CN115881379A - 一种高剩磁钕铁硼磁体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高剩磁钕铁硼磁体及其制备方法和应用。本发明的钕铁硼磁体具有以R‑T‑B型化合物为主要结构的晶粒，以及晶界相。本发明的钕铁硼磁体通过调整B、Cu、Ga、RE、Ti等元素的比例关系，可以获得较高的主相晶粒体积比，有效抑制晶界相中富B相的比例，使得磁体具备较高的Br，兼具优良的Hcj和方形度性能。

Description

一种高剩磁钕铁硼磁体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于钕铁硼磁体领域，具体涉及一种烧结钕铁硼磁体及其制备方法和应用。
背景技术
烧结钕铁硼磁体作为第四代永磁材料，以其优良的磁性能被称为“磁王”，被广泛应用于汽车、风电、压缩机、电梯，以及工业自动化等众多领域。
进入21世纪以来，磁钢更多的关注于矫顽力性能的提升，尤其是在储量较为稀少的重稀土资源的供给出现失衡，导致原材料价格急速上涨而带来的成本压力下，众多学者及企业纷纷开始研究在降低重稀土使用量的前提下，保持甚至提高矫顽力性能，以保证磁钢在工作温度下的耐减磁能力，如细晶技术或晶界扩散技术。
随着新能源汽车市场的崛起以及高能效节能家电的新政策推出，电机的小型化、高能效指标成为新的关注点，为了保证尽可能的降低电机尺寸，保持甚至提高电机的输出功率，作为动力核心的磁钢必须具备高的能量密度，即高剩磁。
理论上纯钕铁硼磁体的极限剩磁为1.61T，目前，在实验室条件下可获得的剩磁最高为1.56T，但由于工艺难度及设备精度等原因，远远不足以实现量产。同时，新能源汽车以及节能家电等领域使用的磁钢，其主流剩磁范围为1.10-1.40T之间，若可进一步提高剩磁，则可有效促进电机小型化以及高能效等级的要求。
专利CN11724985A，采用低B组分(0.80-0.93wt％)熔炼合金，使其具有一定量的过渡金属相(R6T13M)制备烧结磁体(或扩散后磁体)，并将烧结磁体(或扩散后磁体)在400℃以上600℃以下的温度进行10秒以上30分钟以下的保温处理，使其兼具高剩磁和高Hcj，剩磁可达到1.41T。采用低B组分使其在晶界生成了宽度较大的R6T13M相，但依照钕铁硼磁体剩磁理论公式要求，降低了主相体积比例，使其Br不可避免的降低，而且虽然晶界中的R6T13M相有利于Hcj的提升，但该晶界相稳定性较差，对设备工艺难度控制要求高，磁体方形度易出现波动，不能稳定大于0.95，直接影响电机的高温耐减磁能力。
专利CN10744699A，采用低B组分(0.94wt％)熔炼合金，制备柱状晶比例为95％以上的合金薄皮，采用旋转氢脆炉处理，用高压氮气制备3.75-3.9μm大小的气流磨粉，可制备Br在1.44-1.48T，Hcj达到14-16kOe的超高性能的钕铁硼磁体。控制了合金鳞片的柱状晶比例，优化了HD生产工艺，控制气流磨粉的粒度范围，以及匹配了烧结工艺，获得高Br及高Hcj的磁体。但其RE含量极低，在烧结时没有足够的富Nd相均匀包裹主相晶粒，进行助烧结，同时没有Zr或Ti的硼化物等晶界相的存在，容易形成异常晶粒长大，由于磁体晶粒大小的均匀性差引起方形度恶化，虽然具备高的Br和Hcj，但是异常晶粒长大区域极易产生反向磁化，使得磁体的耐减磁能力劣化。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种高剩磁钕铁硼磁体及其制备方法和应用。
本发明提供一种钕铁硼磁体，所述磁体具有以R-T-B型化合物为主要结构的晶粒，以及晶界相；所述钕铁硼磁体包括：
R：28％wt以上，30wt％以下；R代表稀土元素，选自Nd，或者Nd与下述稀土元素中的至少一种：Pr，La，Ce，Dy，Tb，Ho；
T：63wt％以上，70wt％以下；T选自Fe和/或Co，其中，Fe占T总量的99wt％以上；
B：0.98wt％以上，1.05wt％以下；
M1：大于0wt％，0.3wt％以下；M1选自Cu和Ga，且Ga占M1总量的75wt％以上。
M2：0.04wt％以上，0.15wt％以下；M2选自Zr、Ti、Nb中的至少一种。
优选地，M2选自Ti。
根据本发明的实施方案，所述钕铁硼磁体的制备原料中，元素的原子数还满足如下以下条件：
2.15≤[R]/([B]-2[M2])≤2.35
其中，[R]为R的原子百分比，[B]为B的原子百分比，[M2]为M2的原子百分比。本发明中，原子百分比是指[某原子的数目]/[原料中各种原子的总数]。
根据本发明的实施方案，当R选自Nd与下述稀土元素中的至少一种：Pr，La，Ce，Dy，Tb，Ho时，Dy，Tb，Ho等重稀土元素的总质量占磁体的质量的1wt％以下，优选为0.5wt％以下。
根据本发明的实施方案，所述磁体具有以下磁性能：
(1)方形度≥0.95；
(2) Br≥1.44T；
(3) Hcj≥1100kA/m。
本发明严格限定制备原料中各元素的含量，具体来讲：
因为Pr、Dy、Tb、Ho等稀土元素构成的R-T-B系主相晶粒的磁极化强度低于Nd，会显著降低磁体的Br，在保证磁体的高Br的同时，可通过少量使用Dy、Tb、Ho等重稀土元素来提高磁体的Hcj。当磁体中的R过高时，磁体的富钕相增多，Br降低；当R过低时，磁体中不能形成均匀连续的富Nd相进行主相晶粒的磁隔绝，磁体的Hcj及方形度会急剧恶化。
因为Co会占据主相晶粒中Fe的位置，而Co的原子磁矩要小于Fe，添加Co会降低磁体的Br，因此控制Fe占T总量的99％以上，同时，通过控制其他成分以及优化工艺弥补改善Co对磁体的耐腐蚀及耐温性。
现有技术采用低B(≤0.95wt％)来制备高性能钕铁硼磁体，通过形成R-T-Ga型晶界相来起到晶界相增厚，改善磁体的Hcj，但是晶界相的增厚，不可避免的降低了主相晶粒的体积比，进而会显著降低磁体的Br性能。本发明通过控制B含量来提高主相晶粒的体积比，提高磁体的Br，当B含量过低时，形成的富B相或富Nd相比例较高，主相晶粒体积比小，导致磁体Br偏低；当B含量过高时，富B相体积比例显著提高，会大幅降低磁性能。
M1主要在晶界相处富集，能够改善晶界相结构，大幅提高Hcj。当磁体中不含Cu、Ga时，磁体的主相晶粒和富B相相对粗大，会大幅降低磁体磁性能；当磁体中的Cu、Ga含量过高时，会抑制晶粒的长大，同时晶界相增厚，主相晶粒体积比降低，降低磁体的Br。当达到本发明的Ga含量时，可以显著提升磁体的Hcj，且对磁体温度系数的具有显著的优化作用，避免低Co含量对磁体耐温性的影响。
M2与B形成A2B型化合物，在晶界相中存在，起到抑制磁体晶粒异常长大。当M2的含量过低时，不能有效形成A2B型化合物的存在，抑制磁体主相晶粒的异常长大；当M2的含量过高时，A2B型化合物作为晶界相存在，降低了主相晶粒的体积比，磁体无法获得高Br。
本发明还提供上述钕铁硼磁体的制备方法，包括：(a)熔炼工序：将上述钕铁硼磁体的制备原料经高温熔融、浇铸、二次冷却后形成合金片；(b)制粉工序：将合金片破碎成合金粉末；(c)压型工序：将合金粉末在磁场作用下压制成型，得到坯体；(d)烧结工序：将坯体经高温烧结处理。
根据本发明的实施方案，所述(a)熔炼工序具体包括：将上述钕铁硼磁体的制备原料在真空或惰性气体氛围下，充分熔融为合金钢液，然后经急速冷却形成合金片，再经过二次冷却，且所述二次冷却与急速冷却间隔不超过10s，且所述二次冷却的冷却速度为5-20℃/s。优选地，所述熔融在真空感应熔炼炉中通过中频感应加热进行。本发明中，急速冷却可选用本技术领域常用的急速冷却方法，只要能得到所需合金片即可。示例性地，所述急速冷却采用急冷辊进行。
本发明中，所述二次冷却可选用本技术领域常用的冷却方式和冷却装置进行。示例性地，所述二次冷却采用选自以下任一种冷却装置进行：低温惰性气体的喷淋、水冷圆盘或其他形式的冷却装置。
优选地，所述二次冷却的冷却速度优选为5-20℃/s。
优选地，所述合金片的厚度为0.15-0.45mm。
根据本发明的实施方案，所述(b)制粉工序包括粗破碎和细破碎。
优选地，所述粗破碎选自氢脆和/或中磨。
优选地，所述细破碎选自气流磨。优选地，所述气流磨在惰性气体气氛下进行。优选地，所述惰性气体选自氮气、氦气等。
本发明中，所述氢脆、中磨或气流磨可以采用本领域已知操作。
优选地，在所述细破碎后，还要通过筛选得到，例如经过分级轮筛选。
优选地，所述合金粉末的粒度SMD在2.0-3.4μm之间，且X90/X10≤4.5。其中，SMD为面积平均粒径，SMD越小，指代粉末颗粒的粒度越小，SMD越大，指代粉末颗粒的粒度越大；X90表示累计分布百分数达到90％时所对应的粒径值，即全部颗粒的粒径均不大于此粒径，大于次粒径值的颗粒数量为0，X10表示累计分布百分数达到90％时所对应的粒径值，即全部颗粒的粒径均不大于此粒径，大于次粒径值的颗粒数量为0，在此以X90/X10指代粉末的粒度分布，X90/X10越小，表征粉末的粒度分布更为集中。
优选地，在细破碎时还需要加入润滑剂，优选在气流磨前后均加入润滑剂。在气流磨前添加润滑剂，可以提高粉末流动性，在气流磨时改善粉末的流动性和均匀性；在气流磨后添加润滑剂，也可以改善粉末均匀性及流动性，便于均匀填粉压制。
优选地，所述润滑剂选自本领域已知试剂，以及本领域已知用量，以达到粉末充分混匀、易于成型为准。示例性地，所述润滑剂选自易挥发的脂类或醇类等有机溶剂，例如为硬脂酸锌。示例性地，所述润滑剂的添加量为制备原料总质量的0.1-1wt％。
优选地，加入润滑剂后，还需进行混料。优选地，混料时间为3-6h。
本发明中所述混料可采用本技术领域已知的方法进行，例如放置于混料机中进行混料。
根据本发明的实施方案，所述(c)压型工序具体包括：在磁场作用下将合金粉末压制成型，得到坯体。
优选地，压制成型在压机磨具腔体中进行。
优选地，压制成型前，需在2T的磁场强度下进行取向充磁、成型。
优选地，在压制成型后，施加反向磁场进行退磁。
优选地，成型坯体还可以在冷等静压机中处理，进一步提高坯体密度。
根据本发明的实施方案，所述(d)烧结工序包括第一次烧结、第一次冷却、第二次烧结和第二次冷却。本发明中的烧结工序可采用本技术领域已知的方法进行。示例性地，所述坯体在烧结炉中进行烧结。
优选地，所述烧结工序在真空气氛下进行。优选地，加热时，真空度为10-1Pa以下。
优选地，所述第一次烧结的烧结温度为1000-1050℃，所述第一次烧结的保温时间为240-360min。
优选地，第二次烧结温度较第一次烧结温度高30-70℃，优选为1030-1100℃。
优选地，第二烧结的保温时间为270-360min。
优选地，第一次冷却和第二次冷却均低于200℃。
根据本发明的实施方案，所述烧结工序还包括时效处理，所述时效处理在第二次冷却之后进行。
优选地，所述时效处理选自一次时效处理，或者二次时效处理。
优选地，所述一次时效处理的条件为：时效处理温度为500-700℃之间，保温时间为240-420min。
优选地，所述二次时效处理包括：升温进行第一次时效处理，第一次时效处理温度为800-950℃，保温时间为180-300min；冷却至150℃以下，然后进行升温进行第二次时效处理，第二次时效处理温度为450-600℃之间，保温时间为240-360min。
根据本发明的实施方案，在烧结工序后，还可以进行扩散处理。
优选地，所述扩散处理包括将扩散材料施加在磁体表面，进行真空高温扩散处理、扩散冷却和扩散时效处理。
优选地，扩散材料选自Dy和/或Tb的纯金属、或Dy和/或Tb的氢化物、氧化物、氢氧化物、氟化物等合金。
优选地，扩散处理可选用真空蒸镀、磁控溅射、涂覆或掩埋等方式进行。
优选地，高温扩散的温度为850-950℃，高温扩散的时间为10-30h。
优选地，扩散冷却温度为低于100℃。
优选地，所述扩散时效处理的温度为450-600℃，所述扩散时效处理的时间为4-8h。
根据本发明的实施方案，在烧结工序后、扩散处理前，还可以将坯体加工成目标尺寸。
本发明需要严格限定磁体制备方法中各工序的条件，具体来讲：
合金钢液在急速冷却时，以在急冷辊上急速冷却为例，在急冷辊辊面上的合金片形成形核点，以形核点为起点，形成晶粒并长大。合金片在急冷辊上脱落，其温度自熔融温度降低至800℃左右，此时，晶粒还在缓慢长大，因此需要及时进行二次冷却，降低合金片的温度，当二次冷却的时间间隔过长时，合金片上的主相晶粒会继续长大，甚至由于合金片温度的不均匀发散衍生二次晶，这些二次晶的存在会导致主相晶粒粒径的均匀性变差，从而导致磁体的方形度的恶化。当冷却速度过慢时，富B相会在主相晶粒周围的晶界相中大量生产，此时生产的富B相在制粉、烧结等工序无法有效的消除或减少，必然导致磁性能的急剧恶化；当冷却速度过高时，合金薄片会迅速冷却，主相晶粒停止生长，无法熔融吸收周围的晶界相和富B相进一步长大，体积比较小，从而导致磁体Br的降低。
由上文可知，由于磁体的制备原料中R含量较少，合金片上的主相晶粒和主相晶粒之间除了有二元晶界相和三元晶界相的存在外，还会存在部分主相晶粒直接接触，这种直接接触的主相晶粒之间具有极高的结合强度。当合金粉末粒度过小时，合金粉末颗粒以晶界相为主要断裂区域发生断裂的同时，为了达到目标粉末粒度，还会发生主相晶粒的内部断裂，这种断裂的粉末尺寸、表面状态不规则，经烧结后，与相邻晶粒以及晶界相的接触区域易形成反磁化点，表现为磁体方形度低，在高温或其他外部磁场的作用下容易导致磁体退磁。当粉末粒度过大时，晶界相不能与主相晶粒充分脱离，导致烧结时，主相晶粒熔融附着的富Nd相长大，没有足够的富Nd相包裹主相晶粒，导致磁体的Hcj大幅降低。当粉末粒度分布X90/X10在本发明的范围内时，可以获得粒径均匀一致的磁体，此时具备较高的Br和Hcj，当粒度分布X90/X10过大时，磁体晶粒大小差异较大，细粉末易团聚熔融形成三角晶界相，相邻粗粉末熔融形成大晶粒，这些都会严重影响磁体的方形度。
同时，本发明通过采用二次烧结工艺可大幅提高磁体性能，且有效抑制磁体晶粒的异常长大。本发明涉及的钕铁硼磁体制备方法，第二次烧结温度较第一次烧结温度高，采用较低的温度进行第一次烧结，可以将磁体的致密性提高，但仍存在部分的空隙，避免的主相晶粒的异常长大；而第二次烧结温度较一次烧结温度有较大幅度的提升，可促进主相晶粒的充分长大，但不至于形成主相晶粒的异常长大，从而导致磁性能的急剧恶化。当两次烧结温度的温差过低时，为保证磁体烧结的致密性，一次烧结温度较高，晶粒排列已较为紧密，较低的二次烧结温度无法将磁体晶粒结构进行充分的重置优化，导致无法获得较高的磁性能。当两次烧结的温差过大时，一次烧结温度偏低，空隙较大，二次烧结温度过高，部分区域出现晶粒就异常长大，导致磁体性能恶化。
本发明还提供上述磁体在电机领域的应用。
本发明还提供一种电机，所述电机包括上述磁体。
本发明还提供上述电机的应用，优选地，所述电机可用于新能源汽车、节能家电。
有益效果：
本发明的钕铁硼磁体通过调整B、Cu、Ga、RE、Ti等元素的比例关系，可以获得较高的主相晶粒体积比，有效抑制晶界相中富B相的比例，通过添加过渡金属元素M1(如Ga)、M2(如Ti)对晶界相的结构优化调整，使得磁体具备较高的Br，兼具优良的Hcj和方形度性能。
本发明中，B含量较一般的烧结钕铁硼磁体的要高。一般钕铁硼磁体在兼顾磁体的Br和Hcj的性能时，[R]/([B]-2[M2])会略大于2.35，大于2.5，使其具有较少的富B相，或者不形成富B相的存在。本发明使得该比例在2.15-2.35之间，理论上会比一般的钕铁硼磁体形成更多的富B相，但在本关系式的比例范围内，结合本发明制备方法中的二次冷却，可提高磁体主相晶粒体积比，抑制富B相的过度形成，在保证磁体Br的同时，具有优良的Hcj及方形度指标。
本发明的磁体采用极少量的Dy/Tb等重稀土元素，甚至不使用，即可获得高剩磁及矫顽力，且磁体的方形度≥0.95，生产工艺简单，量产稳定性高。
采用本发明的制备方法制备磁体，剩磁高，Br≥1.44T，具有非常高的能量密度，应用在电机上可有效提高单位体积的功率输出，可有效减少电机体积，节省电机的其他组件的材料损耗，对电机的小型化，低沉本发展具有重要作用。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
以下实施例中，原子百分比是指[某原子的数目]/[原料中各种原子的总数]。其中，M1选自Cu和Ga；M2选自Zr、Ti、Nb中的至少一种；R选自Nd与下述稀土元素中的至少一种：Pr，La，Ce，Dy，Tb，Ho。
实施例1-3：
(1)按照表1磁体的目标组分配制原料，并采用甩带浇铸工艺制备得到钕铁硼合金片，合金片在急冷辊冷却脱落后，由低温氩气进行喷射进行二次冷却，通过调控低温氩气的流量及温度，从而使合金片以10℃/s的冷却速率进行二次冷却得到合金片，合金片掉落在水冷圆盘上进行回收，从而制得0.15-0.45mm厚度的合金片。
表1实施例磁体的目标组分(质量百分比)
编号 Pr Nd Dy B Co Cu Ga Al Zr Fe和杂质元素
实施例1 - 29 0.5 0.99 - 0.05 0.25 - 0.12 余量
实施例2 - 29 0.5 1.03 - 0.05 0.25 - 0.12 余量
实施例3 6 23.8 - 1.02 0.05 - 0.2 0.05 0.08 余量
(2)采用氢脆工艺对上述合金薄片进行粗破碎处理得到粉末，在粉末中添加质量为原材料的0.1wt％的硬脂酸锌作为润滑剂，混料60min。混料后的物料在流化床式气流磨进行细破碎处理，以氮气为研磨气体，通过调整分级轮转速、研磨压力等设备参数来获得目标粒度SMD＝2.5μm的气流磨粉。
(3)将制得的目标粒度的气流磨粉再添加质量为原材料的0.2wt％的硬脂酸锌作为润滑剂，充分混料后，在2T的充磁场强下压制成坯体，再通过油冷等静压处理提高坯体密实度。
(4)将坯体放置于烧结炉中，在真空氛围下，进行二次烧结处理，两次烧结保温时间均为270min，烧结冷却低于80℃时后，加热升温至890℃进行保温，保温时间240min，冷却后进行二次时效，根据各组分不同调整为最佳时效温度，时效保温时间为280min，具体烧结时效制度见表2。
表2实施例1-3中合金片平均厚度、气流磨粉粒度及烧结工艺
Figure BDA0003973742190000111
将烧结时效处理后的磁体，加工成直径10mm、高度10mm的标准样柱，采用BH仪测试磁体性能，测试磁体性能，具体磁性能测试结果见表3。
表3实施例1-3磁性能测试结果
Figure BDA0003973742190000112
根据表3结果可以得出，当各元素组分在控制范围内时，磁体可以具备较高的剩磁和矫顽力，同时方形度可以≥0.95。这保证了磁体在电机运转时可以提供稳定功率输出。
对比例1-2
按照表4磁体的目标组分配制原材料，并采用甩带浇铸工艺制备得到钕铁硼合金片，合金片在急冷辊冷却脱落后，由低温氩气进行喷射进行二次冷却，通过调控低温氩气的流量及温度，合金片以10℃/s的冷却速率进行二次冷却得到合金片，合金片掉落在水冷圆盘上进行回收，获得合金片。
表4对比例1-2磁体的原料组分(质量百分比)
编号 Pr Nd Dy B Co Cu Ga Al Zr Fe和杂质元素
对比例1 - 29 0.5 0.99 - 0.05 0.25 - 0.12 余量
对比例2 - 29 0.5 1.03 - 0.05 0.25 - 0.12 余量
将对比例1-2所获得的合金片按照实施例相同工艺制备成目标SMD＝2.5μm的气流磨粉，并压制，烧结时效处理。具体过程参数见表5。
表5对比例1-2中合金片平均厚度、气流磨粉粒度及烧结工艺
Figure BDA0003973742190000121
将对比例1-2制备的磁体，加工成直径10mm、高度10mm的标准样柱，采用BH仪测试磁体性能，测试磁体性能，具体磁性能测试结果见表6。
表6对比例1-2磁性能测试结果
Figure BDA0003973742190000122
根据对比例1可以看出，当[R]、[B]、[M2]的比值关系超出2.35时，虽然Hcj略有提高，但Br降低明显，且方形度低于0.95，导致其耐减磁能力波动，不能再电机告诉运转时稳定输出磁场；对比例2的[Cu]、[Ga]比例关系远小于0.75，使得磁体的Br及Hcj均出现明显的降低，不能兼具高剩磁及高矫顽力。
对比例3
同实施例1磁体的目标组分配置原材料，采用相同的甩带工艺进行合金的熔炼，但合金片在急冷辊上脱落后，直接在回收容器中回收，不进行低温氩气的喷射或水冷圆盘的冷却回收来实施二次冷却。
将回收的合金片按照实施例的相同工艺制备成目标SMD＝2.5μm的气流磨粉，并压制，烧结时效处理。具体过程参数见表7
表7对比例3中合金片平均厚度、气流磨粉粒度及烧结工艺
Figure BDA0003973742190000131
将对比例3制备的磁体，加工成直径10mm、高度10mm的标准样柱，采用BH仪测试磁体性能，测试磁体性能，具体磁性能测试结果见表8。
表8对比例3磁性能测试结果
Figure BDA0003973742190000132
根据对比例3可以看出，当取消二次冷却时，合金片因晶粒的显著长大导致厚度增大，在进行气流磨研磨时，虽然获得了目标SMD的气流磨粉，但是粒度分布(X90/X10)显著恶化，粗粉及细粉比例增加，粉末均匀性差。导致磁体最终磁性能显著恶化。
实施例4
取实施例1的烧结时效后的磁体，加工为长20mm、宽20mm、厚5mm的薄片产品，采用浸蘸工艺，在磁体表面施加一层金属Dy的薄膜，然后在900℃下，保温15小时进行扩散处理，扩散温度冷却低于100℃后，再升温至500℃进行5小时的时效处理。将最终磁体进行磁性能测试和成分测试。其最终成分及磁性能结果见表9及表10。
表9实施例4的成分测试结果
编号 Pr Nd Dy B Co Cu Ga Al Zr Fe及杂质元素
实施例4 - 28.6 0.8 0.99 - 0.05 0.25 - 0.12 余量
表10实施例4的磁性能测试结果
Figure BDA0003973742190000141
由上述结果可知，扩散后的磁体矫顽力获得了显著提升，且Br未明显降低，本发明的磁体也可作为扩散基材。
以上，对本发明的示例性实施方式进行了说明。但是，本发明不拘囿于上述实施方式。本领域技术人员在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼磁体具有以R-T-B型化合物为主要结构的晶粒，以及晶界相；所述钕铁硼磁体包括：
R：28％wt以上，30wt％以下；R代表稀土元素，选自Nd，或者Nd与下述稀土元素中的至少一种：Pr，La，Ce，Dy，Tb，Ho；
T：63wt％以上，70wt％以下；T选自Fe和/或Co，其中，Fe占T总量的99wt％以上；
B：0.98wt％以上，1.05wt％以下；
M1：大于0wt％，0.3wt％以下；M1选自Cu和Ga，且Ga占M1总量的75wt％以上。
M2：0.04wt％以上，0.15wt％以下；M2选自Zr、Ti、Nb中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼磁体的制备原料中，元素的原子数还满足如下以下条件：
2.15≤[R]/([B]-2[M2])≤2.35
其中，[R]为R的原子百分比，[B]为B的原子百分比，[M2]为M2的原子百分比。
3.根据权利要求1或2所述的钕铁硼磁体，其特征在于，当R选自Nd与下述稀土元素中的至少一种：Pr，La，Ce，Dy，Tb，Ho时，Dy，Tb，Ho重稀土元素的总质量占磁体的质量的1wt％以下。
4.根据权利要求3所述的钕铁硼磁体，其特征在于，Dy，Tb，Ho重稀土元素的总质量占磁体的质量的0.5wt％以下。
5.根据权利要求1-4任一项所述的钕铁硼磁体，其特征在于，M2选自Ti。
6.根据权利要求1-5任一项所述的钕铁硼磁体，其特征在于，所述磁体具有以下磁性能：
(1)方形度≥0.95；
(2) Br≥1.44T；
(3) Hcj≥1100kA/m。
7.权利要求1-6任一项所述的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，包括：(a)熔炼工序：将上述钕铁硼磁体的制备原料经高温熔融、浇铸、二次冷却后形成合金片；(b)制粉工序：将合金片破碎成合金粉末；(c)压型工序：将合金粉末在磁场作用下压制成型，得到坯体；(d)烧结工序：将坯体经高温烧结处理。
8.权利要求1-6任一项所述的钕铁硼磁体在电机领域的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述电机用于新能源汽车、节能家电。
10.一种电机，所述电机包括权利要求1-6任一项所述的钕铁硼磁体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5613856B1 (ja) * 2011-07-08 2014-10-29 昭和電工株式会社 Ｒ−ｔ−ｂ系希土類焼結磁石用合金、ｒ−ｔ−ｂ系希土類焼結磁石用合金の製造方法、ｒ−ｔ−ｂ系希土類焼結磁石用合金材料、ｒ−ｔ−ｂ系希土類焼結磁石、ｒ−ｔ−ｂ系希土類焼結磁石の製造方法およびモーター
CN103212710B (zh) * 2013-05-05 2015-01-21 沈阳中北真空磁电科技有限公司 一种钕铁硼稀土永磁材料的制造方法
WO2016086397A1 (zh) * 2014-12-04 2016-06-09 浙江大学 镝氢化合物添加提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法及产品
JP6205511B2 (ja) * 2015-01-09 2017-09-27 インターメタリックス株式会社 ＲＦｅＢ系焼結磁石の製造方法
CN107446990A (zh) 2016-05-31 2017-12-08 凯斯金生物科技(北京)有限公司 一种快速无创检测eml4‑alk融合基因的方法及其应用
CN106205924B (zh) * 2016-07-14 2019-09-20 烟台正海磁性材料股份有限公司 一种高性能钕铁硼磁体的制备方法
CN107464644A (zh) * 2017-09-06 2017-12-12 京磁材料科技股份有限公司 高性能烧结钕铁硼磁体的制备方法
CN111223625B (zh) * 2020-02-26 2022-08-16 福建省长汀金龙稀土有限公司 钕铁硼磁体材料、原料组合物及制备方法和应用
CN111834118B (zh) * 2020-07-02 2022-05-27 宁波永久磁业有限公司 一种提高烧结钕铁硼磁体矫顽力的方法及烧结钕铁硼磁体
CN111968818B (zh) * 2020-09-04 2023-02-07 烟台正海磁性材料股份有限公司 一种钕铁硼永磁体及其制备方法和应用
CN115881379A (zh) * 2021-09-22 2023-03-31 烟台正海磁性材料股份有限公司 一种高剩磁钕铁硼磁体及其制备方法和应用
CN117249850A (zh) 2023-09-20 2023-12-19 苏州众成光电科技有限公司 一种具有主动散热结构传感器

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