一種鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體及其製備工藝的製作方法

2023-08-05 17:21:16 2

一種鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體及其製備工藝的製作方法
【專利摘要】一種鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體及其製備工藝，其組分為(RExFe100-x-yBy)100-u(Mg100-zCuz)u，RE稀土元素包括釹Nd和鐠Pr、鈰Ce、鑭La中的一種或兩種元素，採用向RExFe100-x-yBy主合金中晶界添加鎂銅合金的方式，鎂Mg和銅Cu不僅不向磁體主相中擴散，還能夠協同作用改善晶界組織結構，實現材料矯頑力iHc和磁能積(BH)max在不摻Dy/Tb條件下的雙提高，使鎂銅晶界改性燒結釹鐵硼的綜合磁性能((BH)max(MGOe)+iHc(kOe)≥65。本發明的製造方法中主合金RExFe100-x-yBy和輔合金Mg100-zCuz可以分別採用熔煉方法製備，後經制粉、混粉、取向成型、燒結和處理等過程製備永磁材料，該製備工藝簡單，容易實現大規模的工業化生產。
【專利說明】一種鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體及其製備工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及永磁材料【技術領域】，具體涉及不摻Dy/Tb且綜合磁性能{(BH)max (MGOe) \HC (kOe)≥65的鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體及其製備工藝。
【背景技術】
[0002]燒結釹鐵硼(Nd-Fe-B)是具有高剩磁、高磁能積和高矯頑力的特種金屬功能材料，被廣泛用於電子信息、電機工程、計算機、風力發電、汽車等領域。自問世以來，Nd-Fe-B產業發展迅速，1984年世界產量僅為32噸，2012年的產量已超過15萬噸。NdFeB的發展主要源於材料的高磁能積，但是磁體的實際內稟矯頑力W卻常為理論值(75 kOe)的1/3-1/30，這導致了材料的工作溫度和穩定性相對較低，制約了 NdFeB的進一步發展和應用。為解決這一問題，必須提高Nd-Fe-B的矯頑力。目前，提高矯頑力的方法主要有兩大類，一則是熔煉前向磁體中摻加低熔點元素Me (Me = Al、Ga、Cu、Sn)的方法，二則是通過添加Dy和Tb來替代Nd的方式。前一方法能小幅地提高磁體的矯頑力，但Me卻固溶在Nd2Fe14B內而產生磁稀釋作用，明顯地降低磁體的剩磁和磁能積；後一方法能夠明顯地提升材料的矯頑力，但該方法卻也以犧牲材料的磁能積為代價，同時稀缺的Dy/Tb還會大幅度地增加磁體的生產成本。上述方法常使Nd-Fe-B磁體的綜合磁性能指標(BH) (MGOe) +,Hc (kOe)小於65，該現狀不能滿足社會對高磁性(你Wmax (MGOe)+況(kOe)≥65) NdFeB的旺盛需求。所以，必需找到一種方法(或一系列合金)在不增加成本不削弱Nd-Fe-B剩磁和磁能積的基礎上提聞材料的矯頑力。

【發明內容】

[0003]針對上述技術現狀中存在的問題，本發明的目的提供一種基於鎂(Mg)和銅(Cu)不向Nd2Fe14B主相中擴散且能協同優化Nd-Fe-B晶界組織的特性，結合鎂銅(Mg-Cu)合金低熔點的鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體及其製備工藝。
[0004]本發明技術方案是:鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體，該釹鐵硼磁體的表示組成為:(RExFei(l(l_x_yBy)1Q(l_u(Mg1(l(l_zCuz)u ;RE 稀土元素包括釹 Nd 和鐠 Pr、鈰 Ce、鑭 La 中的一種或兩種元素，X為RE元素在金中的原子百分比，12.8 at.%≤x≤14.0at.%，y為硼B元素在金中的原子百分比，5.7 at.% ≤6.2 at.%, z為Cu 在 Mg1(l(l_zCuz 合金中的原子百分比，14.5 at.%≤ z ≤ 42.0 at.%, u 為 Mg1(l(l_zCuz 合金在整個材料成分體系中的質量比例，0.1 wt.% ≤u≤ 0.8 wt.%。
[0005]進一步,所述RE稀土元素中的Nd佔RE稀土元素稀中的原子百分比為80_95%。
[0006]本發明的另一目的提供了上述(RExFe1QQ_x_yBy) 1(l(l-u(Mg1(l(l_zCu丄永磁材料的製備方法，具體步驟如下:
步驟1:按照成分配比分別製備RExFe1(l(l_x_yBy主合金和Mg1(l(l_zCuz輔合金，其中，RExFe100^yBy主合金先採用熔煉-速凝甩帶工藝製成速凝薄帶，後經氫爆(HD)過程進行粗破碎，粗破碎的RExFe1(l(l_x_yBy合金屑經氣流磨工序，製得平均顆粒尺寸為2-4 μ m的主合金粉末；輔合金先進行真空熔煉製備出Mg1(l(l_zCuz合金錠，並經鄂破碎後進行球磨，製得平均顆粒尺寸為1-3 μ m的輔合金粉；
步驟2:將步驟I製備得到RExFe1(l(l_x_yBy主合金和Mg1(l(l_zCuz輔合金粉按照設計的質量比稱取，在氮氣保護的條件下加入混料機進中行混料，混料時加入合金粉末總重量百分比為0.2% -0.5 wt.%的汽油，混合1.5h，製得均勻的混合粉末；
步驟3:將步驟2製備得到的混合粉末在1.5-2.0 T的磁場中進行取向壓型，模壓壓力為140-200 MPa，獲得壓塊並在油壓機上進行190-220 MPa的等靜壓，製備出三維應力分布均勻的壓坯；
步驟4:將步驟3製備得到的三維應力分布均勻的壓坯放入真空度為10_4pa高真空燒結爐內進行燒結，燒結溫度為1040-1090°C，保溫2.5-4.5h，之後通入氬氣進行快冷，冷卻速度為200°C /min，冷卻至室溫即獲得釹鐵硼磁體。
[0007]步驟5:對步驟4製備得到的釹鐵硼磁體進行二級回火熱處理，首先在830-900°C的溫度範圍內回火1.5-3.5 h，後向回火爐中通入氬氣把磁體快速降溫致室溫；然後再升溫致450-6201:進行1.5-3.5 h的二級回火，製備出你公max (MGOe) +及(kOe≥65的鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體。
[0008]本發明中主合金的制粉過程裡，熔煉工藝、速凝甩帶工藝、氫爆破碎工藝和氣流磨工藝的具體內容分別見周壽增、董清飛編著的《超強永磁體——稀土體系永磁材料》，北京:冶金工業出版社，2004.2 第二版，pl58-159, p498_504，p326_332，p508_511，pl70_172。
[0009]本發明的有 意效果是，由於採用上述技術方案，本發明製得的磁體與未經鎂銅合金晶界改性的磁體相比，晶界清晰，在不摻Dy和Tb不降低磁能積的情況情況下提高矯頑力，具有更高的綜合磁性能和更低的材料成本；同時與現有磁體製備方法相比，利用低熔點的鎂銅合金進行晶界改性，降低了燒結和熱處理溫度，可以節約大量的能源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發明實施例1的Mg85.5Cu14.5添加量為0.6wt.%的燒結釹鐵硼的微觀組織圖。
[0011]圖2為發明實施例1的Mg85.5Cu14.5添加量為0.6wt.%的燒結釹鐵硼的退磁曲線。【具體實施方式】
[0012]以下將結合實施例對本發明做進一步說明，本發明的實施例僅用於說明本發明的技術方案，並非限定本發明。
[0013]實施例1:
(I)熔煉:主合金和輔合金分別製備，主合金Ndn.2Pr2.3Fe8a6B5.9按化學比例配料後，裝入真空熔煉爐後，將爐內空氣抽至10_3Pa後，開始加溫熔煉，並經銅輥(表面線速度1.8m/s)進行速凝甩片，獲得0.25-0.35mm厚的甩片；輔合金Mg85.5Cu14.5按比例配料後裝入真空感應爐內，將爐內空氣抽至10_3Pa後開始加溫熔煉，爐內配料發紅時,關閉真空閥,充氬氣,等材料熔清後進行澆注，製備輔合金鑄錠。
[0014](2)制粉和混粉:主合金和輔合金分別制粉，主合金Ndn.2Pr2.3Fe8Q.6B5.9的速凝甩片，後經氫爆(HD)過程進行粗破碎，粗破碎的Ndn.2Pr2.3Fe8a6B5.9合金屑經氣流磨工序，製得平均顆粒尺寸為2-4 μ m的主合金粉末；Mg85.5Cu14.5輔合金錠在破碎機經鄂破碎後進行球磨製粉，球粉比8:1,轉速300r/min,球磨24-48h,製得平均顆粒尺寸為1_3 μ m的輔合金粉；制粉完成後，把0.6wt%的輔合金和0.2wt.的汽油一起加入到王合金中，在混料機上進行混合1.5h，獲得輔合金粉分散均勻的混合粉。
[0015](3)成型:將混合均勻的粉末放在帶磁場的壓機上，進行取向壓制，取向磁場1.8T，壓制壓力200MPa，獲得密實的壓坯，上述過程在完全密封且充有氮氣的手套箱中完成的，之後對壓坯進行真空封裝，放入帶充滿機油的料盒中，並在壓機上，在壓力為190 MPa進行等靜壓壓制，獲得三維應力分布均勻的壓塊。
[0016](4)燒結:壓塊放入真空度為10_4pa高真空燒結爐內進行燒結，燒結溫度1050°C，保溫時間2.5h，之後通入氬氣進行快冷，起始冷卻速度為200°C /min，獲得釹鐵硼磁體。
[0017](5)熱處理:把燒結磁體放置在真空退火爐中，加熱到890°C保溫2.5h，後向回火爐中通入氬氣把磁體快速降溫致室溫；然後再升溫至500°C進行2.5h的二級回火，最終製備出鎂銅合金晶界改性的燒結釹鐵硼磁體。
[0018]對比例1:
採用傳統製備方法製備出成分配方與實施例1相同未經鎂銅合金晶界改性的燒結磁體，對比例I中鎂、銅元素在熔煉環節中加入，其熔煉甩片、氫爆-氣流磨、磁場取向成型、燒結和熱處理的製備工藝參數與主合金Ndn.2Pr2.3Fe8a6B5.9的製備步驟中的參數完全相同。
[0019]採用NM10000H磁化特性自動測量儀測量磁體在20°C時的磁性能，結果如表1所示。
【權利要求】
1.一種鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體，其特徵在於，該釹鐵硼磁體的表示組成為:(RExFeiQQ_x_yBy) 100-u(Mg100-zCuz)u ；RE 稀土元素包括釹 Nd 和鐠 Pr、鈰 Ce、鑭 La 中的一種或兩種元素，X為RE元素在RExFe1QQ_x_yBy合金中的原子百分比，12.8 at.% ≤ x≤14.0 at.%，y為硼B元素在金中的原子百分比，5.7 at.%≤y≤6.2 at.%, z為Cu在Mg1(l(l_zCuz 合金中的原子百分比，14.5 at.% ≤ z ^ 42.0 at.%, u 為 Mg1(l(l_zCuz 合金在整個材料成分體系中的質量百分比，0.1 wt.% ≤ u ≤0.8 wt.%。
2.如權利要求1所述的鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體，其特徵在於，所述RE稀土元素中的Nd在RE稀土元素中的原子百分比為80-95%。
3.一種製備如權利要求1或2所述的鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體方法，其特徵在於，具體步驟如下: 步驟1:按照設計成分分別製備RExFe1(l(l_x_yBy主合金和Mg1(l(l_zCuz輔合金，其中，RExFe100^yBy主合金先採用熔煉-速凝甩帶工藝製成速凝薄帶，後經氫爆(HD)過程進行粗破碎，粗破碎的RExFe1(l(l_x_yBy合金屑經氣流磨工序，製得平均顆粒尺寸為2-4 μ m的主合金粉末；輔合金先進行真空熔煉製備出Mg1(l(l_zCuz合金錠，並經鄂破碎後進行球磨，製得平均顆粒尺寸為1-3 μ m的輔合金粉； 步驟2:將步驟I製備得到RExFe1(l(l_x_yBy主合金和Mg1(l(l_zCuz輔合金粉按照設計的質量比稱取，在氮氣保護的條件下加入混料機進中行混料，混料時加入合金粉末總重量百分比為0.2% -0.5 wt.%的汽油，混合1.5h，製得均勻的混合粉末； 步驟3:將步驟2製備得到的混合粉末在1.5-2.0 T的磁場中進行取向壓型，模壓壓力為140-200 MPa，獲得壓塊並在油壓機上進行190-220 MPa的等靜壓，製備出三維應力分布均勻的壓坯； 步驟4:將步驟3製備得到的三維應力分布均勻的壓坯放入真空度為10_4pa高真空燒結爐內進行燒結，燒結溫度為1040-1090°C，保溫2.5-4.5h，之後通入氬氣進行快冷，冷卻速度為200°C /min，冷卻至室溫即獲得釹鐵硼磁體； 步驟5:對步驟4製備得到的釹鐵硼磁體進行二級回火熱處理，首先在830-900°C的溫度範圍內回火1.5-3.5 h，後向回火爐中通入氬氣把磁體快速降溫致室溫；然後再升溫致450-620°C進行1.5-3.5 h的二級回火，製備出你公max (MGOe) +及(kOe)≤65的鎂銅晶界改性高磁性燒結釹鐵硼磁體。
【文檔編號】H01F1/08GK103971875SQ201410205409
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】倪俊傑 申請人:聊城大學