CN115896643A - 一种钼纳米粉复合钕铁硼磁体及其制备方法 - Google Patents

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王磊
胡欣洋
张莉丽
孙晟谕
李家节
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Abstract

本发明公开了一种钼纳米粉复合钕铁硼磁体及其制备方法,由主合金和辅合金制成,将主合金和辅合金混合均匀后用磁场成型法或者热压变形获得成型体,然后在真空或惰性气体中以1020~1070℃烧结5小时之后,在经过时效处理,得到复合钕铁硼磁体。本发明使用双合金法制备钕铁硼磁体,相比于传统的单合金法在熔炼时加入Mo元素,可以更好的控制晶粒的长大,并且可以更方便的调控主合金与辅合金的比例从而控制制备磁体的磁性能;同时利用辅合金为纳米尺度的优势,比表面积大,在烧结时扩散效率高,使得制备的磁体更加致密化,在晶界处形成均匀的Mo相,防止Mo元素进入主相晶粒,从而提高磁体的综合磁性能。

Description

一种钼纳米粉复合钕铁硼磁体及其制备方法
技术领域
本发明涉及稀土永磁材料技术领域,尤其涉及一种钼纳米粉复合钕铁硼磁体及其制备方法。
背景技术
钕铁硼磁体自20世纪发明以来,利用其优异的综合磁性能广泛应用于航空航天、网络通讯、自动化等各大领域,随着对磁性能要求的提高,而钕铁硼磁体的磁性能随着技术的发展已趋近极限值。因此,如何提高钕铁硼磁体的磁性能成为了当今研究的热点。
根据最近的研究发现,运用双合金法是在提升钕铁硼磁体矫顽力的一个较好的方式,就是使另外一种元素进入晶界,形成非磁性相隔离主相晶粒的效果,阻碍反磁化过程中磁畴的翻转,从而提升钕铁硼磁体的矫顽力。在钕铁硼磁体中加入高熔点Mo元素可有效细化晶粒,提升磁体的矫顽力。一般情况下,通过在熔炼时加入高熔点Mo元素可以起到较好效果。但是部分高熔点合金可能会进入主相晶粒,导致磁体的剩磁下降。
发明内容
本发明目的是针对上述问题,提供一种钼纳米粉复合钕铁硼磁体及其制备方法。本发明采用双合金法,添加Mo纳米粉作为辅合金与钕铁硼主合金复合,更有利于Mo元素在晶界处的均匀分布,并降低磁体中的氧含量,提高磁体的方形度;同时利用辅合金为纳米尺度的优势,使得制备的磁体更加致密化,并防止部分高熔点Mo元素进入主相晶粒,不影响磁体的剩磁,形成更均匀的纳米晶结构,高效发挥金属Mo的作用,提升钕铁硼磁体矫顽力的同时有效降低金属Mo的使用成本。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:;
一种钼纳米粉复合钕铁硼磁体,由主合金和辅合金复合而成,质量为一百份的钼纳米粉复合钕铁硼磁体中,所述主合金的质量份数为98~99.8,辅合金的质量份数为0.2~2;所述主合金的化学式为(NdPr)32.2Fe64.3Co1(GaCuTiAl)1.55B0.95,所述辅合金的化学式为Mo;其中,主合金化学式中的数字下标均为质量百分比。
作为对上述技术方案的改进,所述主合金的D50粒径为3~4μm。
作为对上述技术方案的改进,所述辅合金的比表面积为3~8m2;D50粒径为30~80nm;纯度为99.9%。
另外,本发明还提供了上述钼纳米粉复合钕铁硼磁体的制备方法,包括以下步骤:
S1、将所述主合金和所述辅合金在氮气的保护下混合,并使用高速混料机使得两种粉末充分混合均匀;
S2、用磁场成型法获得成型体;
S3、将步骤S2中热处理后的成型体在真空或惰性气体中以1070℃烧结5小时之后,得到烧结体毛坯;
S4、将步骤S3中的烧结体毛坯进行时效处理,得到钼纳米粉复合钕铁硼磁体。
作为对上述技术方案的改进,所述步骤S4中,所述时效处理是指:将步骤S3中的烧结体毛坯在900℃的条件下进行一级时效处理处理4小时,在460℃~520℃的条件下进行二级时效处理5小时。
作为对上述技术方案的改进,所述主合金的制备方法如下:
S111、取纯度均为99.99%的NdPr及Fe、Co、GaCuTiAl、B块体,以化学式(NdPr)32.2Fe64.3Co1(GaCuTiAl)1.55B0.95进行相应质量配样后于非自耗真空电弧熔炼炉里反复熔炼5次得到相应的合金;
S112、将步骤S111获得的合金置于真空石英管中,再放入退火炉中,以每分钟5℃的速度升为790℃后,保温1小时;再以每分钟2℃的速度升为830℃,保温18天,然后再水中急冷;
S113、将退火后的合金分别用常规甩带工艺制备得到速凝片,其中甩带工艺的转速为38~45m/s;
S114、将得到的速凝片分别用常规氢爆工艺处理,得到粒径范围为1~3mm的粉体;
S115、将步骤S114所述的氢爆粉体在550℃进行脱氢处理,加入与粉体比例为0.16%质量比的硬脂酸锌作为抗氧化剂混合2小时,放入气流磨中粉碎至D50粒径为3-4μm,即制得主合金。
作为对上述技术方案的改进,所述辅合金的制备方法如下:
S121、将Mo置于等离子体金属纳米粉制备系统中,腔体真空度抽至5.0×10-3Pa,一定量的Ar与H2气氛中(Ar与H2体积比为90:10、80:20、70:30,);
S122、在60~80A电流下连续蒸发Mo得到未钝化的Mo纳米粉体;
S123、通入氩气与少量干燥空气的混合气体(氩气与干燥空气的体积比为90:10)对前一步的Mo纳米粉体钝化8小时,即可收集得到Mo纳米粉体成品。
作为对上述技术方案的改进,所述步骤S123中收集到的纳米粉体应为30~80nm。
与现有技术相比,本发明具有的优点和积极效果是:
本发明使用钼纳米粉作为辅合金,起到了明显细化晶粒,优化晶界隔离主相的效果,并且能够进一步提高钕铁硼磁体的矫顽力,该发明提供了提高钕铁硼磁体矫顽力值得参考和借鉴的实验方法,对于高性价比钕铁硼产品的研发具有实际应用价值和理论意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制得复合钕铁硼磁体的磁滞回线图;
图2为实施例2制得复合钕铁硼磁体的磁滞回线图;
图3为实施例2制得钕铁硼磁体的EPMA图;
图4为实施例3制得复合钕铁硼磁体的磁滞回线图;
图5为对比例1制得复合钕铁硼磁体的磁滞回线图;
图6为对比例1制得钕铁硼磁体的EPMA图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
S1、制备主合金:
S111、取纯度均为99.99%的NdPr及Fe、Co、GaCuTiAl、B块体,以化学式(NdPr)32.2Fe64.3Co1(GaCuTiAl)1.55B0.95进行相应质量配样后于非自耗真空电弧熔炼炉里反复熔炼5次得到相应的合金;
S112、将步骤S111获得的合金置于真空石英管中,再放入退火炉中,以每分钟5℃的速度升为790℃后,保温1小时;再以每分钟2℃的速度升为830℃,保温18天,然后再水中急冷;
S113、将退火后的合金分别用常规甩带工艺制备得到速凝片,其中甩带工艺的转速为38~45m/s;
S114、将得到的速凝片分别用常规氢爆工艺处理,得到粒径范围为1~3mm的粉体;
S115、将步骤S114所述的氢爆粉体在550℃进行脱氢处理,加入与粉体比例为0.16%质量比的硬脂酸锌作为抗氧化剂混合2小时,放入气流磨中粉碎至D50粒径为3-4μm,即制得主合金。
制备辅合金:
S121、将Mo置于等离子体金属纳米粉制备系统中,腔体真空度抽至5.0×10-3Pa,一定量的Ar与H2气氛中(Ar与H2体积比为90:10、80:20、70:30,);
S122、在60~80A电流下连续蒸发Mo得到未钝化的Mo纳米粉体;
S123、通入氩气与少量干燥空气的混合气体(氩气与干燥空气的体积比为90:10)对前一步的纳米粉体钝化8小时,即可收集得到Mo纳米粉体成品。
将所述主合金和所述辅合金在氮气的保护下按质量比(99.6:0.4)混合,采用高速混料机使两种粉末充分混合均匀。
S2、用磁场成型法获得成型体;
S3、将步骤S2中热处理后的成型体在真空或惰性气体中以1070℃烧结5小时之后,得到烧结体毛坯;
S4、将步骤S3中的烧结体毛坯在900℃的条件下进行一级时效处理处理4小时,在480℃的条件下进行二级时效处理5小时,得到钼纳米粉混合钕铁硼磁体1。
实施例2
S1、将实施例1制备的主合金1和辅合金1在氮气的保护下的按质量比(99.2:0.8)混合,采用高速混料机使两种粉末充分混合均匀;
S2、用磁场成型法获得成型体;
S3、将步骤S2中热处理后的成型体在真空或惰性气体中以1070℃烧结5小时之后,得到烧结体毛坯;
S4、将步骤S3中的烧结体毛坯在900℃的条件下进行一级时效处理处理4小时,在480℃的条件下进行二级时效处理5小时,得到钼纳米粉混合钕铁硼磁体2。
实施例3
S1、将实施例1制备的主合金1和辅合金1在氮气的保护下的按质量比(99:1)混合,采用高速混料机使两种粉末充分混合均匀;
S2、用磁场成型法获得成型体;
S3、将步骤S2中热处理后的成型体在真空或惰性气体中以1070℃烧结5小时之后,得到烧结体毛坯;
S4、将步骤S3中的烧结体毛坯在900℃的条件下进行一级时效处理处理4小时,在480℃的条件下进行二级时效处理5小时,得到钼纳米粉混合钕铁硼磁体3。
对比例1
本对比例所述钕铁硼磁体的制备材料利用实施例1中的主合金1,区别点为不添加辅合金,其他步骤同实施例1,制备得到钕铁硼磁体4。
为了验证上述实施例制备的复合钕铁硼磁体的磁体性能,分别取上述实施例1-3和对比例1制备的复合钕铁硼磁体,并测得其相应的磁体性能。记录检测结果见下表1
表1
样品 Br(kGs) Hcj(kOe)
磁体1 12.70 19.85
磁体2 12.55 20.25
磁体3 12.59 19.42
磁体4 12.69 18.51
进一步,为了验证上述实施例制备的复合钕铁硼磁体晶界处Mo元素的存在特征,分别取上述实施例2和对比例1制备的钕铁硼磁体,采用扫描电子探针(EPMA)对于磁体的元素分布进行表征。
由图3、图6可见,随着Mo纳米粉的添加量的增加,检测到的Mo元素分布逐渐增多,在晶界处形成了均匀的富Mo相,达到了优化晶界的目的。
由表1、图1、图2、图4、图5可见,随着Mo纳米粉的添加量的增加,钼纳米粉复合钕铁硼磁体的矫顽力增大,当添加量为质量比0.8wt.%时,磁体的矫顽力达到峰值,提升幅度为1.7kOe左右;磁体的剩磁Br随着Mo纳米粉的添加量的增加,整体表现出逐渐降低,当Mo纳米粉的添加量达到质量1.0wt.%时,剩磁呈现出小幅波动下降的趋势;磁体的磁能积(BH)max的变化规律与剩磁Br相同,均表现为随着Mo纳米粉添加量的增加,呈现出小幅波动下降的趋势。在一定范围内添加Mo纳米粉至钕铁硼磁体中,达到了提升磁体矫顽力的目的。

Claims (10)

1.一种钼纳米粉复合钕铁硼磁体,其特征在于:由主合金和辅合金复合而成,质量为一百份的钼纳米粉复合钕铁硼磁体中,所述主合金的质量份数为98~99.8,辅合金的质量份数为0.2~2;所述主合金的化学式为(NdPr)32.2Fe64.3Co1(GaCuTiAl)1.55B0.95,所述辅合金的化学式为Mo;其中,主合金化学式中的数字下标均为质量百分比。
2.如权利要求1所述钼纳米粉复合钕铁硼磁体,其特征在于:制得钕铁硼磁体的富Mo相晶界厚度为30~80nm。
3.如权利要求1所述钼纳米粉复合钕铁硼磁体,其特征在于:所述主合金的D50粒径为3~4μm。
4.如权利要求1所述钼纳米粉复合钕铁硼磁体,其特征在于:所述辅合金为Mo的纳米粉体。
5.如权利要求1所述钼纳米粉复合钕铁硼磁体,其特征在于:所述辅合金的比表面积为3~8m2;D50粒径为30~80nm;纯度为99.9%。
6.一种如权利要求1至5中任一种所述钼纳米粉复合钕铁硼磁体的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、将所述主合金和所述辅合金在氮气的保护下充分均匀混合;
S2、用磁场成型法获得成型体;
S3、将步骤S2中热处理后的成型体在真空或惰性气体中以1070℃烧结5小时之后,得到烧结体毛坯;
S4、将步骤S3中的烧结体毛坯进行时效处理,得到钼纳米粉复合钕铁硼磁体。
7.如权利要求6所述钼纳米粉复合钕铁硼磁体的制备方法,其特征在于:所述时效处理是指:将步骤S3中的烧结体毛坯在900℃的条件下进行一级时效处理处理4小时,在460℃~520℃的条件下进行二级时效处理5小时。
8.如权利要求6所述钼纳米粉复合钕铁硼磁体的制备方法,其特征在于:所述主合金的制备方法如下:
S111、取纯度均为99.99%的NdPr及Fe、Co、GaCuTiAl、B块体,以化学式(NdPr)32.2Fe64.3Co1(GaCuTiAl)1.55B0.95进行相应质量配样后于熔炼炉里反复熔炼5次得到相应的合金;
S112、将步骤S111获得的合金置于真空石英管中,再放入退火炉中,以每分钟5℃的速度升为790℃后,保温1小时;再以每分钟2℃的速度升为830℃,保温18天,然后再水中急冷;
S113、将退火后的合金分别用甩带工艺制备得到速凝片,其中甩带工艺的转速为38~45m/s;
S114、将得到的速凝片分别用氢爆工艺处理,得到粒径范围为1~3mm的粉体;
S115、将步骤S114所述的氢爆粉体在550℃进行脱氢处理,加入与粉体比例为0.16%质量比的硬脂酸锌作为抗氧化剂混合2小时,粉碎至D50粒径为3-4μm,即制得主合金。
9.如权利要求6所述钼纳米粉复合钕铁硼磁体的制备方法,其特征在于:所述辅合金的制备方法如下:
S121、将Mo置于等离子体金属纳米粉制备系统中,腔体真空度抽至5.0×10-3Pa,一定量的Ar与H2气氛中;
S122、在60~80A电流下连续蒸发Mo得到未钝化的Mo纳米粉体;
S123、通入氩气与少量干燥空气的混合气体对未钝化的Mo纳米粉体进行钝化8小时,即可收集得到Mo纳米粉体成品。
10.如权利要求9所述钼纳米粉复合钕铁硼磁体的制备方法,其特征在于:在Ar、H2混合气体中,Ar与H2的体积比为90:10或80:20或70:30;所述氩气与少量干燥空气的混合气体中,氩气与干燥空气的体积比为90:10。
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