本發(fā)明涉及鈰稀土永磁材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

鈰Ce是目前地殼中發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)藏量最大的稀土元素之一，而且相對(duì)釹Nd，價(jià)格低廉。因此，如果開發(fā)Ce替代Nd制備稀土永磁材料不僅可以降低材料成本，同時(shí)可以達(dá)到資源平衡利用，可持續(xù)發(fā)展的目的。但由于：1）Ce₂Fe₁₄B相比與Nd₂Fe₁₄B的飽和磁極化強(qiáng)度J_s和各向異性場(chǎng)H_A都顯著降低，添加Ce替代Nd制備稀土永磁材料會(huì)導(dǎo)致磁性能急劇下降；2）Ce₂Fe₁₄B相比Nd₂Fe₁₄B成相更加困難，同時(shí)也更易分解，進(jìn)而造成磁性能惡化。

目前采用Ce替代Nd制備（CeNd）FeB燒結(jié)稀土永磁材料的方法主要是：1 在熔煉的時(shí)候直接添加，該方法由于Ce容易直接進(jìn)入主相內(nèi)部造成性能下降，所以添加比例Ce/Re（Re為稀土總量）一般小于15wt％； 2 采用雙主相調(diào)控的技術(shù)，該方法添加Ce的比例可以提升到20wt％。但是如果要進(jìn)一步提升Ce的添加量，同時(shí)保證磁體性能。必須要想辦法將盡可能多的Ce富集的磁體晶界和晶粒外部，這樣才能保證磁體矯頑力。

CN105575577A提出一種燒結(jié)富稀土永磁材料，其在利用Ce代替稀土合金中的Nd時(shí)，要求在以Nd為主的合金中，還包括Dy、Tb、Gd、Ho中的至少一種稀土元素，由于Dy、Tb、Gd、Ho都為貴金屬重稀土元素，因此即使能改善富鈰稀土永磁材料的磁性能，但達(dá)不到降低材料成本的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于通過改變制備方法，進(jìn)一步提高Ce的添加量，采用主相直接添加和晶界添加相結(jié)合達(dá)到提高磁性能，同時(shí)，降低材料成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

鈰稀土永磁體材料，其特征是包括Ce主相合金和晶界Ce合金，Ce主相合金的重量百分比組成為：（Ce_xRe_1-x）_yCo_0.5Cu_0.2Al_0.4Fe_余量B_0.95，其中Re為至少包含Nd的稀土元素，0≤x≤15wt％，28.5wt％≤y≤30.5wt％；晶界Ce合金的重量百分比組成為：Ce_zFe_余量M₁₅，50wt％≤z≤70wt％，M為添加的Cu，Co，Al元素。

鈰稀土永磁材料的制備方法，包括以下步驟：

1）根據(jù)含Ce主相合金（Ce_xRe_1-x）_yCo_0.5Cu_0.2Al_0.4Fe_余量B_0.95和晶界Ce合金Ce_zFe_余量M₁₅的組分比例分別配料熔煉；

2）將經(jīng)1）分別配料熔煉的Ce主相合金和晶界Ce合金分別進(jìn)行速凝鑄片，其中Ce主相合金速凝工藝的澆鑄溫度隨Ce添加量X而變化，晶界Ce合金采用速凝工藝熔煉成鑄片；

3）將經(jīng)2）處理過的Ce主相合金和晶界Ce合金按85：15～95：5比例混合，然后將混合的鑄片在真空或加壓氬氣狀態(tài)下進(jìn)行熱處理擴(kuò)散，在500～900℃熱擴(kuò)散處理4～25小時(shí)；

4）將經(jīng)3）熱處理擴(kuò)散的混合鑄片采用氫破、氣流磨制得平均粒度為3～5μm粉末后進(jìn)行取向成型；

5）、將經(jīng)4）成型的磁體進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制850～1010℃燒結(jié)時(shí)間為4～15小時(shí)。

所述步驟2）中Ce主相合金速凝工藝的澆鑄溫度隨Ce添加量X的變化，澆鑄溫度T的變化范圍為1400℃～1450℃。

所述步驟3）中將混合鑄片進(jìn)行真空熱處理擴(kuò)散，真空度在≤4*10^-2Pa，溫度為600～800℃，熱處理擴(kuò)散時(shí)間為10～15小時(shí)。

所述步驟3）中Ce主相合金和晶界Ce合金按95：5比例混合后，在800℃擴(kuò)散處理10h，擴(kuò)散處理真空度控制在2*10^-2Pa。

所述步驟5）中燒結(jié)溫度900～1000℃，燒結(jié)時(shí)間為8～10小時(shí)。

本發(fā)明專利通過改變制備技術(shù)，采用主相直接添加Ce和晶界添加Ce相結(jié)合，同時(shí)采取擴(kuò)散處理保證Ce盡可能多的富集在晶界。因此，能在保證磁體性能的同時(shí)，提升Ce添加比例。進(jìn)而降低材料成本，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備工藝流程框圖。

具體實(shí)施方式

以下為該發(fā)明實(shí)施的具體說明。

實(shí)施例1：

1 ）合金成分

Ce主相合金成分為Nd_28.5Co_1.0Al_0.2B_1.05Fe_余量；

晶界Ce合金成分：Ce₇₀Fe₂₀Co₅Cu₅；

成分控制：采用主相直接添加適量Ce結(jié)合晶界添加Ce的方法，主相直接添加成分為：（Ce_xRe_1-x）_yCo_0.5Cu_0.2Al_0.4Fe_余量B_0.95(wt％)，其中Re為至少包含Nd的稀土元素，Ce在主相直接添加，不可避免進(jìn)入主相內(nèi)部造成磁性能顯著下降，所以需要控制添加量，0≤x≤15wt％，同時(shí)保證主相比例盡可能高，y則需要接近主相成分，因此28.5wt％≤y≤30.5wt％，晶界添加Ce合金成分為Ce_zFe_余量M₁₅（wt%），50wt％≤z≤70wt％，M為添加的Cu，Co，Al金屬元素。

2）速凝鑄片

Ce主相合金采用速凝工藝，根據(jù)Ce添加比例調(diào)整澆鑄溫度，澆鑄溫度為：1450℃；

Ce主相合金根據(jù)添加Ce后其相圖變化，必須調(diào)整澆鑄溫度，保證生成（ReCe）₂Fe₁₄B相，澆鑄溫度隨Ce添加量X而變化為：x為1）中（Ce_xRe_1-x）_yCo_0.5Cu_0.2Al_0.4Fe_余量B_0.95(wt％)成分x的添加比例；

晶界Ce合金Ce_zFe_余量M₁₅采用熔煉、速凝鑄片；

晶界Ce合金Ce₇₀Fe₂₀Co₅Cu₅熔煉、速凝鑄片。

3）擴(kuò)散處理：將2）制備的兩種鑄片按一定比例混合，（Ce_xRe_1-x）_yCo_0.5Cu_0.2Al_0.4Fe_余量B_0.95(wt％)：Ce₂Fe_余量M₁₅（wt%）為85：15～95：5，然后將混合鑄片在真空狀態(tài)下，500～900℃進(jìn)行熱處理擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間為4～25h；

為保證晶界Ce合金CezFe_余量M₁₅（wt%）中的Ce能更多的通過擴(kuò)散進(jìn)入Ce主相合金（CexRe1-x）yCo_0.5Cu_0.2Al_0.4Fe_余量B_0.95(wt％)鑄片中，優(yōu)選真空條件，真空度控制在≤4*10^-2Pa，溫度優(yōu)選為600～800℃，時(shí)間優(yōu)選為10～15h；

Nd_28.5Co_1.0Al_0.2B_1.05Fe_余量和Ce₇₀Fe₂₀Co₅Cu₅按85:15比例混合，混合后的合金在600℃擴(kuò)散處理15h，在真空度1*10^-2Pa進(jìn)行擴(kuò)散。

該擴(kuò)散處理不僅限于鑄片階段，也可以在鑄片粉碎后的粉末混合后進(jìn)行擴(kuò)散處理，但考慮到粉末活性大，過程控制相對(duì)復(fù)雜，優(yōu)選鑄片階段進(jìn)行擴(kuò)散處理。

4）粉碎、取向成型：經(jīng)過擴(kuò)散處理后的鑄片采用氫破、氣流磨制備得到平均粒度為3～5μm，由于在擴(kuò)散過程中，鑄片晶粒已經(jīng)有一定程度長大，因此粉末粒度適當(dāng)增大，優(yōu)選粒度范圍為3.5～4.5μm；粉末在2T磁場(chǎng)下進(jìn)行取向、成型。

5）燒結(jié)處理：由于Ce的添加以及擴(kuò)散處理，燒結(jié)溫度需要調(diào)整，燒結(jié)溫度應(yīng)控制在850～1010℃之間，優(yōu)選為900～1000℃，顯著低于該粉末粒度下對(duì)應(yīng)的燒結(jié)溫度（一般為1020～1060）。為保證Ce晶界相充分流動(dòng)，燒結(jié)時(shí)間需要延長，為4～15h，優(yōu)選為8～10h。

上述成型后生坯分別在900℃燒結(jié)8h，之后在500℃時(shí)效處理4h，制備得到本實(shí)施例1磁體。作為對(duì)比用上述混合后的合金成分，直接進(jìn)行熔煉，制粉，取向成型、燒結(jié)制備得到相應(yīng)的對(duì)比例1。

表1為上述實(shí)施例1與對(duì)比例1的性能對(duì)比

。

實(shí)施例2：

1）合金成分

Ce主相合金成分（Ce₁₀Nd₉₀）_30.5Co_1.0Cu_0.2Al_0.4B_1.05Fe_余量；

晶界Ce合金成分Ce₅₀Fe₃₅Co₅Cu₄Al₆；

2）速凝鑄片

Ce主相合金（Ce₁₀Nd₉₀）_30.5Co_1.0Cu_0.2Al_0.4B_1.05Fe_余量采用速凝工藝，其中根據(jù)Ce添加比例其澆鑄溫度為： 1425℃；

晶界Ce合金Ce₅₀Fe₃₅Co₅Cu₄Al₆熔煉、速凝鑄片；

3）擴(kuò)散處理

Ce主相合金按（Ce₁₀Nd₉₀）_30.5Co_1.0Cu_0.2Al_0.4B_1.05Fe_余量和晶界Ce合金Ce₅₀Fe₃₅Co₅Cu₄Al₆，按95:5的比例混合，混合后的合金在800℃擴(kuò)散處理10h，擴(kuò)散處理的真空度控制在2*10^-2Pa；

4）粉碎，取向成型

擴(kuò)散處理后合金分別進(jìn)行氫破，氣流磨制粉，粉末粒度控制在3～5um，然后在2T磁場(chǎng)下取向，成型；

5）燒結(jié)

上述成型后生坯分別在1000℃燒結(jié)8h，之后分別在500℃時(shí)效處理4h，制備得到實(shí)施例2磁體。作為對(duì)比，用上述混合后的成分，直接進(jìn)行熔煉，制粉，取向成型、燒結(jié)制備得到相應(yīng)的對(duì)比例2。

表2為實(shí)施例2與對(duì)比例2的性能對(duì)比

。

實(shí)施例3：

1）合金成分

Ce主相合金成分（Ce₁₅Nd₈₅）₂₉Co_0.5Al_0.2Cu_0.1B_1.0Fe_余量；

晶界Ce合金成分 Ce₅₀Fe₃₅Co₅Cu₄Al₆

2）速凝鑄片

Ce主相合金（Ce₁₅Nd₈₅）₂₉Co_0.5Al_0.2Cu_0.1B_1.0Fe_余量采用速凝工藝，其中根據(jù)Ce添加比例其澆鑄溫度為： 1410℃；

晶界Ce合金Ce₅₀Fe₃₅Co₅Cu₄Al₆熔煉、速凝鑄片

3）擴(kuò)散處理

Ce主相合金（Ce₁₅Nd₈₅）₂₉Co_0.5Al_0.2Cu_0.1B_1.0Fe_余量和晶界Ce合金Ce₅₀Fe₃₅Co₅Cu₄Al₆按90:10的比例混合，混合后的合金鑄片在4*10^-2Pa的真空條件下，在720℃擴(kuò)散處理12h；

4）粉碎，取向成型

上述合金擴(kuò)散處理后進(jìn)行氫破，氣流磨制粉，粉末粒度控制在3～5um，然后在2T磁場(chǎng)下取向，成型；

5）燒結(jié)

上述成型后生坯在950℃燒結(jié)9h，之后分別在500℃時(shí)效處理4h，制備得到實(shí)施例3磁體。作為對(duì)比，用上述混合后的合金成分，直接進(jìn)行熔煉，制粉，取向成型、燒結(jié)制得到相應(yīng)的對(duì)比例3。

表3為實(shí)施例3與對(duì)比例3的性能對(duì)比

。

實(shí)施例4：

1）合金成分

Ce主相合金成分（Ce₈Nd₉₂）_30.5Co_1.0Cu_0.2Al_0.4B_1.05Fe_余量；

晶界Ce合金成分Ce₆₀Fe₂₅Co₅Cu₄Al₆；

2）速凝鑄片

Ce主相合金（Ce₈Nd₉₂）_30.5Co_1.0Cu_0.2Al_0.4B_1.05Fe_余量；采用速凝工藝，其中根據(jù)Ce添加比例其澆鑄溫度為： 1420℃；

晶界Ce合金Ce₆₀Fe₂₅Co₅Cu₄Al₆；熔煉、速凝鑄片；

3）擴(kuò)散處理

Ce主相合金按（Ce₈Nd₉₂）_30.5Co_1.0Cu_0.2Al_0.4B_1.05Fe_余量和晶界Ce合金Ce₆₀Fe₂₅Co₅Cu₄Al₆；，按90:10的比例混合并擴(kuò)散，擴(kuò)散處理先是抽真空到1*10^-2Pa，然后充氬氣到2～5Pa，并在該加氬條件下進(jìn)行700℃*10h擴(kuò)散處理；

4）粉碎，取向成型

擴(kuò)散處理后合金分別進(jìn)行氫破，氣流磨制粉，粉末粒度控制在3～5um，然后在2T磁場(chǎng)下取向，成型；

5）燒結(jié)

上述成型后生坯分別在1000℃燒結(jié)8h，之后分別在500℃時(shí)效處理4h，制備得到實(shí)施例2磁體。作為對(duì)比，用上述混合后的成分，直接進(jìn)行熔煉，制粉，取向成型、燒結(jié)制備得到相應(yīng)的對(duì)比例2。

表4為實(shí)施例4與對(duì)比例4的性能對(duì)比

。

從表1～4和圖1可以看到采用本發(fā)明的方法，特別是采用按比例混合速凝鑄片和擴(kuò)散熱處理，鈰稀土永磁體的磁性能都能顯著提升。

表1～4中實(shí)施例與對(duì)比例還表明，Ce主相合金成分或晶界Ce相合金成分有所改變，經(jīng)過速凝鑄片和擴(kuò)散處理，且工藝參數(shù)基本相同，都能在提高鈰稀永磁體磁性能同時(shí)降低稀土永磁體的材料成本。