專利名稱：一種稀土永磁合金及其磁性相復(fù)合制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀土永磁材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種稀土永磁合金及其磁性相復(fù)合制備方法。
背景技術(shù)：
釹鐵硼永磁材料廣泛應(yīng)用于航空航天、信息和新能源等高技術(shù)領(lǐng)域，是現(xiàn)代工業(yè)的重要基礎(chǔ)材料之一。稀土元素是釹鐵硼系永磁材料的關(guān)鍵，并占原料成本的80%以上。由于稀土元素資源有限，并且近年來需求逐步增加，價格迅速上漲，因此提高稀土永磁材料的磁性能，降低稀土用量，尤其是重稀土的用量，是當(dāng)前世界各國稀土永磁業(yè)界關(guān)注的熱點之 O近年來，稀土尤其是重稀土的高質(zhì)化利用技術(shù)逐步得到關(guān)注和發(fā)展，由最初的添加Dy、Tb等化合物的方式到最近的晶界擴散滲Dy技術(shù)，通過改善稀土元素在晶界的分布，減少重稀土在主相中的含量，來獲得高的磁性能，尤其是提高矯頑力，實現(xiàn)高性能低稀土釹鐵硼永磁材料的制備。但是，擴散滲Dy技術(shù)工藝復(fù)雜、設(shè)備成本高，還受尺寸、熱變形等限制，并且其主要設(shè)備、技術(shù)和專利為日本擁有，嚴(yán)重限制該技術(shù)的應(yīng)用和推廣。我國科研工作者在研究低重稀土高質(zhì)化利用和替代技術(shù)的同時，根據(jù)我國的資源特點，開發(fā)了稀土平衡利用等技術(shù)尤其是Ce、La等輕稀土的利用，在磁體中添加部分Ce、La等低成本稀土元素，結(jié)合稀土元素的高質(zhì)化利用等技術(shù)，保持磁體具有較好的綜合性能和合理的成本優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供了一種稀土永磁合金及其磁性相復(fù)合制備方法，其包括單一稀土元素組成的2-14-1型磁性相在內(nèi)的兩種或兩種以上不同稀土元素組成的2-14-1型磁性相，降低重稀土含量的同時，獲得了良好的綜合磁性能。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:一種稀土永磁合金，其中，所述永磁合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:REaFe99IbB1Mb,其中，28 彡 a 彡 32，O < b 彡 10，RE 選自稀土元素 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 中的至少兩種，M 為 Co、Al、Cu、Ga、Nb、Mo、T1、Zr、V 中的一種或幾種；所述永磁合金由至少2種不同成分的速凝帶經(jīng)破碎、混合、燒結(jié)和熱處理步驟進(jìn)行磁性相復(fù)合制備，所述速凝帶分別為至少兩種含不同稀土的2-14-1型磁性主相(RE) 2Fe14B。所述速凝帶中，第一速凝帶的成分為單一稀土的RE ’ ,Fe99^bB1Mb，磁性主相為(RE，)2Fe14B ;第二速凝帶的成分為混合稀土的(RE，，RE”)Je99IbB1Mb，磁性主相為(RE，，RE，，)2Fe14B。所述速凝帶進(jìn)一步包括第三速凝帶，其成分為RE”’ ,Fe99^bB1Mb,磁性主相為(RE”，)2Fe14B，RE”’為可降低永磁合金熔點的稀土元素，為選自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu中的至少一種。RE包括至少一種輕稀土 RE’和至少一種重稀土 RE”，所述輕稀土 RE’選自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu,重稀土 RE” 選自 Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。所述RE 為 Nd、Ce 和 Dy。所述磁性相復(fù)合永磁合金的磁性能如下:剩磁Br為12 15kGs，內(nèi)稟矯頑力H。」為8 30k0e，最大磁能積(BH)m為35 55MG0e。一種稀土永 磁合金的磁性相復(fù)合制備方法，其中，該永磁合金的化學(xué)式按質(zhì)量百分比為=REaFe99IbB1Mb,其中，28彡a彡32，O< b ≤ 10，RE 選自稀土元素 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 中的至少兩種，M為Co、Al、Cu、Ga、Nb、Mo、T1、Zr、V中的一種或幾種；其磁性相復(fù)合制備方法包括如下步驟:步驟1:按照成分設(shè)計分別配制至少兩種不同的速凝帶原料:第一速凝帶的成分為 RE，,Fe99^bB1Mb ;第二速凝帶的成分為(RE，，RE”)Je99J1Mb ；步驟2:將步驟I中的原料分別熔煉，并分別制成厚度為0.2 0.4mm的至少兩種不同的速凝帶，其磁性主相分別為(RE’)2Fe14B和(RE’，RE”)2Fe14B ;步驟3:破碎制粉；將步驟2中所制得的兩種或兩種以上速凝片分別裝入氫破爐中進(jìn)行氫破碎，然后，在脫氫的粉末中添加防氧化劑，分別經(jīng)氣流磨制成平均粒度2 5 μ m的磁粉；步驟4:混合粉末、取向成型；按照成分設(shè)計的要求，將至少兩種不同的粉末按照不同的比例混合均勻，然后將混合后的磁粉在I 3T的磁場壓機中取向成型，在進(jìn)行冷等靜壓制成密度為3 5g/cm3的毛還；步驟5:燒結(jié)和熱處理；將毛坯放入高真空的燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其中，燒結(jié)溫度為900°C 1100°C，保溫I 6小時，然后分別在800 950°C和400 600°C熱處理2小時。在所述步驟2中，首先將原材料放入速凝爐坩堝內(nèi)，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，待原料充分融化形成合金后，保持1400 1600°C溫度，將合金液澆注到線速度為I 5米/秒的水冷銅棍上,制備厚度為0.2 0.4mm的至少兩種不同的速凝片。在步驟3中的氫破碎過程中，在室溫0.1 0.5MPa壓力下吸氫，然后進(jìn)行脫氫處理，脫氫溫度為500 600°C，時間2 6小時。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:(I)本發(fā)明通過不同成分的速凝帶所制成的粉末的混合，在合金中實現(xiàn)具有不同稀土元素組成的2-14-1型主相的復(fù)合，從而獲得較好的綜合磁性能；(2)本發(fā)明通過對速凝片中稀土元素種類、數(shù)量和比例的調(diào)整，控制主相中的稀土元素的種類和分布，通過調(diào)整速凝帶中重稀土的含量，并與不含重稀土的速凝帶的配比，可以方便的實現(xiàn)對磁體中重稀土含量和分布的調(diào)整和優(yōu)化，實現(xiàn)重稀土的高效利用；(3)本發(fā)明通過調(diào)整速凝帶中具有不同熔點稀土元素的種類和含量，可以實現(xiàn)對液相熔點的調(diào)整與控制，進(jìn)而實現(xiàn)對燒結(jié)溫度的調(diào)節(jié)，尤其是低熔點稀土元素(輕稀土)及其液相的形成可以明顯降低燒結(jié)溫度，獲得較低的最佳燒結(jié)溫度，從而在低于傳統(tǒng)方法的溫度燒結(jié)致密，獲得較小的晶粒尺寸，提高磁體的矯頑力；
(4)本發(fā)明采用2 4種速凝帶，按照不同的比例組合，基本可實現(xiàn)多種牌號磁體的生產(chǎn)，并通過重稀土的高效利用和降低燒結(jié)溫度，降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，并且無需對設(shè)備進(jìn)行改造就可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為第一實施例的具有Nd2Fe14B和(Nd，Dy) 2Fe14B兩種磁性相的稀土永磁合金的SEM形貌；圖2為第二實施例的(Nda8Cea2)30FebalB1磁體的密度隨燒結(jié)溫度的變化；圖3為第二實施例中低溫?zé)Y(jié)(Nda8Cea2) JebalB1磁體的斷口表面SEM形貌；圖4為本發(fā)明的REaFe99^B1Mb的磁性相復(fù)合磁體的磁性相分布示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，以更好地解釋本發(fā)明。但是需要注意的是，以下實施例只為說明目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實施例。本發(fā)明的磁性相復(fù)合永磁合金的化學(xué)式按質(zhì)量百分比為:REaFe99IbB1Mb，其中，28 彡 a 彡 32，0 < b 彡 10，RE 選自稀土元素 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少兩種，M為Co、Al、Cu、Ga、Nb、Mo、T1、Zr、V中的一種或幾種；所述磁性相復(fù)合永磁合金包括(RE1)2Fe14B在內(nèi)的至少兩種2-14-1型磁性主相，其中RE1為所述RE中的一種。其中，圖4為本發(fā)明的磁性相復(fù)合永磁合金REaFe99^B1Mb的磁性相分布示意圖，從圖中可以看出，本發(fā)明的磁體即包括單一稀土元素RE1所組成的(RE1) 2Fe14B磁性相,還包括RE1與其他稀土元素混合所組成的(RE1, RE2, RE3-O2Fe14B磁性相，以及RE1以外的其他一種或多種稀土元素所組成的(RE4, RE5, RE6-O2Fe14B 磁性相。其中，RE1, RE2, RE3, RE4, RE5, RE6-選自稀土兀素 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 中的一種。實施例1采用本發(fā)明的方法制備化學(xué)成分為(Nda9Dya ^3tlFebalB1具有復(fù)合磁性相稀土永磁合金，其中bal為余量，重稀土 Dy的質(zhì)量百分比為3%。步驟1:分別按照質(zhì)量百分比Nd30FebalB1和(Nd0.8Dy0.2) JebalB1分別配制原料。

步驟2:將配好的原料分別熔煉制備速凝帶。首先將原材料放入速凝爐坩堝內(nèi)，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，待原料充分融化形成合金后，保持150(TC溫度，將合金液澆注到線速度為3米/秒的水冷銅輥上，制備厚度為0.3mm的兩種速凝片。步驟3:破碎制粉:所步驟2中制得的Nd3tlFebalB1和(Nda8Dya2) JebalB1速凝片分別裝入氫破爐中進(jìn)行氫破碎，在室溫0.2MPa壓力下吸氫，然后進(jìn)行脫氫處理，脫氫溫度為6000C，時間6小時。將脫氫的粉末添加防氧化劑，分別經(jīng)氣流磨制成平均粒度3 μ m的磁粉。步驟4:按照質(zhì)量比1:1比例將Nd30FebalB1和(Nda8Dya2) JebalB1粉末均勻混合，其實際成分為(Nda9Dyai)3tlFebalB115然后，將混合磁粉在2T的磁場壓機中取向成型，在進(jìn)行冷等靜壓制成毛坯，其密度為4g/cm3。步驟5:燒結(jié)和熱處理:將毛坯放入高真空的燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900°C 1100°C，保溫4小時，然后分別在800 950°C和400 600°C熱處理2小時。
采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察本實施例磁體的微觀組織結(jié)構(gòu)，典型的SEM形貌如圖1所示。可以看出，磁體中的晶粒由兩種具有不同襯度的晶粒所組成。由于Dy的原子量為162.50，Nd的原子量為144.24，因此，含Dy的晶粒在SEM相中具有較高的亮度，在SEM中呈淺灰色，而不含Dy的晶粒則呈深灰色。同時，從掃描電子顯微鏡所獲得的能譜分析表明:淺灰色區(qū)域的Dy質(zhì)量百分含量約為5 7%，與設(shè)計的速凝帶中Dy含量接近。因此，采用本發(fā)明的方法可以制備具有不同稀土種類、含量的磁性相的混合磁體，從而實現(xiàn)重稀土的高效利用。實施例2低溫?zé)Y(jié)制備設(shè)計成分為(Nda8Cea2)3tlFebalB1磁體，其中稀土 Nd質(zhì)量百分含量為24%，Ce的質(zhì)量百分含量為6%，總稀土含量為30%。步驟1:分別按照質(zhì)量百分比Nd30FebalB1和(Nd0.7Ce0.3) JebalB1分別配制原料。步驟2:將配好的原料分別熔煉制備速凝帶。首先將原材料放入速凝爐坩堝內(nèi)，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，待原料充分融化形成合金后，保持140(TC溫度，將合金液澆注到線速度為3米/秒的水冷銅輥上，制備厚度為0.3mm的兩種速凝片。步驟3:破碎制粉:所制得的Nd30FebalB1和(Nd0.7Ce0.3) 30FebalB1速凝片分別裝入氫破爐中進(jìn)行氫破碎，在室溫0.2MPa壓力下吸氫，然后進(jìn)行脫氫處理，脫氫溫度為600°C，時間6小時。將脫氫的粉末添加防氧化劑，分別經(jīng)氣流磨制成平均粒度3 μ m的磁粉。步驟4:按照質(zhì)量比1:2比例將Nd3tlFebalB1和(Nda7Cea3)3tlFebalB1粉末均勻混合，其實際成分為(Nda8Cea2)3ciFebalBlt5將混合磁粉在2T的磁場壓機中取向成型，在進(jìn)行冷等靜壓制成毛還，其密度為4g/cm3。步驟5:燒結(jié)和 熱處理:將毛坯放入高真空的燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1020°C，保溫2小時 ，然后分別在800 900。。和400 600°C熱處理2小時。采用NM-2000HF稀土永磁標(biāo)準(zhǔn)測量裝置測磁體的磁性能，性能如表I。表I本實施例(Nd0.8Ce0.2) JebalB1磁體的性能
權(quán)利要求
1.一種稀土永磁合金，其特征在于:所述永磁合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:REaFe99IbB1Mb,其中，28 ≤ a ≤ 32，O < b ≤ 10，RE 選自稀土元素 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 中的至少兩種，M 為 Co、Al、Cu、Ga、Nb、Mo、T1、Zr、V 中的一種或幾種； 所述永磁合金由至少2種不同成分的速凝帶經(jīng)破碎、混合、燒結(jié)和熱處理步驟進(jìn)行磁性相復(fù)合制備，所述速凝帶分別為至少兩種含不同稀土的2-14-1型磁性主相(RE)2Fe14B。
2.如權(quán)利要求1所述的稀土永磁合金，其特征在于:所述速凝帶中，第一速凝帶的成分為單一稀土的RE’ Je99IbB1Mb，磁性主相為(RE’ )2Fe14B ;第二速凝帶的成分為混合稀土的(RE，，RE”)J7e99IbB1Mb,磁性主相為(RE，, RE")2Fe14B。
3.如權(quán)利要求1所述的稀土永磁合金，其特征在于:所述速凝帶進(jìn)一步包括第三速凝帶，其成分為RE”’ Je99IbB1Mb，磁性主相為(RE”’)2Fe14B，RE”’為可降低永磁合金熔點的稀土兀素，為選自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的稀土永磁合金，其特征在于:RE包括至少一種輕稀土RE’和至少一種重稀土 RE”，所述輕稀土 RE’選自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu，重稀土 RE”選自Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
5.如權(quán)利要求4所述的稀土永磁合金，其特征在于:所述RE為Nd、Ce和Dy。
6.如權(quán)利要求1所述的稀土永磁合金,其特征在于:所述磁性相復(fù)合永磁合金的磁性能如下:剩磁Br為12 15kGs,內(nèi)稟矯頑力H。」為8 30k0e,最大磁能積(BH)m為35 55MGOe。
7.—種如權(quán)利要求1所述的稀土永磁合金的磁性相復(fù)合制備方法，其特征在于: 該永磁合金的化學(xué)式按質(zhì)量百分比為=REaFe99IbB1Mb,其中，28≤ a≤ 32，O < b≤ 10，RE 選自稀土元素 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 中的至少兩種，M為 Co、Al、Cu、Ga、Nb、Mo、T1、Zr、V 中的一種或幾種； 其磁性相復(fù)合制備方法包括如下步驟: 步驟1:按照成分設(shè)計分別配制至少兩種不同的速凝帶原料:第一速凝帶的成分為RE，,Fe99^hB1Mh ;第二速凝帶的成分為(RE，，RE”),Fe99^bB1Mb ； 步驟2:將步驟I中的原料分別熔煉，并分別制成厚度為0.2 0.4mm的至少兩種不同的速凝帶，其磁性主相分別為(RE，)2Fe14B和(RE’，RE”)2Fe14B ； 步驟3:破碎制粉；將步驟2中所制得的兩種或兩種以上速凝片分別裝入氫破爐中進(jìn)行氫破碎，然后，在脫氫的粉末中添加防氧化劑，分別經(jīng)氣流磨制成平均粒度2 5 μ m的磁粉； 步驟4:混合粉末、取向成型；按照成分設(shè)計的要求，將至少兩種不同的粉末按照不同的比例混合均勻，然后將混合后的磁粉在I 3T的磁場壓機中取向成型，在進(jìn)行冷等靜壓制成密度為3 5g/cm3的毛還； 步驟5:燒結(jié)和熱處理；將毛坯放入高真空的燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其中，燒結(jié)溫度為900°C 1100°C，保溫I 6小時，然后分別在800 950°C和400 600°C熱處理2小時。
8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于:在所述步驟2中，首先將原材料放入速凝爐坩堝內(nèi)，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，待原料充分融化形成合金后，保持1400 1600°C溫度，將合金液澆注到線速度為I 5米/秒的水冷銅輥上，制備厚度為0.2 0.4mm的至少兩種不同的速凝片。
9.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于:在步驟3中的氫破碎過程中，在室溫·0.1 0.5MPa壓力下吸氫,然后進(jìn)行脫氫處理,脫氫溫度為500 600°C,時間2 6小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及稀土永磁材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種磁性相復(fù)合稀土永磁合金及其制備方法，所述永磁合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為REaFe99-a-bB1Mb，其中，28≤a≤32，0＜b≤10，RE選自稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少兩種，M為Co、Al、Cu、Ga、Nb、Mo、Ti、Zr、V中的一種或幾種；所述永磁合金由至少2種不同成分的速凝帶經(jīng)破碎、混合、燒結(jié)和熱處理步驟進(jìn)行磁性相復(fù)合制備，所述速凝帶分別為至少兩種含不同稀土的2-14-1型磁性主相(RE)2Fe14B。本發(fā)明通過不同比例速凝帶的相互配比，制備滿足設(shè)計成分的磁體，使其包括單一稀土元素組成的2-14-1型磁性相在內(nèi)的兩種或兩種以上不同稀土元素組成的2-14-1型磁性相，在降低重稀土含量的同時，獲得良好的綜合磁性能。
文檔編號C22C33/02GK103187133SQ201310090328
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者馮海波, 李安華, 朱明剛, 李衛(wèi), 黃書林, 李巖峰 申請人:鋼鐵研究總院