晶界擴散材料和稀土永磁材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及晶界擴散材料和稀土永磁材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，以Nd2Fe14B型化合物為主相的RFeB類稀土燒結磁鐵是永磁鐵中性能最 高的磁鐵，其主要用于硬盤驅動的音圈電動機VCM、EPS、HEV、EV電機等各種電動機和家電 產品中。并且，永磁電機由于具有體積小、重量輕、能量轉化效率高、節能效果顯著等優點而 倍受重視。然而，新能源汽車電機或大功率推進電機使用釹鐵硼燒結磁體的情況，一般都是 在高溫環境下進行使用，所以要求釹鐵硼燒結磁體具有優異的耐熱性能和較高的矯頑力， 特別是在高溫下使用時不會隨著時間流失磁通密度下降太多的特性。
[0003] 目前，新能源汽車發展及銷量呈上升趨勢，其驅動電機向輕便、高效方向發展，功 率質量比越高越能減輕整車重量，從而產生更大的能量和動力。為此，稀土永磁同步電機所 用的燒結釹鐵硼磁體要做小做薄，但是由其形狀大小決定的Pc (工作點）卻因此而減小，導 致退磁風險增大。相應地，與Pc有關的磁通不可逆損失或者熱減磁也隨之增大。如果電機 長時間在高溫下運轉，會導致磁通密度大幅下降，從而使電機動力不足，影響整車行駛。
[0004] 實際使用中，我們更常見的是磁通不可逆損失，即開路狀態下的磁體在溫度上升 至某一溫度T再恢復至室溫時所產生的不可恢復的磁通減少量。磁通不可逆損失主要取決 于磁體的微結構和疇結構隨溫度循環的改變，而提高磁體的矯頑力可以較好地降低磁體的 磁通不可逆損失。
[0005] 例如，專利CN102024544A提供一種稀土永磁材料及其制備方法，其中，該申請的 稀土永磁材料的組成為：R a x yHoxDyyFei a b c dCodMcBb，28 % 彡 a 彡 34 %，0· 95 % 彡 b 彡 L 3 %， 0彡。彡1.5%，1%彡(1彡10%，15%彡叉彡20%，3%彡7彡8%，1?為稀土元素，1?選自制、 Pr、La、Ce、Gd 和 Tb 中的一種或多種，M 選自 A1、Cu、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Μη、Nb、Sn、Mo、Ga、Si 中的一種或多種元素；以及其制備方法具體公開了 ：（1)稱取稀土永磁材料各組分，熔煉， 制成稀土永磁材料合金鑄錠或采用速凝薄片工藝制成稀土永磁材料速凝薄片；(2)采用氫 爆法或者通過破碎機將稀土永磁合金的鑄錠合金或速凝薄片破碎，破碎后通過氣流磨，得 到平均粒徑為2-10 μ m的稀土永磁材料合金粉末，然后在稀土永磁合金粉末中加入抗氧化 劑，以總重量為基準，抗氧化劑的含量為〇. 1% -5%，混合后得到混合粉末；⑶將混合粉末 在磁場中壓制成型，磁場強度1. 2-2. 0T，壓強10-200MPa，壓制時間10-60s ;(4)將稀土永 磁材料坯件在真空條件下燒結，燒結溫度為1030-1120°C，燒結時間為2-4小時，所述真空 的絕對壓力為2X 10 2-5X 10 2帕；（5)將燒結后的稀土永磁材料坯件在500-920°C保溫，保 溫的時間為2-8h。得到了高矯頑力和耐高溫的RFeB稀土永磁材料。該方法制備的永磁材 料的矯頑力為26. 48-28. 54 (kOe)，200°C的不可逆損失為1. 2-1. 78%。但是該方法制得的 稀土永磁材料仍然采用了較高含量的Ho和Dy，仍然存在重稀土金屬含量高、成本較高的問 題。
[0006] 另外，現有的提高矯頑力的方法還比如是采用單合金法加入單一的重稀土金屬元 素（RH，Dy、Tb和Ho)，但是單合金法會使得燒結體的晶粒內存在RH，所以雖然磁體矯頑力得 到提高，但是最大磁能積BH_卻降低。另外還可以采用雙合金法，雖然與單合金的情況相 比能夠抑制RH的使用量，但是在燒結加熱時，R H不僅在晶界擴散，而且還會擴散到晶粒內的 相當大的區域，從而仍然產生BH_降低的問題。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于克服現有的釹鐵硼永磁磁體容易退磁，特別是在較高溫度下長 時間運行易出現不可逆退磁的缺陷，以及采用較高含量的重稀土金屬元素提高矯頑力導致 成本高的問題，提供一種成本低、矯頑力高且不可逆磁損失少的稀土永磁材料及其制備方 法，以及制備該稀土永磁材料所采用的晶界擴散材料。
[0008] 本發明的發明人經過深入研究發現，通常，電機中磁體的退磁主要表現為容易在 邊角處退磁，因此，本發明采用晶界擴散的方式將本發明特定的含有重稀土金屬元素的晶 界擴散材料從稀土永磁材料主體的表面開始擴散進入稀土永磁材料主體的內部的晶界相 處，而磁體內部的主相則幾乎沒有被擴散進入大量的重稀土金屬元素，所以稀土永磁材料 主體的表面與內部相比，重稀土磁體濃度相對較大。即本發明在稀土永磁材料主體的表面 擴散了一層重稀土元素，從而可提高表面的抗退磁能力，所以表面的抗退磁能力比內部更 強，從而克服了電機磁體邊角處更易退磁的缺陷。推測其原因是，通過采用了一定量的重稀 土金屬兀素Dy、Tb和Ho后，能夠提尚晶界相處的各向異性場，從而提尚矯頑力。
[0009] 由此，本發明的發明人發現了本發明的特定組成和含量的晶界擴散材料，并且發 現通過晶界擴散的方法把該晶界擴散材料由本發明的稀土永磁材料主體的表面導入該磁 體的內部晶界相，從而能夠使得稀土永磁材料主體的主相外圍的晶界相區域中重稀土金屬 元素的濃度高，而在主相晶粒內部的重稀土金屬元素濃度相對較低。因此，使得所得的稀土 永磁材料的磁體表面的晶界相和內部深處的主相晶粒表面的結晶磁各向異性增高，反磁疇 的生成被抑制，整個磁體的矯頑力都得到有效提高，從而能夠在高溫下長時間使用時保持 較高的磁通密度。本發明正是基于此完成的。
[0010] 也即，本發明提供一種晶界擴散材料，其中，該晶界擴散材料的組成為： RLuyR HyFe1QQuvwCovM'wzNbz，u、y、z、w、v 為重量百分數，40 < u < 75,35 < y 彡 70， 14彡v彡38,5彡w彡30,5彡z彡20,且y彡u，z彡w ;RL為Pr和/或Nd ;RH為Dy、Tb和 11〇中的至少一種元素；]\1'為八1、(：11、211、511、厶8、111、？13、81、66、11、￥、1、0、2廠肚、]\111、·、 Sb、Mo、Ga、Si和B中的至少一種元素。
[0011] 本發明還提供了一種稀土永磁材料的制備方法，該方法包括：通過晶界擴散由充 磁后的稀土永磁材料主體的外層導入上述晶界擴散材料，其中，
[0012] 所述稀土永磁材料主體的組成為：Ra xRHxFe1Q。a b c dCOdMJb，a、X、b、c和d為重量百 分數，24彡a彡38,0· 5彡x彡3· 5,0· 78彡b彡1· 3,0彡c彡1· 5,0彡d彡13 ;R為La、 Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Sc和Y中的至少一種元素；RH為Dy、Tb和Ho中的至少一種元素； Μ 為 Al、Cu、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Mn、Nb、Sn、Mo、Ga 和 Si 中的至少一種元素。
[0013] 本發明還提供了上述制備方法所得的稀土永磁材料。
[0014] 通過本發明的稀土永磁材料的制備方法，在采用特定組成的晶界擴散材料的條件 下，通過該晶界擴散材料向稀土永磁材料主體的晶界擴散，能夠獲得一種表面抗退磁能力 強的稀土永磁材料，且該方法成本低并具有良好的工業應用前景。
[0015] 本發明的其它特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0016] 以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0017] 本發明提供一種晶界擴散材料，其中，該晶界擴散材料的組成為： RLuyR HyFe1QQuvwCovM'wzNbz，u、y、z、w、v 為重量百分數，40 < u < 75,35 < y 彡 70， 14彡v彡38,5彡w彡30,5彡z彡20,且y彡u，z彡w ;RL為Pr和/或Nd ;RH為Dy、Tb和 11〇中的至少一種元素；]\1'為八1、(：11、211、511、厶8、111、？13、81、66、11、￥、1、0、2廠肚、]\111、·、 Sb、Mo、Ga、Si和B中的至少一種元素。
[0018] 根據本發明，所述晶界擴散材料可以有助于所述稀土永磁材料主體的表層晶界相 擴散有相對內部主相更高的重稀土金屬元素以及其他改善其表層組成的元素，使得磁體表 面和內部深處的主相晶粒表面的結晶磁各向異性增高，反磁疇的生成被抑制，整個磁體的 矯頑力都得到有效提高，由此可以使得所述稀土永磁材料主體的表層易退磁的缺陷得到改 善。
[0019] 根據本發明，妒指的是輕稀土金屬元素，即Pr和/或Nd