專利名稱：一種無重稀土永磁材料及其熱壓制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種無重稀土、低成本永磁材料及其熱壓制備方法。
背景技術(shù)：
通過熱壓/熱變形處理可以制備性能優(yōu)異的全密度各向異性NdFeB永磁體，由于其獨(dú)特的制備工藝和可近終成型的特點(diǎn)，與粉末冶金燒結(jié)工藝已經(jīng)成為制備全密度各向異 性高性能NdFeB材料的兩種基本生產(chǎn)工藝路線，相關(guān)文獻(xiàn)可以參考申請?zhí)枮?007101708. 8的中國發(fā)明專利申請公開《高性能輻向磁環(huán)及其制備方法》，該方法通過對快淬粉進(jìn)行熱壓熱變形處理，降低氧含量，改善磁體均勻性，提高了磁體的磁性能。但其成分含有重稀土元素，沒有考慮材料和能源成本。由于現(xiàn)狀下重稀土的價(jià)格相比2007年有較大的提升，必須考慮節(jié)省原材料材料的成本。重稀土的添加可以提高熱壓磁體的矯頑力，但重稀土的添加會降低磁體的磁性能，增加熱變形過程(制備磁體過程)中的溫度和使用壓力，在原材料和能源方面增加了較高的成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容是針對上述的技術(shù)現(xiàn)象而提供一種低成本無重稀土而添加相應(yīng)元素(由于添加量較小，在下文中稱為微量元素)在永磁材料剩磁和最大磁能積變化不大的情況下提高熱壓無重稀土永磁材料矯頑力和適用范圍的方法，所得磁體的矯頑力大大提高。對添加的相應(yīng)元素成分的控制，在熔煉之后，進(jìn)入晶界一直晶粒的長大，使得制備的快淬帶中的等軸晶尺寸統(tǒng)一，分布均勻。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種無重稀土永磁材料，所述無重稀土永磁材料的成分按重量百分比為RExFeiQQ_x_y_z_aC0yTMzBa，其中RE為釹和/或鐠，x為10-40，y為大于0小于等于10，a為0. 8-1. 5，TM是除Co之外添加至少一個或多個過渡族元素，z為大于0小于等于1.5。該無重稀土永磁材料的中的TM是Ga，Al, Nb, Cu中的一種或多種，其中，Ga占總量的重量百分比為大于0小于等于0. 7%,Al占總量的重量百分比為大于0小于等于0. 2%，Nb占總量的重量百分比為大于0小于等于I. 5%，Cu占總量的重量百分比為大于0小于等于 0. 2%o無重稀土永磁材料中的TM在晶界抑制晶粒的長大，使得所述無重稀土永磁材料晶粒尺寸統(tǒng)一，分布均勻。所述無重稀土永磁材料的矯頑力大于17k0e,磁能積大于50MG0e。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種無重稀土永磁材料的熱壓制備方法，該方法包括下述步驟(I)配料=NdFeB合金按照下述重量百分比配置原材料RExFeiQQ_x_y_z_aC0yTMzBa，其中RE為釹和/或鐠，X為10-40，y為大于0小于等于10，a為0. 8-1. 5，z為大于0小于等于I. 5，TM是除Co之外添加至少一個或多個過渡族元素；(2)熔煉將配置好的原料放入電弧爐熔煉或者感應(yīng)爐熔煉制備鑄錠；(3)快淬將通過熔煉后制備的鑄錠熔融加熱至溫度為1300°C左右，噴射到冷卻輥上，進(jìn)行快淬處理，冷卻輥的轉(zhuǎn)速為15-30m/s，在保護(hù)氣氛下進(jìn)行快淬處理，制備的快淬薄帶帶厚為20-50 ym，可以完全為晶態(tài)，也可以包含部分非晶帶；(4)快淬薄帶的破碎利用機(jī)械破碎或者球磨破碎；(5)磁選和篩選快淬帶破碎后通過磁選去除快淬帶中易磁化的帶子，絲狀物；通過研磨和篩選，制成顆粒度為0. lmm-0. 45mm的尺寸均勻的磁粉；(6)熱壓/熱變形對得到的磁粉在550°C -650°C的溫度，壓力為150-250MPa，高溫保溫時間為lmin-1. 5min，成型密度為7. 58-7. 6g/cm3下進(jìn)行熱壓致密化；熱變形過程使用的溫度為800°C _850°C，高溫保溫時間為2min-4min，最終制得無重稀土永磁材料，其中，熱壓成型的第二模具直徑大于第一模具直徑，用于實(shí)現(xiàn)熱壓磁體的流變?nèi)∠蜻^程。所述熱壓制備方法中的的TM是Ga，Al，Nb，Cu，其中，Ga占總量的重量百分比為大于0小于等于0. 7%,Al占總量的重量百分比為大于0小于等于0. 2%,Nb占總量的重量百分比為大于0小于等于I. 5%，Cu占總量的重量百分比為大于0小于等于0. 2%。所述熱壓制備方法中的TM在晶界抑制晶粒的長大，使得所述無重稀土永磁材料晶粒尺寸統(tǒng)一，分布均勻。所述熱壓制備方法制得的無重稀土永磁材料的矯頑力大于17k0e，磁能積大于50MG0e，主要組成為Nd2Fe14B四方相。所述熱壓制備方法中快淬步驟中所使用的冷卻輥輪是銅輥或鑰輥。所述熱壓制備方法獲得的磁粉適于制備常規(guī)使用的各向異性熱壓磁體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在配料時不添加重稀土，把電弧熔煉或感應(yīng)熔煉制備的鑄錠作為母合金，通過使用鑰輥進(jìn)行快淬制成薄帶，再將薄帶破碎后通過磁選和篩選成均勻統(tǒng)一的磁粉，然后對磁粉進(jìn)行熱壓熱變形處理制成磁性能較高的各向異性熱壓磁體。所述方法中的添加的TM可以在晶界抑制晶粒的長大，使得所述永磁材料晶粒尺寸統(tǒng)一，分布均勻。
通過下面結(jié)合示例性地示出一例的附圖進(jìn)行的描述，本發(fā)明的上述和其他目的和特點(diǎn)將會變得更加清楚，其中圖I是不添加微量元素Nb時快淬粉的截面形貌；圖2是添加占總質(zhì)量百分比為0. 5%的微量元素Nb時快淬粉的截面形貌；圖3是添加占總質(zhì)量百分比為I. 0%的微量元素Nb時快淬粉的截面形貌；圖4是添加占總質(zhì)量百分比為I. 5%的微量元素Nb時快淬粉的截面形貌。
具體實(shí)施例方式以下，參照實(shí)施例和附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想。由于重稀土造成的成本和燃料消耗，本發(fā)明通過采用添加微量元素，以達(dá)到與添加重稀土達(dá)到的性能相同的性能。本發(fā)明的無重稀土永磁材料及其制備方法是在配料時不添加重稀土，在原材料方面降低了成本。添加Ga，Nb, Al，Cu等微量元素改善快淬帶的結(jié)構(gòu)，使得磁體能夠較好的熱壓熱變形，最終極大的增強(qiáng)各向異性磁體的矯頑力，使制備的熱變形磁體的矯頑力在17kOe以上；在熱壓熱變形過程中，由于無重稀土添加，相對于重稀土添加后磁體的熱變形過程，無重稀土永磁合金更易于變形，降低了熱變形過程使用的溫度和形變壓力以及高溫保溫時間，從能源的角度也降低了成本。無重稀土的添加，降低了成本，通過添加Ga，Nb等元素在一定條件下達(dá)到和添加重稀土?xí)r同樣的提高磁體的矯頑力的效果，達(dá)到了常規(guī)使用的要求，擴(kuò)展了熱壓磁體的適用范圍。本發(fā)明把電弧熔煉或感應(yīng)熔煉制備的鑄錠作為母合金，使用鑰輥或銅輥?zhàn)隼鋮s輥，通過快淬制成薄帶，然后將帶子破碎后通過磁選和篩選成均勻統(tǒng)一的磁粉，然后對磁粉進(jìn)行熱壓熱變形處理制成磁性能較高的各向異性磁體。其優(yōu)點(diǎn)是在配料時添加Ga,Nb,Al,Cu等元素改善快淬帶的結(jié)構(gòu)，使得磁體能夠較好的熱壓熱變形，最終極大的增強(qiáng)各向異性磁體的矯頑力，從而達(dá)到常規(guī)使用的要求。所述方法獲得的磁粉可以適于制備常規(guī)使用的各向異性熱壓磁體。本發(fā)明首先按照RExFe1(l(l_x_y_z_aC0yTMzBa，的重量百分比配置原材料，其中RE為釹和
/或鐠，X為10-40，y為大于0小于等于10，a為0. 8-1. 5，z為大于0小于等于I. 5，在配置原材料的過程中加入TM微量元素，即Ga，Al，Nb, Cu ;其中，Ga占總量的重量百分比為大于0小于等于0. 7%, Al占總量的重量百分比為大于0小于等于0. 2%, Nb占總量的重量百分比為大于0小于等于I. 5%，Cu占總量的重量百分比為大于0小于等于0. 2%。在下面的實(shí)施例中著重描述添加的Ga元素以及Nb元素所制備的無重稀土永磁材料性能。按照上述質(zhì)量百分比配置好原料后放入電弧爐或者感應(yīng)爐中熔煉，熔煉的溫度根據(jù)添加元素的具體熔點(diǎn)設(shè)定。將熔煉好的鑄錠加熱熔融直到溫度達(dá)1300°C左右時，向冷卻輥噴射，冷卻輥的速度控制在15m/ s-30m/s,保護(hù)氣氛為一定壓力的IS氣,制得一定厚度的快淬帶。經(jīng)破碎后,進(jìn)行磁選和篩選，制成顆粒度均勻的磁粉。對得到的磁粉進(jìn)行熱壓/熱變形處理，參數(shù)按照合理范圍內(nèi)進(jìn)行選取。實(shí)施例I將快淬粉原料按重量百分比為RE29.9Fe63.2_zC06TMzBQ.9配置，其中RE為釹，TM為Ga，在實(shí)施例I中，Ga的含量分別為占總質(zhì)量的百分比(wt. %)為0、0. 3,0. 5和0. 7，即，z取O、0. 3、0. 5和0. 7。首先，將含Ga占總質(zhì)量0. 3wt. %的配料加熱熔融到溫度為1300°C左右，噴射到冷卻輥上，冷卻輥的轉(zhuǎn)速為15m/s，在Ar氣保護(hù)氣氛的氣壓為2 X IO5Pa下進(jìn)行快淬處理，制備的快淬薄帶帶厚為20 ym，包含部分非晶帶，利用機(jī)械破碎粗破碎，而后利用球磨破碎進(jìn)行細(xì)破碎，快淬帶破碎后通過磁選去除快淬帶中易磁化的帶子，絲狀物，通過研磨和篩選，制成顆粒度為0. Imm的尺寸均勻的磁粉，對得到的磁粉在600°C，壓力為150MPa，高溫保溫lmin，成型密度為7. 58g/cm3下進(jìn)行熱壓致密化，熱變形過程使用的溫度為850°C，高溫保溫時間為2min，經(jīng)過上述步驟后制備的永磁材料進(jìn)行檢測后，列出各種數(shù)據(jù)，含量和磁性能分別為表I所示，將Ga占總質(zhì)量0. 5wt. %的配料按照上述步驟，加熱熔融到溫度為1300°C左右，噴射到冷卻輥上，冷卻輥的轉(zhuǎn)速為30m/s，在Ar氣保護(hù)氣氛的氣壓為3 X IO5Pa下進(jìn)行快淬處理制成30 ii m的快淬帶，而后在650°C，壓力為250MPa，保溫I. 5min,成型密度為7. 6g/cm3下進(jìn)行熱壓致密化，熱變形過程使用溫度為850°C，高溫保溫時間為2min，經(jīng)過上述步驟后制備的永磁材料進(jìn)行檢測后，列出各種數(shù)據(jù)。不再詳細(xì)描述Ga含量占總質(zhì)量百分比為Owt. %和0. 7wt. %的成分的磁粉的制備，其制備方法與上述相同。下面列出各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行詳細(xì)說明。表I添加不同微量元素Ga時各向異性熱壓磁體的磁性能
權(quán)利要求
1.一種無重稀土永磁材料，其特征在于，所述無重稀土永磁材料的成分按重量百分比為RExFei.x_y_z_aC0yTMzBa，其中RE為釹和/或鐠，x為10-40，y為大于O小于等于10，a為O.8-1. 5，TM是除Co之外添加至少一個或多個過渡族元素，z為大于O小于等于I. 5。
2.如權(quán)利要求I所述的無重稀土永磁材料,其特征在于,所述無重稀土永磁材料的中的TM是Ga，Al ,Nb，Cu，其中，Ga占總量的重量百分比為大于O小于等于O. 7%’Al占總量的重量百分比為大于O小于等于O. 2%, Nb占總量的重量百分比為大于O小于等于I. 5%, Cu占總量的重量百分比為大于O小于等于O. 2%。
3.如權(quán)利要求2所述的無重稀土永磁材料，其特征在于，所述無重稀土永磁材料中的TM在晶界抑制晶粒的長大，使得所述無重稀土永磁材料晶粒尺寸統(tǒng)一，分布均勻。
4.如權(quán)利要求I所述的無重稀土永磁材料，其特征在于，所述無重稀土永磁材料的矯頑力大于17kOe，磁能積大于50MG0e。
5.一種無重稀土永磁材料的熱壓制備方法，其特征在于，所述熱壓制備方法包括下述步驟 (1)配料=NdFeB合金按照下述重量百分比配置原材料RExFeiQQ_x_y_z_aC0yTMzBa，其中RE為釹和/或鐠，X為10-40，y為大于O小于等于10，a為O. 8-1. 5，z為大于O小于等于I. 5，TM是除Co之外添加至少一個或多個過渡族元素； (2)熔煉將配置好的原料放入電弧爐熔煉或者感應(yīng)爐熔煉制備鑄錠； (3)快淬將通過熔煉后制備的鑄錠熔融加熱至溫度為1300°C左右，噴射到冷卻輥上，進(jìn)行快淬處理，冷卻輥的轉(zhuǎn)速為15-30m/s，在保護(hù)氣氛下進(jìn)行快淬處理，制備的快淬薄帶帶厚為20-50 μ m，可以完全為晶態(tài)，也可以包含部分非晶帶； (4)快淬薄帶的破碎利用機(jī)械破碎或者球磨破碎； (5)磁選和篩選快淬帶破碎后通過磁選去除快淬帶中易磁化的帶子，絲狀物；通過研磨和篩選，制成顆粒度為O. lmm-0. 45mm的尺寸均勻的磁粉； (6)熱壓/熱變形對得到的磁粉在550°C_650°C的溫度，壓力為150_250MPa，高溫保溫時間為lmin-1. 5min，成型密度為7. 58-7. 6g/cm3下進(jìn)行熱壓致密化；熱變形過程使用的溫度為800°C _850°C，高溫保溫時間為2min-4min，最終制得無重稀土永磁材料，其中，熱壓成型的第二模具直徑大于第一模具直徑，用于實(shí)現(xiàn)熱壓磁體的流變?nèi)∠蜻^程。
6.根據(jù)權(quán)利要求書5所述的方法，其特征在于，所述熱壓制備方法中的的TM是Ga，Al，Nb，Cu，其中，Ga占總量的重量百分比為大于O小于等于O. 7%, Al占總量的重量百分比為大于O小于等于O. 2%, Nb占總量的重量百分比為大于O小于等于I. 5%, Cu占總量的重量百分比為大于O小于等于O. 2%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述熱壓制備方法中的TM在晶界抑制晶粒的長大，使得所述無重稀土永磁材料晶粒尺寸統(tǒng)一，分布均勻。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱壓制備方法制得的無重稀土永磁材料的矯頑力大于17kOe,磁能積大于50MG0e,主要組成為Nd2Fe14B四方相。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱壓制備方法中快淬步驟中所使用的冷卻輥輪是銅輥或鑰輥。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱壓制備方法獲得的磁粉適于制備常規(guī)使用的各向異性熱壓磁體。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種無重稀土永磁材料及其熱壓制備方法。所述無重稀土永磁材料的成分按重量百分比為RExFe100-x-y-z-aCoyTMzBa，其中RE為釹和/或鐠，x為10-40，y為大于0小于等于10，a為0.8-1.5，z為大于0小于等于1.5，TM是除Co之外添加至少一個或多個過渡族元素。所述無重稀土永磁材料的熱壓制備方法包括把電弧熔煉或感應(yīng)熔煉制備的鑄錠作為母合金使用銅輥或鉬輥快淬制成薄帶，然后將所述薄帶破碎后通過磁選和篩選成均勻統(tǒng)一的磁粉，然后對磁粉進(jìn)行熱壓熱變形處理制成磁性能較高的各向異性磁體。本發(fā)明公開的制備方法中熱變形溫度低，時間短，在原材料和能源方面降低了熱壓永磁材料的成本。
文檔編號H01F1/053GK102982935SQ20121050635
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者李衛(wèi), 賴彬, 朱明剛, 汪旭超, 郭朝暉, 張珂, 王會杰 申請人:鋼鐵研究總院