應用釔的富鈰稀土永磁體及其製備方法與流程
2023-05-18 13:15:56 3
本發明涉及應用釔的富鈰稀土永磁體及其製備方法
背景技術：
近年來，由於受到了國內外研究人員的廣泛關注，用ce(鈰)元素取代部分nd(釹)元素後製備的富ce稀土永磁體已經取得了較大的進展。雖然ce2fe14b的內稟磁性能(飽和磁極化強度js＝1.17t，磁晶各向異場ha＝26koe)比nd2fe14b的內稟磁性能(飽和磁極化強度js＝1.60t，磁晶各向異場ha＝73koe)要弱很多，但是研究人員通過優化製備工藝，改變傳統的製備方法，大大弱化了ce加入到釹鐵硼磁體後的所產生的嚴重磁稀釋效應。而作為另外一種儲量很高，價格較低的稀土元素y(釔)，卻一直未能應用到稀土永磁體的生產中。所以將y元素應用到永磁體的製造中，不論是從降低成本還是平衡稀土資源利用的角度來說都有著十分重要的意義。
y2fe14b化合物的磁晶各向異場ha在室溫下不僅和ce2fe14b相近，而且還有著更大的飽和磁極化強度js(1.41t)和更高的居裡溫度tc(565k)，其2:14:1化合物由於不存在3d電子與4f電子的耦合作用，在基礎研究中被廣泛涉及。而ce2fe14b的居裡溫度(424k)在所有的re2fe14b化合物中是最低的，所以單獨用ce替換部分nd元素的燒結釹鐵硼磁體的磁性能比未替換前的磁體要惡化很多，而且不利於磁體在複雜環境中的使用。本發明不僅可以將y元素大量應用到稀土永磁體的製造中，而且還能夠保持甚至提高富ce磁體的磁性能。在稀土價格一路上漲，全球稀土產業面臨成本控制難題的現狀下，將兩種高豐度稀土共同使用，能夠進一步減少價格高、豐度低的鐠、釹、鋱、鏑等稀土元素的使用量，有效實現原料成本的控制。同時這樣也能平衡稀土資源的利用，保護我國珍貴的稀土資源。
技術實現要素：
本發明的目的是克服釔元素長期以來不能應用到稀土永磁體中的不足，提供應用釔的富鈰稀土永磁體及其製備方法。
應用釔的富鈰稀土永磁體具有多主相結構，包括一種re-fe-b主相和一種或者多種添加釔的富鈰主相。
re-fe-b主相成分的質量百分數通式為reafe100-a-b-cmbbc，一種或者多種添加釔的富鈰主相成分的質量百分數通式均為[(yxce1-x)yre1-y]afe100-a-b-cmbbc，式中re為nd、pr、dy、tb、gd、er、ho中的一種或幾種，m為al、c、co、cr、cu、f、ga、mn、mo、n、nb、ni、p、pb、s、si、ta、ti、v、zr元素中一種或幾種；x、y、a、b、c滿足以下關係：0<x≤0.6，0.01≤y<1，28≤a≤33，0.5≤b≤2，0.8≤c≤1.5。
所述的re-fe-b主相佔主相總質量的10％～90％，所有添加釔的富鈰主相佔主相總質量的10％～90％；當稀土永磁體中包含兩種或者兩種以上添加釔的富鈰主相時，則各添加釔的富鈰主相成分是不同的。
應用釔的富鈰稀土永磁體的製備方法具體如下：
1)按照設計的主相成分分別進行配料，在真空度高於10-2pa的真空中頻感應爐中熔煉不同主相合金，採用速凝鑄帶技術得到厚度為0.2～0.5mm的不同主相合金甩片，然後經過氫爆和氣流磨工藝製備平均粒度為3～4μm的相應主相合金粉末；
2)將相應主相合金粉末按照比例均勻混合，得到不同y-ce取代量的混合主相粉末；
3)將混合主相粉末在1.5～2t的磁場下進行取向壓型，得到生坯；
4)將得到的生坯進行真空封裝，15～20mpa間冷等靜壓1～3min，放入高真空正壓燒結爐，在1000～1080℃間燒結2.5～5h，850～950℃間進行一級回火，480～680℃間進行二級回火，得到稀土永磁體。
本發明與現有技術相比具有的有益效果：1)本發明解決了長期以來釔元素不能應用到稀土永磁體中的難題，實現了釔元素在稀土永磁體中的大量應用；2)通過在富鈰主相合金中添加豐度較高的釔元素，保持甚至提高了富鈰主相的磁性能，從而使得永磁體的磁性能達到商用的標準，可進行廣泛地生產應用；3)本發明所提供的應用釔的富鈰稀土永磁體的製備方法，根據各稀土元素的不同特性選擇合適的燒結工藝和熱處理的工藝，使磁體充分緻密的同時又防止了主相晶粒的進一步長大，滿足了實際的應用需求；4)通過對添加釔的富鈰主相成分進行合金元素的優化設計，進一步抑制磁稀釋效應，在較高釔和鈰含量時磁體也能保持很好的磁性能；5)通過應用價格較低的稀土元素釔和鈰，有效地實現了原料成本的控制，同時也減少了鐠、釹、鋱、鏑等稀土元素的使用量，保護了我國珍貴的稀土資源。
具體實施方式
應用釔的富鈰稀土永磁體具有多主相結構，包括一種re-fe-b主相和一種或者多種添加釔的富鈰主相；
re-fe-b主相成分的質量百分數通式為reafe100-a-b-cmbbc，一種或者多種添加釔的富鈰主相成分的質量百分數通式均為[(yxce1-x)yre1-y]afe100-a-b-cmbbc，式中re為nd、pr、dy、tb、gd、er、ho中的一種或幾種，m為al、c、co、cr、cu、f、ga、mn、mo、n、nb、ni、p、pb、s、si、ta、ti、v、zr元素中一種或幾種；x、y、a、b、c滿足以下關係：0<x≤0.6，0.01≤y<1，28≤a≤33，0.5≤b≤2，0.8≤c≤1.5。
所述的re-fe-b主相佔主相總質量的10％～90％，所有添加釔的富鈰主相佔主相總質量的10％～90％；當稀土永磁體中包含兩種或者兩種以上添加釔的富鈰主相時，則各添加釔的富鈰主相成分是不同的。
應用釔的富鈰稀土永磁體的製備方法具體如下：
1)按照設計的主相成分分別進行配料，在真空度高於10-2pa的真空中頻感應爐中熔煉不同主相合金，採用速凝鑄帶技術得到厚度為0.2～0.5mm的不同主相合金甩片，然後經過氫爆和氣流磨工藝製備平均粒度為3～4μm的相應主相合金粉末；
2)將相應主相合金粉末按照比例均勻混合，得到不同y-ce取代量的混合主相粉末；
3)將混合主相粉末在1.5～2t的磁場下進行取向壓型，得到生坯；
4)將得到的生坯進行真空封裝，15～20mpa間冷等靜壓1～3min，放入高真空正壓燒結爐，在1000～1080℃間燒結2.5～5h，850～950℃間進行一級回火，480～680℃間進行二級回火，得到稀土永磁體。
下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明並不僅僅局限於以下實施例：
實施例1：
1)以質量百分數計，成分為[(y0.2ce0.8)0.5nd0.5]30.5fe67.11co0.8zr0.59b1的主相a和nd30.5fe67.11co0.8zr0.59b1的主相b分別配料，在真空度高於10-2pa的真空中頻感應爐熔煉後，採用速凝鑄帶技術得到厚度為0.31mm的相應主相甩片；
2)將相應主相甩片經過氫爆和氣流磨工藝製備平均粒度為3.3μm的相應合金粉末；
3)按照3:7的質量比將a、b主相合金粉末均勻混合後，在氮氣保護下將混合主相粉末在2t的磁場下取向成型，並經17mpa冷等靜壓製成生坯；
4)將生坯放在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1075℃，燒結時間3h，在890℃間進行一級回火，560℃間進行二級回火，得到稀土永磁體。
5)磁體磁性能為br＝13.2kgs，hcj＝11.8koe，(bh)max＝43.6mgoe。
對比例1：
1)以質量百分數計，成分為(ce0.5nd0.5)30.5fe68.5b1的主相a和nd30.5fe68.5b1的主相b分別配料，在真空度高於10-2pa的真空中頻感應爐熔煉後，採用速凝鑄帶技術得到厚度為0.31mm的相應主相甩片；
2)將相應主相甩片經過氫爆和氣流磨工藝製備平均粒度為3.3μm的相應合金粉末；
3)按照3:7的質量比將a、b主相合金粉末均勻混合後，在氮氣保護下將混合主相粉末在2t的磁場下取向成型，並經17mpa冷等靜壓製成生坯；
4)將生坯放在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1080℃，燒結時間3h，在890℃間進行一級回火，580℃間進行二級回火，得到稀土永磁體。
5)磁體磁性能為br＝12.8kgs，hcj＝11.4koe，(bh)max＝41.8mgoe；
說明：通過對比例1和實施例1的比較可以發現，實施例1中添加釔的富鈰磁體的各項磁性能指標都好於對比例中的磁體，進一步說明了本發明不僅實現了釔元素在稀土永磁體中的應用，而且也能提高富鈰磁體的磁性能。而且磁體的綜合磁性能也達到了商用牌號的標準，降低了原材料的成本，滿足了應用需求。同時，通過對比發現，本發明(實施例1)中成分合金元素的優化設計以及熱處理工藝的改良優化都是保障磁體性能較高的原因。
實施例2：
1)以質量百分數計，成分為[(y0.25ce0.75)0.6nd0.4]30.2fe67.45co0.8ga0.55b1的主相a、成分為[(y0.25ce0.75)0.4nd0.6]30.2fe67.45co0.8ga0.55b1的主相b和成分為nd30.2fe67.45co0.8ga0.55b1的主相c分別配料，在真空度高於10-2pa的真空中頻感應爐熔煉後，採用速凝鑄帶技術得到厚度為0.33mm的相應主相甩片；
2)將相應主相甩片經過氫爆和氣流磨工藝製備平均粒度為3.1μm的相應合金粉末；
3)按照2:2:1的質量比將a、b和c主相合金粉末均勻混合後，在氮氣保護下將混合主相粉末在2t的磁場下取向成型，並經17mpa冷等靜壓製成生坯；
4)將生坯放在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1080℃，燒結時間3h，在890℃間進行一級回火，560℃間進行二級回火，得到稀土永磁體；
5)磁體磁性能為br＝12.7kgs，hcj＝8.8koe，(bh)max＝36.1mgoe。
實施例3：
1)以質量百分數計，成分為[(y0.3ce0.7)0.5nd0.5]30.5fe67.11co1.39b1的主相a和nd30.5fe67.11co1.39b1的主相b分別配料，在真空度高於10-2pa的真空中頻感應爐熔煉後，採用速凝鑄帶技術得到厚度為0.31mm的相應主相甩片；
2)將相應主相甩片經過氫爆和氣流磨工藝製備平均粒度為3.3μm的相應合金粉末；
3)按照1:4的質量比將a、b主相合金粉末均勻混合後，在氮氣保護下將混合主相粉末在2t的磁場下取向成型，並經17mpa冷等靜壓製成生坯；
4)將生坯放在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1075℃，燒結時間3h，在890℃間進行一級回火，580℃間進行二級回火，得到稀土永磁體。
5)磁體磁性能為br＝13.5kgs，hcj＝12.1koe，(bh)max＝45.1mgoe。