一種無Tb少Dy的高矯頑力磁體及製備方法
2023-09-19 01:20:15 3
專利名稱：一種無Tb少Dy的高矯頑力磁體及製備方法
技術領域：
本發明屬於磁性材料技術領域，特別是涉及一種無Tb少Dy的高矯頑力磁體及製備方法。
背景技術：
作為第三代稀土永磁材料，釹鐵硼具有原材料豐富、價格低廉以及高剩磁Br和高磁能積(BH)m的特點，在許多技術領域中已成為重要的組元，如計算機技術、信息技術、航空航天技術、交通運輸(汽車)技術等，尤其是混合動力汽車(HEV)、電動汽車(EV)用的各種電機對釹鐵硼的需求量較大。然而三元系燒結釹鐵硼的矯頑力Hcu.偏低，溫度穩定性差的缺點限制了它的應用。目前企業廣泛採用且行之有效的方法是直接添加重稀土 Dy或Tb替代部分Nd以提高磁體的磁晶各向異性場Ha來提高磁體矯頑力。由於重稀土元素的原子磁矩與鐵的原子磁矩是反鐵磁性耦合，在矯頑力隨重稀土添加量增加而提高的同時，磁體的剩磁也會急劇降低。另一方面，重稀土 Dy或Tb的價格昂貴，因此製備既具有高矯頑力又不含 Tb少含Dy的釹鐵硼磁體成為亟待解決的問題。為解決這一問題，人們進行了廣泛深入的研究。NdFeB磁體的矯頑力屬於形核機制，反磁化疇一般容易在晶界區域形核，因此提高矯頑力的重點在於改善晶界相結構與性能。近期發展的雙相工藝就是通過直接添加液相來改變晶界相的成分與性能。該方法分別配製富重稀土的輔相和高能積的主相，將兩種合金粉末按照配比混合後成型。然而，採用該工藝製備的磁體均勻性較差，原因在於含有重稀土的富稀土相是作為液相使用，兩種粉末難以達到理想均勻的混合狀態。2009年日本的D S Li等人採用還原擴散方法將Dy2O3或 DyF3與CaH2混合粉末塗覆在磁體的表面，然後將磁體真空加熱至1073 1273K，保溫0. 5 池。結果是讓Dy擴散至晶界相，在不降低剩磁的情況下，提高矯頑力40%。然而，該方法適用的磁體尺寸僅有3. 0X3. 0X2. 8mm3，無法滿足工業生產需求。嶽明等人提出添加重稀土鏑和鋱的納米粉末或納米級的氫化物顆粒技術並製備出兼具有高矯頑力和高剩磁的燒結 NdFeB永磁體Q00810227680. 5和2006100891 . 7)。可是納米量級的重稀土元素粉末極易氧化且製備工藝複雜。有人採用磁粉表面電沉積納米級金屬鍍層的方法以提高磁體的矯頑力，但也增加了生產成本和難度。
發明內容
本發明的目的在於提供一種無Tb少Dy的高矯頑力磁體及製備方法，通過主相晶粒表層和晶界相重組，改善其結構與性能。測試結果表明，與傳統技術製備的同等性能燒結NdFeB永磁體相比，採用本發明技術製備的磁體可使重稀土的添加量由原來佔稀土總量的16% 降至6% 14%，同時還添加一定量的Ho、Er等使Dy的用量減少到5% 12%，提高了稀土資源的利用率和磁體的性價比。本發明的磁體的成分表達式為(NdnHRElFen+ATMjwt. % )，其中x，a， b和c分別表示對應元素的質量百分比，並且0%彡χ ^ 14%,29%^ a ^ 30%,0. 8%^ b ^ 1. 5%,0. 5%^ c ^ 2%，其中 HRE 是 Dy 或 Dy95(Ho，Er)5，TM 為 Ga, Co, Cu, Nb, Al 元素中的一種或幾種。本發明無Tb少Dy的高矯頑力磁體的製備方法包括如下工藝步驟步驟1 按照釹鐵硼合金質量百分比的組成分子式(Nciicichxhrex) aFe100_a_b_cBbTMc(wt. % )和 NdaFe100_a_b_cBbTMc(wt· % )分別配製原料，其中 0%^ χ ^ 24%, 29%^ a彡30%,0.彡1. 5%,0. 5%^ c彡2%，所需稀土原料可以直接採用含Ho、 Er、Dy比例確定的混合稀土，TM為Ga，Co, Cu，Nb, Al元素中的一種或幾種；步驟2 將步驟1配好的原料分別熔煉。首先將原材料放入中頻感應熔煉速凝爐坩堝內，在真空度達到10』a以上時送電預熱，待真空度重新達到10』a以上後停止抽真空並充入高純Ar，使爐內Ar氣壓達到-0. 04 -0. 08Mpa後進行熔煉。隨後將鋼液澆注到線速度為1. 5 3m/s的水冷銅輥上，獲得平均厚度範圍在0. 15 0. 5mm的速凝薄帶；步驟3 所製得的速凝薄帶分別裝入氫化爐中進行粗破碎。在保護氣氛下將防氧化潤滑劑與粗破碎磁粉按照3 7ml/kg的比例混合，防止在隨後的氣流磨過程中細粉團聚和氧化。其中防氧化潤滑劑中醇類汽油佔85%-96%，基礎合成油佔4%-15%。所採用的醇可以是甲醇或乙醇，所採用基礎複合油的黏度指數大於90，如聚a-烯烴或酯類油等。氣流磨風選輪的轉速度控制在3000r/min 4000r/min，成分為NdaFe 1(1(1_a_b_。BbTM。(wt. % )的磁粉粒度控制在3 5μπι，成分為(Nd1Q(1_xHREx)aFei(1(1_a_b_。BbTM。(Wt· % )的磁粉粒度控制在 0. 07 2· 5μπι ；步驟4 按照合金設計成分，以不同比例分別稱取步驟3製備的磁粉並在混料機中將磁粉充分混合。步驟5 在惰性氣體保護氣氛下，將混合磁粉在磁場強度為1. 5 2Τ的磁場中取向成型，再進行冷等靜壓，製成毛坯；步驟6:將成型後的毛坯放入高真空的燒結爐中進行燒結，燒結過程中在400°C 800°C保溫0. 5 10小時進行脫氫，在燒結溫度1020°C 1080°C保溫1 4小時後水冷或空冷，然後分別在750°C 950°C和450°C 600°C進行1 4小時的回火處理。本發明採用混合稀土(Dy，Ho, Er)進行成分配比，減少了稀土進一步分離、提純所增加的成本；本發明只需二種成分的速凝帶製備磁粉，在氣流磨過程添加醇與基礎合成油複合配的防氧化潤滑劑；製備的磁體中Dy、Ho、Er大部分分布在主相晶粒的外層和晶界相中。本發明與現有技術相比優點在於使用混合稀土進行配料，減少了採用經進一步分離、提純的稀土所增加成本。在保持磁體性能前提下，可使重稀土的添加量由原來佔稀土總量的16% M%降至6% 14%，同時還添加一定量的Ho、Er等使Dy的用量減少到 5% 12% ；其次採用本發明只需熔煉兩種成分速凝帶，便可配製出系列牌號的磁體，具有較高的成分可調自由度，可極大的降低生產成本，適於工業大規模生產。
圖1為本發明超細粉添加製備工藝。圖2為本發明製備的磁體組織示意圖。在主相中Ndfe14B仍保持較高的體積分數， Dy、Ho、Er大部分布在主相晶粒的外層和晶界相中。
具體實施例方式下面對以本發明技術方案為前提下的實施例作詳細說明，以便更好地理解本發明。但是需要注意的是，以下實施例只為說明目的，本發明的保護範圍不限於下述的實施例。實施例1按設計成分(Nd97HRE3)30FeballBa94TMa67(TM = Ga, Co, Cu, Nb) (HRE = Dy 或 Dy95 (Ho, Er) 5)，其中重稀土所佔的質量分數約為1%。步驟1 按照釹鐵硼合金質量百分比的組成分子式(Nd8tlHRE2tl) aFe100_a_b_cBbTMc(wt· % )和 NdaFeiQQ_a_b_。BbTM。(Wt· % )分別配製原料；步驟2 將配好的原料分別熔煉。首先將原材料放入中頻感應熔煉速凝爐坩堝內， 在真空度為io』a以上時送電預熱，待真空度再次達到I0』a以上後停止抽真空並充入高純Ar，使爐內Ar氣壓達到-0. 06MPa後進行熔煉。採用單織構R(稀土)-Fe-B速凝技術，製得平均厚度為0. 3mm的速凝片；步驟3 所製得的速凝薄帶分別裝入氫化爐中進行粗破碎。在保護氣氛下將防氧化劑分別與粗破後的磁粉按照5ml/kg的比例混合，其中防氧化潤滑劑中甲醇汽油佔 90%，硬脂酸甘油酯(十八烷酸脂甘油脂)佔10%。成分為NdaFeiQQ_a_b_。BbTM。(Wt· % )氣流磨時風選輪的轉速調整為3100r/min，磁體平均粒度控制在3μπι;成分為(Nd8tlHRE2tl) aFe100_a_b_cBbTMc(wt. % )氣流磨時風選輪的轉速調整為4000r/min，磁粉平均粒度控制在 1. 5 μ m ；步驟4 取適量步驟3製備的兩種磁粉進行混合，使含重稀土的磁粉佔總重量的比例不超過15%，在混料機中將兩種磁粉充分混合；步驟5 在惰性氣體保護氣氛下，將混合磁粉在磁場強度為2T的磁場中取向成型， 再進行冷等靜壓，製成毛坯；步驟6:將成型後的毛坯放入高真空的燒結爐中進行燒結，燒結過程中在400°C， 600°C，800°C分別保溫1小時進行脫氫，在燒結溫度1050°C保溫2小時後水冷，然後分別在 900°C和520°C進行2小時的回火處理。採用NIM-2000HF稀土永磁標準測量裝置測磁體的磁性能，性能如表一。表1，
權利要求
1.一種無Tb少Dy的高矯頑力磁體，其特徵在於，該磁體成分表達式為(Nd1(KI_xHREx) aFe100_a_b_cBbTMc (wt. % )，其中x，a，b和c分別表示對應元素的質量百分比，並且0 % 彡χ彡14%，29%彡a彡30%，0. 8%彡b彡1.5%，0.5%彡c彡2%，其中HRE是Dy或 Dy95 (Ho, Er)5, TM 為 Ga，Co，Cu，Nb，Al 元素中的一種或幾種。
2.—種權利1要求所述的無Tb少Dy的高矯頑力磁體的製備方法，其特徵在於，包括如下工藝步驟(1)按照釹鐵硼合金質量百分比的組成分子式(Nd76HRE24)aFe100_a_b_cBJMc和 NdaFe100_a_b_cBbTMc,使用含Ho、Er、Dy比例確定的混合稀土，分別配製原料，其中四％ 彡 a 彡 30%,0. 8%^ b 彡 1. 5%,0. 5%^ c 彡 2%, TM 為 Ga，Co, Cu, Nb, Al 元素中的一種或幾種；(2)將步驟(1)配好的原料分別熔煉首先將原材料放入中頻感應熔煉速凝爐坩堝內， 在真空度達到10』a以上時送電預熱，待真空度重新達到10』a以上後停止抽真空並充入高純Ar，使爐內Ar氣壓達到-0. 04 -0. 08Mpa後進行熔煉；隨後將鋼液澆注到線速度為 1. 5 3m/s的水冷銅輥上，獲得平均厚度範圍在0. 15 0. 5mm的速凝薄帶；(3)將步驟( 所製得的速凝片進行氫破碎，脫氫後得到粗破碎磁粉；在保護氣氛下將防氧化潤滑劑與粗破碎磁粉按照3 7ml/kg的比例混合，防止在隨後的氣流磨過程中細粉團聚和氧化；氣流磨風選輪的轉速度控制在3000r/min 4000r/min，成分為BbTMc的磁粉粒度控制在3 5 μ m，成分為(Nd76HRE24) aFe100_a_b_cBbTMc的磁粉粒度控制在0. 07 2·5μπι;(4)根據不同牌號磁體的成分要求，以不同比例分別稱取步驟C3)製備的磁粉，並在混料機中將磁粉混合；(5)在惰性氣體保護氣氛下，將混合磁粉在磁場強度為1.5 2Τ的磁場中取向成型，再進行冷等靜壓，製成毛坯；(6)將成型後的毛坯放入高真空的燒結爐中進行燒結，燒結過程中在400°C 800°C保溫0. 5 10小時進行脫氫，在燒結溫度1020°C 1080°C保溫1 4小時後水冷或空冷，然後分別在750°C 950°C和450°C 600°C進行1 4小時的回火處理。
3.根據權利2要求所述的無Tb少Dy的高矯頑力磁體的製備方法，其特徵在於，所述的防氧化潤滑劑中醇和汽油佔85 % -96 %，基礎合成油佔4 % -15 %，所採用基礎複合油的黏度指數大於90，所述的醇為乙醇或甲醇，所述的基礎複合油為聚a-烯烴或酯類油。
全文摘要
一種無Tb少Dy的高矯頑力磁體及製備方法，屬於磁性材料技術領域。該磁體成分表達式為(Nd100-xHREx)aFe100-a-b-cBbTMc(wt.％)，其中x，a，b和c分別表示對應元素的質量百分比，並且0％≤x≤14％，29％≤a≤30％，0.8％≤b≤1.5％，0.5％≤c≤2％，其中HR是Dy或Dy95(Ho，Er)5，TM為Ga，Co，Cu，Nb，Al元素中的一種或幾種。優點在於，使用混合稀土進行配料，減少了採用經進一步分離、提純的稀土所增加成本。在保持磁體性能前提下，可使重稀土的添加量由原來佔稀土總量的16％～24％降至6％～14％，同時還添加一定量的Ho、Er等使Dy的用量減少到5％～12％；採用本發明只需熔煉兩種成分速凝帶，可配製出系列牌號磁體，成分可調，極大降低生產成本，適於工業大規模生產。
文檔編號H01F7/02GK102436893SQ20111042195
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者馮海波, 孫威, 方以坤, 朱明剛, 李衛, 李安華, 李巖峰, 汪旭超, 王景代 申請人:鋼鐵研究總院