脱氢，完成后冷却出炉；

S3、制粉：将经过氢碎处理的原料在气流磨中破碎得到细粉颗粒；

S4、取向成型：将细粉颗粒放入模具中取向压制成指定规格的坯件；

S5、烧结：将坯件投入真空炉内，抽真空至0.01MPa，在1200～1250℃下烧结6～8h，然后降温至800～1000℃保温5～6h，继续降温至500～600℃保温5～6h，气冷后得到钕铁硼磁性材料。

可选的，当所述钕铁硼磁性材料中添加有抗氧化剂时，步骤S1包括：1650～1800℃下，将抗氧化剂各原料混合熔炼，然后将降温至1580～1650℃，与钕铁硼磁性材料各组分原料按配比混合熔炼形成基料。

可选的，当所述钕铁硼磁性材料中添加有镨钕氧化物时，镨钕氧化物与钕铁硼磁性材料其他各组分原料按配比在步骤S1中添加。

可选的，所述保护气体为氮气或者氩气。

可选的，在步骤S5中，烧结处理之前还包括预烧结，预烧结温度为350～450℃，烧结时间为8～10h。

通过采用上述技术方案，钕铁硼磁性材料通过熔炼、氢碎、制粉、去向定型和烧结制得钕铁硼磁性材料，在制备过程中通过引入铈、锆等元素有效增强和提升了制得的钕铁硼磁性材料的强度和磁性能。在添加抗氧化剂时，先将抗氧化剂各组分混合熔炼，尤其是氮化锰和氮化硅在混合熔炼的过程中会先生成氮化硅锰合金，氮化硅锰合金可以起到更好的脱氧、脱硫和合金化的作用，添加后使得钕铁硼磁性材料各组分的抗氧化性能优。硼化锆添加至氮化硅锰合金中可以起到进一步的微合金化作用，进一步提升钕铁硼磁性材料的稳定性，并且使合金具有根底的热膨胀性能。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。需要说明的是，以下实施例中未注明具体者，均按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。以下实施例各组分配方中所用助剂除特殊说明外均为本领域常规使用的助剂类型。

实施例1

一种钕铁硼磁性材料，组分配比参照表1，具体制备方法如下：

S1、熔炼：将各组分原料混合按照表1中配比混合后投入真空熔炼炉中，充入氮气作为保护气体，抽真空至0.01MPa，设置真空熔炼炉温度为1580℃，得到熔炼液后，将其浇筑至冷却滚轮进行铸片，得到基料；

S2、氢碎：将基料投入氢碎炉中，充入纯度为99.9％的氢气进行氢碎，抽真空至0.01MPa，控制温度为280℃，反应时间3h，然后升温至750℃脱氢，脱氢完成后冷却出炉；

S3、制粉：将经过步骤S2氢碎处理的产品投入气流磨中破碎得到粒度不超过2μm的细粉颗粒；

S4、取向成型：将步骤S3中得到的细粉颗粒投入混料机中混合5h，然后放填入模具中，在 1.5T磁场强度中取向并压制成型，得到坯件；

S5、烧结：将坯件投入真空炉中，在1200℃中烧结6h，然后降温至800℃保温5h，继续降温至500℃保温5h，气冷后制得钕铁硼磁性材料。

实施例2～6

实施例2～6与实施例1的区别在于，钕铁硼磁性材料的组分配比不同，具体组分配比参照表 1，制备方法与实施例1保持一致。

表1：实施例1～6组分配比(重量百分比)

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

硼

0.95％

1.15％

0.96％

镨钕合金

21.30％

22.50％

21.30％

铈

7.85％

8.12％

8.00％

钆

2.75％

2.95％

2.80％

钴

0.42％

0.28％

0.30％

铝

0.56％

0.35％

0.40％

铜

0.22％

0.10％

0.15％

锆

0.45％

0.33％

0.38％

0.40％

铁

65.50％

64.22％

65.71％

65.69％

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于，不添加铈元素，其余均与实施例1保持一致。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于，不添加锆元素，其余均与实施例1保持一致。

对比例3～6

对比例3～6与实施例1的区别在于，钕铁硼磁性材料的各组分配比不同，具体参照表2，其余均与实施例1保持一致。

表2：对比例3～6组分配比(重量百分比)

	对比例3	对比例4	对比例5	对比例6
					硼	0.96％	0.96％	0.96％	0.96％
镨钕合金	21.30％	21.30％	21.30％	21.30％
					铈	6.00％	9.00％	5.00％	5.00％
钆	2.00％	2.00％	3.25％	2.00％
					钴	0.30％	0.30％	0.30％	0.30％
铝	0.40％	0.40％	0.40％	0.40％
					铜	0.15％	0.15％	0.15％	0.15％
锆	0.10％	0.10％	0.10％	0.80％
					铁	68.79％	65.79％	68.54％	69.09％

性能检测

对实施例1～6及对比例1～6中制得的钕铁硼磁性材料进行性能检测，检测项目如下：

磁性能检测：依据GB/T 3217-2013《永磁(硬磁)材料磁性试验方法》检测制得的钕铁硼磁性材料的剩磁、内禀矫顽力和最大磁能积，试验温度20℃；

硬度检测：将制得的钕铁硼磁性材料切削成规格为D10*10的柱状样品，利用洛氏硬度计性能硬度检测；

抗氧化性能检测：将制得的钕铁硼磁性材料切削成规格为D10*10的柱状样品，置于300℃烘箱中进行热氧化增重试验，烘烤时间5h，样品分别在烘烤前后利用电光分析天平进行称量，计算氧化增重率。

性能检测结果见下表3。

表3：实施例1～6及对比例1～6性能检测结果

通过表3中的数据可以看出，本申请技术方案提供的钕铁硼磁性材料具有更优的磁性能和强度，并且抗氧化性能表现优异。

以下实施例在实施例6的基础上对钕铁硼磁性材料的性能做进一步探究。

实施例7

本实施例与实施例6的区别在于，钕铁硼磁性材料还包括抗氧化剂，抗氧化剂占钕铁硼磁性材料总重的0.25％，抗氧化剂为硼化锆，硼化锆在步骤S1中与钕铁硼磁性材料的其他各组分一同混合，其他均与实施例6保持一致。

实施例8

本实施例与实施例7的区别在于，抗氧化剂由氮化硅、氮化锰和硼化锆按1:1:1的质量比混合制得，钕铁硼磁性材料的组分配比与实施例7保持一致，具体制备方法如下：

S1、抗氧化剂熔炼：将氮化硅、氮化锰和硼化锆按配比混合均匀，投入真空熔炼炉中，充入氮气作为保护气体，抽真空至0.01MPa，设置真空熔炼炉温度为1650℃进行熔炼，熔炼结束后冷却得到抗氧化剂；

S2、熔炼：将抗氧化剂和其它各组分原料混合按照表1中配比混合后投入真空熔炼炉中，充入氮气作为保护气体，抽真空至0.01MPa，设置真空熔炼炉温度为1580℃，得到熔炼液后，将其浇筑至冷却滚轮进行铸片，得到基料；

S3、氢碎：将基料投入氢碎炉中，充入纯度为99.9％的氢气进行氢碎，抽真空至0.01MPa，控制温度为280℃，反应时间3h，然后升温至750℃脱氢，脱氢完成后冷却出炉；

S4、制粉：将经过步骤S2氢碎处理的产品投入气流磨中破碎得到粒度不超过2μm的细粉颗粒；

S5、取向成型：将步骤S3中得到的细粉颗粒投入混料机中混合5h，然后放填入模具中，在 1.5T磁场强度中取向并压制成型，得到坯件；

S6、烧结：将坯件投入真空炉中，在1200℃中烧结6h，然后降温至800℃保温5h，继续降温至500℃保温5h，气冷后制得钕铁硼磁性材料。

实施例9

本实施例与实施例8的区别在于，氮化硅、氮化锰和硼化锆的质量比为1:0.8:0.5，其余均与实施例8保持一致。

实施例10

本实施例与实施例8的区别在于，氮化硅、氮化锰和硼化锆的质量比为1:1.2:0.5，其余均与实施例8保持一致。

实施例11

本实施例与实施例8的区别在于，氮化硅、氮化锰和硼化锆的质量比为1:0.8:0.8，其余均与实施例8保持一致。

实施例12

实施例13

本实施例与实施例8的区别在于，氮化硅、氮化锰和硼化锆的质量比为1:0.5:1.2，其余均与实施例8保持一致。

实施例14

本实施例与实施例8的区别在于，抗氧化剂的添加量为0.85％，其余均与实施例8保持一致。

实施例15

本实施例与实施例8的区别在于，抗氧化剂的添加量为1％，其余均与实施例8保持一致。

对实施例7～15中钕铁硼磁性材料进行硬度和氧化抗氧化性能检测，检测结果见下表 4。

表4：实施例7～15性能检测结果

通过表4中的数据可以看出，抗氧化剂的加入明显提升了钕铁硼磁性材料的抗氧化性能，经过氧化试验后，钕铁硼磁性材料的氧化增重率有比较明显的降低。另外，通过表4中实施例 8～实施例13的数据对比可知，将抗氧化剂的组成进行筛选并将各组成部分的比例限定，在本申请优选的配比范围内，抗氧化剂的具有更优的抗氧化性能表现。

实施例16

本实施例与实施例10的区别在于，钕铁硼磁性材料中添加有镨钕氧化物，镨钕氧化物占钕铁硼磁性材料总重的0.1％，其余均与实施例1保持一致。

实施例17

本实施例与实施例16的区别在于，镨钕氧化物占钕铁硼磁性材料总重的1％，其余均与实施例1保持一致。

实施例18

本实施例与实施例17的区别在于，抗氧化剂占钕铁硼磁性材料总重的0.8％，其余均与实施例1 保持一致。

实施例19

本实施例与实施例17的区别在于，抗氧化剂占钕铁硼磁性材料总重的0.65％，其余均与实施例 1保持一致。

实施例20

本实施例与实施例1的区别在于制备钕铁硼磁性材料的过程中，在步骤S5烧结之前还包括预烧结步骤，具体为：将步骤S4中制得的坯件投入真空炉中，抽真空至0.01MPa，在400℃预烧结8h；其余均与实施例1保持一致。

对实施例16～20中钕铁硼磁性材料进行硬度和氧化抗氧化性能检测，检测结果见下表5。

表5：实施例16～20性能检测结果

实施例16～19在实施例在实施例10的基础上，向钕铁硼磁性材料中添加量镨钕氧化物，通过表5中的数据可以看出，镨钕氧化物的加入进一步增强了钕铁硼磁性材料的抗氧化性能，并且制得的磁性材料的硬度进一步提升。

实施例20中在制备钕铁硼磁性材料过程中加入预烧结步骤，通过表5中的数据可以看出，预烧结对制得的钕铁硼磁性材料的抗氧化性能也具有一定的增强作用。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种钕铁硼磁性材料，其特征在于，包含以下重量百分比的原材料：

硼：0.95~1.15%；

镨钕合金：21.3~22.5%；

铈：7.85~8.12%；

钆：2.75~2.95%；

钴：0.28~0.42%；

铝：0.35~0.56%；

铜：0.10~0.22%；

锆：0.33~0.45%；

余量为铁。

2.根据权利要求1所述的一种钕铁硼磁性材料，其特征在于，所述钕铁硼磁性材料包含以下重量百分比的原材料：

硼：0.96%；

镨钕合金：21.30%；

铈：8.00%；

钆：2.80%；

钴：0.30%；

铝：0.40%；

铜：0.15%；

锆：0.40%；

余量为铁。

3.根据权利要求1所述的一种钕铁硼磁性材料，其特征在于，所述钕铁硼磁性材料还包括占所述钕铁硼磁性材料总重量0.25~0.85%的抗氧化剂，所述抗氧化剂包括氮化硅、氮化锰、氮化硼和硼化锆中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的一种钕铁硼磁性材料，其特征在于，所述抗氧化剂包括氮化硅、氮化锰和硼化锆，所述氮化硅、氮化锰、硼化锆的质量比为1：（0.8~1.2）：（0.5~0.8）。

5.根据权利要求3所述的一种钕铁硼磁性材料，其特征在于，还包括占所述钕铁硼磁性材料总重量0.1~1%镨钕氧化物。

6.根据权利要求5所述的一种钕铁硼磁性材料，其特征在于，所述镨钕氧化物与所述抗氧化剂的质量比为1：（0.65~0.8）。

7.权利要求1~6任一项所述的一种钕铁硼磁性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、熔炼：将各组分原料按配比混合，投入真空熔炼炉中，充入保护气体，在1580~1650℃下进行熔炼，熔炼后冷却形成基料；

S2、氢碎：将基料投入氢碎炉中在280~320℃进行氢爆，然后升温只750~850℃进行脱氢，完成后冷却出炉；

S5、烧结：将坯件投入真空炉内在1200~1250℃下烧结6~8h，然后降温至800~1000℃保温5~6h，继续降温至500~600℃保温5~6h，气冷后得到钕铁硼磁性材料。

8.根据权利要求7所述的一种钕铁硼磁性材料的制备方法，其特征在于，当所述钕铁硼磁性材料中添加有抗氧化剂时，步骤S1包括：1650~1800℃下，将抗氧化剂各原料混合熔炼，然后将降温至1580~1650℃，与钕铁硼磁性材料各组分原料按配比混合熔炼形成基料。