专利名称：：抗冲击铁基稀土永磁体及其制备方法
技术领域：
：本发明属于稀土永磁材料的制造领域，特别适用于抗冲击铁基稀土永磁材料的制备。
背景技术：
：稀土永磁材料作为重要的金属功能材料，在航天航海、信息电子、能源、交通、通讯、医疗卫生等众多领域有着广泛的应用。事实上，产业界对Nd-Fe-B永磁材料的改进一直没有停止，例如，中国专利申请92100958.5(申请日1992.01.31)公开了一种"稀土类-铁-硼系各向异性磁体"，是一种磁各向异性优异，并且矫顽力的温度系数小的R-Fe-B系数体。它由氢气处理过的R-Fe-B系永磁体粉末制成，其组分按原子百分比为R:10-20%,B:3-20%,Ti、V、Nb、Ta、Al和Si中的一种或两种以上元素，其总量为0.001-5.0%,其余为Fe及不可避免的杂质组成，且有平均粒径为0.05-2(^im的结晶粒的集合结构，单个结晶粒的最大粒径/最小粒径<2的晶粒，在结构中占全部晶粒体积的50%以上，由此构成R-Fe-B各向异性》兹体。在制造方法方面，例如中国发明专利ZL02158707.8(申请日2002.12.26)公开了一种"含微量氧的R-Fe-B系烧结磁体及其制造方法"，是在制造过程中采用惰性气氛(包括N2气氛)保护下的无氧工艺(ZHOFP)技术，磁体中的氧含量控制在100~1200ppm范围得到具有优异均一性的高品质烧结R-Fe-B磁体，气流磨分级之后，2um以下的超细粉可直接用于制作高品质R—Fe-B磁体。但是稀土永磁材料的强韧性很差，这已成为其致命弱点。金属间化合物R2F^B属于正方晶体结构，其自身滑移系较少，再加上构成材^牛永磁性能必不可少的富钕相的包覆，一般R2FewB和富钕相的比例约为(重量比)98:2~93:7。富钕相结构比较复杂，由于材料是液相烧结材料，烧结过程中富钕相构成液相促进烧结的进行。在烧结磁体中富钕相一般有两种分布形态(1)在晶粒边界处呈l1.5nm厚的薄层状；(2)在晶界角隅处团聚，直径一般小于2微米。因此薄壳状富钕相与主相结合较弱，从而构成了晶界弱化，这使得材料以沿晶断裂为主，构成了典型的脆性断裂。烧结Nd-Fe-B永磁材料表现为低的抗冲击性。这使得稀土永磁材料很难加工，增加了材料的加工成本，降低材料的加工精度；同时，抗沖击性能差，也使得材料在生产、加工、运输、装配等过程中容易掉边掉角，甚至断裂；低的抗冲击振动能力，影响材料在使用过程中的稳定性和安全性。总之，强韧性差不仅增加了稀土永磁材料的生产成本，而且严重制约材料应用范围的进一步扩大。
发明内容本发明的目的在于提供一种抗沖击铁基稀土永i兹体。本发明的另一目的在于提供一种上述抗沖击铁基稀土永磁体的制备方法。为了实现上述目的，本发明是这样实现的一种抗沖击铁基稀土永磁体，它包括高刚性的Nd2Fe14B,该永磁体的化学成分按原子百分比为Nd18-25，Re0.5-1.5,TM65-73，M0.1-1,B5-6,其中Re为选自Dy、Tb的稀土元素，TM为选自Fe、Co的过渡族元素，M为选自Nb、Cu、Ti的微量添加元素，其余为不可避免的孩吏量杂质；其中，该永J兹体还包括高塑性的富稀土析出物。高塑性的富稀土析出物为富钕相。R2FewB和富钕相的体积比例约为90:10~80:20。永磁体的室温断裂韧性范围为6-8.5MPa.nT1/2，抗弯强度范围为360~420MPa,最大磁性能不低于23MGOe。一种抗冲击铁基稀土永磁体的粉末烧结制备方法，包括配料、冶炼、快淬得到速凝带，将该速凝带破碎，该永磁体由Nd2FewB和富钕相复合而成，稀土7Jc磁体的化学成分按重量百分比为Nd18-25,Re0.5-1.5,TM65-73，M0.1~l，B5-6,其中Re为选自Dy、Tb的稀土元素，TM为选自Fe、Co的过渡族元素，M为选自Nb、Cu、Ti的孩吏量添加元素，其余为不可避免的微量杂质；该方法还包括如下步骤A.对破碎的速凝片粉末进行吸/脱氬处理；B.在取向磁场中对粉末进行成型；C.采用正压烧结；D.通过回火调整/f兹体两相分布。速凝片粉末的粒度为3.2~4.5|nm。脱氢步骤的脱氢温度为550~650°C，脱氢压力为2x10—3Pa。磁场中对粉末进行成型步骤之后，还包括对磁体进行等静压，压力为200MPa。烧结步骤的烧结温度为10001200。C时，时间为60~120分钟，保持氩气压力为0.2MPa。回火步骤为在850-95(TC保温60~120分钟后对样品淬火，然后在560~650。C保温120分钟后进行淬火处理。速凝片粉末中还加入低熔点液相粉末，低熔点液相粉末与速凝片粉末比例约为0.1-0.7:99.3-99.9，该低熔点液相粉末为富稀土化合物或稀土氢化物。所述低熔点液相粉末为DyHx、(Dy，Nd)Hx中的至少一种，其中X约为2。一种抗冲击铁基稀土永》兹体的放电烧结制备方法，包括配料、冶炼、快淬得到速凝带，将该速凝带破碎，该永磁体由Nd2FewB和富钕相复合而成，稀土永f兹体的化学成分按重量百分比为Nd18-25，Re0.5-1.5,Fe65-73，M0.1~l,B5-6，其中Re为选自Dy、Tb的稀土元素，TM为选自Fe、Co的过渡族元素，M为选自Nb、Cu、Ti的《鼓量添加元素，其余为不可避免的微量杂质；该方法还包括如下步骤A.先将磁粉取向，取向场1.5-2.5T;然后下压，压强控制在为100~250MPa，同时通以大电流；B.使》兹体温度升至550~900°C,将磁体压至全密度，在热压过程完成后使用高压氩气对磁体进行快速冷却；C.对烧结完的样品进行回火。热压过程在保护气氛下进行。所述回火步骤为在850~950。C保温60~120分钟并对样品淬火，700~750。C保温60~120分钟并对样品进行水淬处理，然后在560~650°C保温120分钟后淬火。综上所述，本发明的关键在于通过改进成分，提高磁体中塑形象所占比例。利用烧结火热压工艺制备全密度磁体，同时配以最优的回火工艺，增强主相和晶界相之间的结合强度。通过增加磁体中塑形相所占比例，并增强主相晶粒与塑性富稀土相结合强度的办法，制备出抗沖击铁基稀土永》兹材料。在保持较高磁性能的前提下，大幅度提高磁体的抗冲击震动性能。具体而言，本发明在成分和制造方法两方面进行了如下改进关于成分改进商业烧结(Nd,R)-Fe-B的抗弯强度一般在220~300MPa，断裂韧性在4.5士0.5MPa.Nf1/2，冲击韧性约为3.5kJ/m2,抗沖击性能较低。对于脆性材料来讲，在很多情况下，其破坏是受到了一个冲击作用，因此提高烧结磁体强韧性首要的是要提高磁体的抗冲击性能。可加工永磁体通常包括三种1)FeCrCo-类型，该类磁体磁性能尤其是矫顽力很低；2)PtCo-类型，该类磁体的价格是其致命缺点；3)粘结磁体，该类磁体的磁性能很低，通常是同类烧结磁体性能的50%。本发明制备的永磁体要实现其抗冲击性能要比商业磁体有显著提高，力学性能的提高将有效的减少磁体在加工和使用过程中的破坏，大大提高磁体的可加工性能和可靠性。综上所述，根据上述目的所提出的解决方案是，利用磁体冲击破坏中伴随塑性变形过程来提高磁体强度和断裂韧性。因为在塑性变形过程中，磁体吸收的能量要高得多。磁体中塑性相主要是富钕相，塑性相在磁体破坏过程中发生塑性变形，从而达到吸收能量和减少应力集中的目的，从而提高磁体强度和断裂韧性。通过提高磁体中塑性相的比例以及主相和可塑性相的内应力增强效应，可以有效提高；兹体在破坏之前吸收的能量，进而大大提高磁体的抗冲击性能，制备出兼具高磁性能和抗沖击性的稀土永磁材料。抗冲击1失基稀土永磁体的化学成份(原子％):(NdHRe)18—^FeTM^-nMo.,—2B5—6，其中HRe代表重稀土，TM代表过渡族元素，M代表其他微量添加元素，其余是由于原料纯度所带来的微量杂质。现有技术中Nd2FewB和富钕相的重量比例约为98:2~93:7，本发明中的Nd2Fe14B主相和富钕相的体积比例约为90:10-80:20。制备方法改进本发明提供了粉末烧结和放电烧结两种制备方法。抗冲击铁基稀土永磁体采用粉末烧结的制备方法，具体制备工艺是上述的抗冲击铁基稀土永磁粉成分配制后，于真空感应炉中在氩气保护下进行熔炼。采用速凝工艺将合金制成速凝片。本发明中采用速凝片与普通铸锭相比可以提高合金铸锭的冷却速度，细化铸锭的微观组织。为最终石兹体获得主相和富钕相均匀、细小的微观组织创造前提条件。然后进行氢破碎，在制粉过程中掺入少量低熔点液相。抗沖击铁基稀土永磁体的粉末烧结制备工艺是1、按照成分比例进行配比，利用感应炉对合金成分进行冶炼。冶炼完成后将钢液注入水冷铜模内冷却，或者对钢液进行速凝处理，制备成速凝片，滚速为1~5m/s。2、对合金铸锭进行吸氬处理，将铸锭放入封闭容器并抽真空至2x10—^a。通入H2至1.5xl05Pa，》兹粉吸氪破碎。-皮碎完成后对磁粉进行脱氢处理，脱氬温度为550~650°C，脱氢压力为2x10—3Pa。3、取脱氢后的合金粉进行气流磨，气体为高纯氮气或氩气，气流磨过程的温度为20°C~40°C。合金粉中掺入少量防氧化剂(防氧化剂主要成分为十六酸曱酯和曱苯)以增加磨粉效率，防止磁粉再次融合和对磁粉进行保护，防氧化剂占磁粉的比例约为(重量％)0.1-0.2%。然后，将低熔点液相(富稀土化合物或稀土氪化物)以一定比例掺入一同进行磨粉，低熔点液相主要包括DyHx、(Dy，Nd)Hx,均以粉末形态在制粉过程中与合金铸锭进行混合。PrHx其熔点为931°C，(Pr,Nd)Hx的熔点随着Nd含量增加而增加，范围为931°C~IOI(TC。低熔点液相与主相比例约为0.5:99.5。将磁粉粒度调整至3.2~4.5mm。4、在氮气或氩气保护下进行称量，在取向场为1.5-5T的磁场中成型。5、将》兹体进行等静压，压力为200MPa。6、将经过等静压的样品放入烧结炉，烧结温度为1010°C~1120°C,烧结时间为60~120分钟。烧结采用正压烧结，达到烧结温度后冲入氩气，保持氩气压力为0.2Mpa，烧结后对样品进行淬火处理至室温。7、对烧结完的样品进行回火，在850-950。C保温60-120分钟并对样品淬火，然后在560~650。C保温120分钟后淬火。抗冲击铁基稀土永磁体亦可采用放电烧结的制备方法，具体制备工艺是1、按照成分比例进行配比，利用感应炉对合金成分进行冶炼。冶炼完成后将钢液注入水冷铜模内冷却，或者对钢液进行速凝处理，制备成速凝片，滚速为l~5m/s。2、首先粗破碎合金粉，然后进行气流磨，气体为高纯氮气或氩气。气流磨过程的温度为20°C~40°C,防氧化剂占磁粉的比例约为(重量％)千分之一，防氧化剂为十六酸曱酯或曱苯。将低熔点液相(富稀土化合物或稀土氢化物)以一定比例掺入一起进行磨粉。低熔点液相主要包括DyHx、(Dy,Nd)Hx，均以粉末形态在制粉过程中与合金铸锭进行混合。PrHx其熔点为93TC,(Dy，Nd)Hx的熔点随着Nd含量增加而增加，范围为93rC~1010°C。低熔点液相与主相比例约为0.5:99.5。将磁粉粒度调整至3.2~4.5pm。3、将快淬粉放入模具，加热方式采用放电加热的办法。4、首先将磁体取向，取向场1.5~2.5T。然后下压，压强控制在为100~250MPa,同时通以大电流，使磁体温度升至700~900°C,将磁体压至全密度。在热压过程完成后使用高压氩气对磁体进行快速冷却，该过程全部是在惰性气体保护下或真空中进行的。5、对烧结完的样品进行回火，在850950。C保温60120分钟并对样品淬火，然后在560~65(TC保温120分钟后淬火。本发明为提高永^兹体的强韧性，通过引入塑性较好的Nd,有效增加磁体在破坏之前发生的塑性变形，同时增加断裂界面能，从而有效的增加了磁体的临界应变能释放率。在一定程度上克服了主相硬度高，脆性大的缺点，增加了磁体的强韧性。添加铜增加液相可流动性，铜以单质形式，在合金配料阶段加入，也其它原料一起熔炼形成合金。铜可以和金属钕形成低熔点液相，在烧结过程中低熔点液相会促进磁体收缩，提高主相颗粒之间的润湿程度，进而增强主相颗粒之间的结合强度，从而增加磁体的力学强度。在制粉过程中加入^f氐熔点液相或以其氬化物形式加入，液相含有丰支高的稀土含量。在制粉过程中加入少量的防氧化剂，主要成分为曱苯和十六酸甲酯的混合物，然后进行称粉、压型，取向场为2-3T，再对样品进行压力为20MPa等静压处理。将等静压完的样品进行装炉烧结，在300。C、800°C对样品进行脱气处理，真空度达到2x10—3时升温，烧结温度为1010°C~U25。C，烧结时间为60-120分钟。烧结过程采用正压烧结压力为0.2Mpa，当温度降至室温后，对样品进行回火，回火为二级回火，包括850~95(TC保温60~120分钟并对样品淬火，700~750。C保温60~120分钟并对样品进行水淬处理，最后在50065(TC保温120分钟后淬火。热处理完成后对样品进行机械加工，最后在磁场下对样品充^兹到饱和。与现有技术相比，本发明的有益效果在于抗沖击铁基稀土永磁材料较商业磁体拥有较高的抗冲击、振动性能，可以抵御沖击对磁体磁性能稳定性的要求。能够承受更高的加速度冲击作用，特别适合于某些对材料抗冲击性能要求较高的特殊场合，同时拥有优异的磁性能。由于在稀土永磁合金大量引入塑性相，从而提高了磁体的强韧性，同时具有优异的内禀磁性能和具有很高的矫顽力。具体实施方式表1为本发明的抗冲击铁基稀土永磁体的合金的具体化学成分;表2、3和4为本发明抗冲击铁基稀土永磁体的制备工艺；表5为本发明实施例的各项性能与现有技术性能对比表；表6为落锤法对常用磁体的磁性能和抗冲击性能的对比，其中样品的尺寸为<D10x4mm2;表7为本发明永磁体与FeCrCo可加工永磁磁性能的比较。表1:本发明实施例的抗冲击铁基稀土永磁材料化学成分(原子％)<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表2:本发明实施例抗冲击铁基稀土永磁材料制备工艺<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表3:本发明实施例抗沖击(Nd,R)-Fe-B稀土永^兹体热压制备工艺<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表4:本发明实施例抗冲击铁基稀土永J兹材料制备工艺<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表5:本发明实施例抗沖击铁基稀土永;兹体与现有技术的性能对比<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>注在实施例中，1(1)+3(1)指表1中成分与表3中工艺相结合，其余依次类推。表6:常用磁体与抗冲击铁基稀土永磁材料磁性能和抗冲击性能的对比<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>权利要求1、一种抗冲击铁基稀土永磁体，它包括高刚性的Nd2Fe14B，其特征在于该永磁体的化学成分按原子百分比为Nd18-25，Re0.5-1.5，TM65-73，M0.1-1，B5-6，其中Re为选自Dy、Tb的稀土元素，TM为选自Fe、Co的过渡族元素，M为选自Nb、Cu、Ti的微量添加元素，其余为不可避免的微量杂质；其中，该永磁体还包括高塑性的富稀土析出物。2、如权利要求l所述的抗沖击铁基稀土永磁体，其特征在于所述高塑性的富稀土析出物为富钕相。3、如权利要求2所述的抗沖击铁基稀土永磁体，其特征在于所述R2Fe!4B和富钕相的体积比例约为90:10-80:20。4、如权利要求1所述的抗冲击铁基稀土永磁体，其特征在于所述永磁体的室温断裂韧性范围为6-8.5MPa'111_1/2，抗弯强度范围为360~420MPa，最大磁性能不低于23MGOe。5、一种抗沖击铁基稀土永》兹体的粉末烧结制备方法，包括配料、冶炼、快淬得到速凝带，将该速凝带破碎，其特征在于该7Jc磁体由Nd2Fe14B和富钕相复合而成，稀土永磁体的化学成分按重量百分比为Nd18-25,Re0.5-1.5，TM65-73,M0.1~l，B5-6,其中Re为选自Dy、Tb的稀土元素，TM为选自Fe、Co的过渡族元素，M为选自Nb、Cu、Ti的微量添加元素，其余为不可避免的微量杂质；该方法还包括如下步骤A.对破碎的速凝片粉末进行吸/脱氢处理；B.在取向磁场中对粉末进行成型；C.采用正压烧结；D.通过回火调整磁体两相分布。6、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述速凝片粉末的粒度为3.2-4.5Mm。7、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述脱氢步骤的脱氢温度为550~650°C，脱氢压力为2xl(T3Pa。8、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述磁场中对粉末进行成型步骤之后，还包括对磁体进行等静压，压力为200MPa。9、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述烧结步骤的烧结温度为1000~120(TC时，时间为60-120分钟，保持氩气压力为0.2MPa。10、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述回火步骤为在850~950。C保温60~120分钟后对样品淬火，然后在560~650。C保温120分钟后进行淬火处理。11、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述速凝片粉末中还加入低熔点液相粉末，低熔点液相粉末与速凝片粉末比例约为0.1-0.7:99.3-99.9，该j氐熔点液相4分末为富稀土化合物或稀土氢化物。12、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述低熔点液相粉末为DyHx、(Dy，Nd)Hx中的至少一种，其中X约为2。13、一种抗冲击铁基稀土永磁体的放电烧结制备方法，包括配料、冶炼、快淬得到速凝带，将该速凝带破碎，其特征在于该永磁体由Nd2Fe14B和富钕相复合而成，稀土永》兹体的化学成分按重量百分比为Nd18-25,Re0.5-1.5,Fe65-73，M0.1~l,B5-6,其中Re为选自Dy、Tb的稀土元素，TM为选自Fe、Co的过渡族元素，M为选自Nb、Cu、Ti的微量添加元素，其余为不可避免的微量杂质；该方法还包括如下步骤A.先将磁粉取向，取向场1.5-2.5T;然后下压，压强控制在为100~250MPa,同时通以大电流；B.使磁体温度升至550卯(TC，将磁体压至全密度，在热压过程完成后使用高压氩气对磁体进行快速冷却；C.对烧结完的样品进行回火。14、根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于所述热压过程在保护气氛下进行。15、根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于所述回火步骤为在850~950。C保温60~120分钟并对样品淬火，700~750。C保温60~120分钟并对样品进行水淬处理，然后在56065(TC保温120分钟后淬火。全文摘要本发明为一种抗冲击铁基稀土永磁材料及其制备方法，其化学成分(at％)为Nd18-25，Re0.5-1.5，TM65-73，M0.1-1，B5-6，其中Re为选自Dy、Tb的稀土元素，TM为选自Fe、Co的过渡族元素，M为选自Nb、Cu、Ti的微量添加元素。制备方法是增加低硬度、高塑性的Nd在磁体中所占比例，来提高磁体的临界应变能释放率来增加磁体的强韧性和抗冲击性能。相对于FeCrCo可加工磁体，本发明得到的磁体更具有磁性能的优势，同时兼有较高的可加工性能和抗冲击性能，从而降低了磁体的加工成本。文档编号H01F1/057GK101154489SQ20071012120公开日2008年4月2日申请日期2007年8月31日优先权日2007年8月31日发明者朱明刚,卫李,王会杰,郭朝晖申请人:钢铁研究总院