一种钕铁硼磁体及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种钕铁硼磁体，属于稀土磁材料【技术领域】。所述钕铁硼磁体是由主相合金粉末、重稀土合金粉末及超细粉粉末形成的混合料通过烧结工艺制备而成，所述主相合金粉末的粒度为2-5μm，重稀土合金粉末的粒度为1-2μm，超细粉粉末的粒度为0.1-1.5μm，所述主相合金粉末、重稀土合金粉末与超细粉粉末在混合料中的质量百分比分别为85-99.8％、0.1-10％、0.1-5％。所述重稀土合金为氢化镝及氢化镝铁化合物、氢化钬及氢化钬铁化合物、氢化铽及其化合物中的一种或多种。并提供了该钕铁硼的制备方法。本发明在实现降低10-40％重稀土使用量的同时较大地提高钕铁硼磁体内禀矫顽力且不降低剩磁的功效。
【专利说明】一种钕铁硼磁体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钕铁硼磁体，属于稀土磁材料【技术领域】。 技术背景
[0002] 烧结钕铁硼永磁材料自1983年被发现后，因具有良好的性价比，广泛应用于国际 和国内的新兴发展产业和支柱产业，如计算机硬盘技术、核磁共振成像技术、电动汽车、风 力发电机、工业永磁电机、电子产业、磁悬浮技术、磁传动等高科技领域。随着烧结钕铁硼不 断的开发应用，1985年烧结钕铁硼的全球产量为69吨，到2012年已经增长到83000吨，随 着产量的大幅增长，稀土资源尤其是重稀土资源也在急剧消耗。据不完全统计，中国的稀土 资源在2005年到2010年的5年间我国稀土储量降幅达37%。其中重稀土因为对烧结钕铁 硼耐温性能方面的特殊作用，在烧结钕铁硼中的使用量较大，但重稀土（镝、铽等）在稀土 中的比重极低，此外，镝、铽等重稀土在开采分离过程中易出现一系列环保问题，导致镝、铽 等重稀土的价格高涨。如何既能减少镝、铽等重稀土的使用量，在生产烧结钕铁硼过程中少 使用甚至不使用镝、铽等稀缺资源，又不能保持产品的使用要求，是烧结钕铁硼产业紧迫的 任务。
[0003] 当前的烧结钕铁硼普遍采用氢碎+气流磨工艺，其优点是粉料颗粒均匀、粒度集 中度较好，主相晶粒与富钕相元素相对独立存在。但目前制粉过程中，粒度小于1. 5 μ m的 超细粉一般会被分离出来，我们称之为超细粉。因其富稀土含量高，易氧化，行业一般对其 进行烧毁处理，所占比例一般为〇. 5-1. 5 %。而超细粉中主要成分为富稀土特别是重稀土含 量高的粉料中，析出的重稀土主要在超细粉中。被简单烧毁处理后批量粉料中的稀土总量 会相应的下降。为此，我们需要在配方中多添加这一部分稀土损失，造成配方成本提升以及 资源的浪费。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种高耐温性，低重稀土含 量的钕铁硼磁体。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案实现，一种钕铁硼磁体，所述钕铁硼磁体是由主 相合金粉末、重稀土合金粉末及超细粉粉末形成的混合料通过烧结工艺制备而成，所述 主相合金粉末的粒度为2-5 μ m，重稀土合金粉末的粒度为1-2 μ m，超细粉粉末的粒度为 0. 1-1. 5 μ m,其中所述主相合金粉末、重稀土合金粉末与超细粉粉末在混合料中的质量百 分比分别为 85-99. 8%、0· 1-10%、0· 1-5%。
[0006] 本发明在不添加或少量添加重稀土的主相合金粉末中添加重稀土合金粉末以及 超细粉粉末为突破口，通过选择特定粒度及合适质量百分比的主相合金粉末、重稀土合金 粉末及超细粉粉末混合，通过烧结工艺即可得到高性能的钕铁硼磁体。所述钕铁硼磁体的 主要性能均达到较高水平。且所述重稀土合金粉末及超细粉粉末在混合料中的质量比分别 为0. 1-10%和0. 1-5%，大大提高了重稀土合金的利用率，在提高钕铁硼磁体的性能的同 时降低生产成本。而烧结钕铁硼的主相合金的颗粒越细，越有助于磁体内禀矫顽力的提升， 但因为粉料越细，越容易氧化，因此主相合金的颗粒在2?5 μ m范围时，其内禀矫顽力提升 明显，氧含量的控制相对较容易。重稀土合金主要的目的是在晶界中添加，如果太粗，则无 法融入晶界，太细又容易与主相的Nd等元素发生替换，导致效能降低，超细粉是在气流磨 过程中的特别细的颗粒分离出来后进行回用的部分。因其中含有大量的稀土元素，进行回 用能节约资源，并提高富稀土相在晶界中的均匀分布，从而提高了产品的性能。
[0007] 在上述的钕铁硼磁体，作为优选，所述主相合金包括：镨钕合金：20-33 %，镝 铁合金：〇_1〇 %，铽：〇_1〇 %，钦：〇_1〇 %，硼：〇· 9-1. 2 %，镓：0-0· 5 %，铝：0-0· 8 %，铜： 0-0. 5%，锆：0-0. 5%，钛：0-0. 5%，铌：0-0. 5%，钴：0-5%，其余为铁及不可避免的杂质。 本发明中所述的其他元素系指非稀土元素。
[0008] 在上述的钕铁硼磁体，作为优选，所述重稀土合金为氢化镝及氢化镝铁化合物、氢 化钦及氢化钦铁化合物、氢化铽及氢化铽铁化合物中的一种或多种。
[0009] 进一步优选，所述的重稀土合金为氢化镝及其化合物。由于钕铁硼磁体添加了 镝元素，该钕铁硼磁体的矫顽力He可得到显著提高。因为当镝原子进入主相，会形成 (NcUDylFeJ四方相，而（NcUDylFeJ四方相中尤其是Dy 2Fe14B四方相具有很高的各向 异性，在室温下其各向异性场Hk比Nd2Fe 14B强得多，因此提高了钕铁硼磁体的矫顽力。钕 铁硼磁体的总磁矩、剩磁和最大磁能积随镝含量的增加而减小，故本发明将钕铁硼磁体中 添加适量重稀土合金氢化镝及其化合物，一方面用以提高钕铁硼磁体的内禀矫顽力、另一 方面可改善钕铁硼磁体的温度稳定性。
[0010] 另外，本发明通过选择具有合适质量百分比的钛、锆、镓、铽、钦等元素，这些元素 在烧结时能通过扩散作用进入Nd-Fe-B主相的组织中，部分取代Nd或Fe，改善磁体的显微 组织，从而较全面地改善磁体的耐磨蚀性能及温度稳定性。
[0011] 在上述的钕铁硼磁体，所述超细粉粉末为制粉过程中因粒度较小被单独分离出 来，其主要成分为镨钕及粉料中添加的其他稀土元素。
[0012] 本发明的另一个目的在于提供一种上述钕铁硼磁体的制备方法，所述制备方法包 括以下步骤：
[0013] S1、将重稀土合金进行氢碎，使用气流磨制成粒度为1-2 μ m的粉末，待用；
[0014] S2、按主相合金的配方称取原料并进行熔炼，将熔炼完全后的主相合金浇注成甩 片，将该甩片置于氢碎炉中进行氢碎制成平均粒度为2-5 μ m主相合金粉末；
[0015] S3、取85-99. 8%主相合金粉末、0. 1-10%重稀土合金粉末与0. 1-10%超细粉粉 末进行混配，在含量为99. 99%以上的高纯氮气或惰性气体的保护下进行混合搅拌，搅拌时 间2-10小时；
[0016] S4、将搅拌好的粉末在氮气的保护下放入成型压机模具中加磁场进行取向，取向 后压制成型为生坯，将生坯放入等静压机在l〇〇-250MPa下加压，保压形成坯件；
[0017] S5、将等静压后的坯件在氮气的保护下先剥油，再置于真空烧结炉中依次进行脱 氢、高温烧结、回火，回火后采用氮气风冷至常温出炉得到钕铁硼磁体。
[0018] 本发明将重稀土合金先直接进行氢碎，保证重稀土粉末的均匀细化，并通过气流 磨将其进一步制成至1-2 μ m细粉，同时通过脱氢，将重稀土元素中的氧进行置换，降低氧 含量，进一步发挥重稀土添加物的功效。将主相合金氢碎后制成2-5 μ m细粉后，通过高纯 氮气或氩气保护搅拌机与气流磨后的重稀土合金粉末以及超细粉按照一定比例混合后在 高磁场中成型压制，接着进行烧结与二级回火，出炉后的磁体晶界的富稀土相均匀分布、重 稀土主要分布在晶界相中，而晶界相中重稀土含量的增加能大大提高产品的内禀矫顽力， 同时产品的Br降低较小，并可在降低10-40%重稀土使用量的同时达到高性能高温度系数 的要求。
[0019] 通过上述的工艺后，重稀土合金均匀的扩散到主相合金的晶界相中，极大的提高 钕铁硼磁体的矫顽力。同时该方法中重稀土元素在主相中含量较少，对剩磁的影响较少，从 而提高了钕铁硼磁体的剩磁，而通过低温烧结工艺，超细粉中的稀土可均匀分布在主相晶 粒中间，起着细化晶粒，改善边界结构等作用，实现少量重稀土合金与超细粉复合添加在晶 界相中可较大提高钕铁硼磁体内禀矫顽力同时不降低剩磁的功效。
[0020] 在上述钕铁硼磁体的制备方法中，所述的步骤S2进一步包括如下步骤：将主相合 金在真空度为〇. 2-1. OPa的真空速凝炉中在1350-1550°c的条件下熔炼，采用铸锭或甩带 工艺将熔炼后的主相合金制成甩片，将该甩片置于氢碎炉中，往氢碎炉中通氢气，待甩片完 全吸氢后升温至530_630°C脱氢5_8h，将脱氢后的甩片在氧含量小于200ppm的氮气保护 下放入气流磨中细磨成主相合金粉末，并控制主相合金粉末的平均粒度为2-5 μ m。在该熔 炼温度与真空度下，所述钕铁硼磁体能获得比较好的性能及较高的产率。而在氧含量小于 200ppm的氮气保护下将钕铁硼粉料制成平均粒度为2-5 μ m的粉料，可使钕铁硼粉料与富 稀土合金粉混合时接触面积增大，更容易混合均匀，从而提高钕铁硼粉料的综合利用率。
[0021] 本发明利用金属间化合物的吸氢特性，将主相合金置于氢气环境下，氢气沿富钕 相薄层进入钕铁硼粉料，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂，从而使主相合金变为主 相合金粗粉。并用高压气流将搅拌后的粗粉吹起，通过相互之间的碰撞使力度变小，成为主 相合金粉末。氢碎与气流磨结合使用可将制粉效率提高2-3倍，达到120-500KG/HR。
[0022] 在上述钕铁硼磁体的制备方法中，步骤S3中所述混配时还添加0. 1 %的汽油和 0. 05 %的保护剂进行搅拌，搅拌时间为5h。其中所述的保护剂为现有技术中市售的保护剂。
[0023] 所述的超细粉粉末为制粉过程中被分离出来的粒度为0. 1-1. 5 μ m的粉料。
[0024] 在上述钕铁硼磁体的制备方法中，所述的步骤S4进一步包括如下步骤：将所述搅 拌均匀的粉末在氧含量小于lOOOppm的氮气保护下放入成型压机模具中，加1-10T的磁场 进行取向，取向后压制成型为生坯，生坯退磁并真空封装，将真空封装的生坯放入等静压机 在100-250Mpa下进行等静压处理，保压1-5分钟形成坯件，所述生坯密度为3. 5-4. 5g/cm3， 坯件密度为4. 0-5. Og/cm3。
[0025] 在上述钕铁硼磁体的制备方法中，所述的步骤S5进一步包括如下步骤：将等静压 后的生坯在氮气保护氧含量小于lOOOppm的手套保护箱中剥去真空袋，再放入真空烧结炉 进行烧结，经480-600°C脱氢0. 5-3h后升温至1030°C-110(rC进行高温烧结、高温烧结真空 度必须小于1〇_2帕，然后在850°C _950°C下进行一级回火，一级回火时间为l_3h，然后冷却 至460-630°C进行二级回火2-5h，然后使用高纯氮气风冷至常温出炉。在1030°C-1100°C的 烧结温度和真空度必须小于1〇_ 2帕，所述钕铁硼磁体能获得比较好的性能及较高的产率。
[0026] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明通过在不添加或少量添加重稀土 的主相合金粉末中添加重稀土合金粉末以及超细粉粉末为突破口，并通过特定的制备方 法，实现少量重稀土合金与超细粉复合添加在晶界相中降低10-40%重稀土使用量的同时 较大地提高钕铁硼磁体内禀矫顽力且不降低剩磁的功效。
【具体实施方式】
[0027] 以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并 不限于这些实施例。
[0028] 实施例1
[0029] 生产48H产品：
[0030] 主相合金的成分配比：
[0031]
【权利要求】
1. 一种钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼磁体是由主相合金粉末、重稀土合金粉 末及超细粉粉末形成的混合料通过烧结工艺制备而成，所述主相合金粉末的平均粒度为 2_5 μ m，重稀土合金粉末的平均粒度为1_2 μ m，超细粉粉末的平均粒度为0. 1_1. 2 μ m， 其中所述主相合金粉末、重稀土合金粉末与超细粉粉末在混合料中的质量百分比分别为 85-99. 8%、0· 1-10%、0· 1-5%。
2. 根据权利要求1所述的钕铁硼磁体，其特征在于，所述主相合金包括：镨钕合金： 20-33 %，镝铁合金：0-10 %，铽：0-10 %，钦：0-10 %，硼：0· 9-L 2 %，镓：0-0· 5 %，铝： 0-0. 8 %，铜：0-0. 5 %，锆：0-0. 5 %，钛：0-0. 5 %，铌：0-0. 5 %，钴：0-5 %，其余为铁及不可 避免的杂质。
3. 根据权利要求1所述的钕铁硼磁体，其特征在于，所述重稀土合金为氢化镝及氢化 镝铁化合物、氢化钦及氢化钦铁化合物、氢化铽及氢化铽铁化合物中的一种或多种。
4. 一种如权利要求1所述钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以 下步骤： 51、 将重稀土合金进行氢碎，使用气流磨制成粒度为1-2μπι的粉末，待用； 52、 按主相合金的配方称取原料并进行熔炼，将熔炼完全后的主相合金浇注成甩片，将 该甩片置于氢碎炉中进行氢碎制成平均粒度为2-5 μ m主相合金粉末； 53、 取85-99. 8%主相合金粉末、0. 1-10%重稀土合金粉末与0. 1-10%超细粉粉末进 行混配，在含量为99. 99%以上的高纯氮气或惰性气体的保护下进行混合搅拌，搅拌时间 2-10小时； 54、 将搅拌好的粉末在氮气的保护下放入成型压机模具中加磁场进行取向，取向后压 制成型为生坯，将生坯放入等静压机在l〇〇-250MPa下加压，保压形成坯件； 55、 将等静压后的坯件在氮气的保护下先剥油，再置于真空烧结炉中依次进行脱氢、高 温烧结、回火，回火后采用氮气风冷至常温出炉得到钕铁硼磁体。
5. 根据权利要求4所述钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述的步骤S2进一步包 括如下步骤：将主相合金在真空度为〇. 2-1. OPa的真空速凝炉中在1350-1550°C的条件下 熔炼，采用铸锭或甩带工艺将熔炼后的主相合金制成甩片，将该甩片置于氢碎炉中，往氢碎 炉中通氢气，待甩片完全吸氢后升温至530-630°C脱氢5-8h，将脱氢后的甩片在氧含量小 于200ppm的氮气保护下放入气流磨中细磨成主相合金粉末，并控制主相合金粉末的平均 粒度为2-5 μ m。
6. 根据权利要求4所述钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述混配时还 添加0. 1 %的汽油和0. 05%的保护剂进行搅拌，搅拌时间为5h。
7. 根据权利要求4所述钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述的步骤S4进一步包 括如下步骤：将所述搅拌均匀的粉末在氧含量小于lOOOppm的氮气保护下放入成型压机模 具中，加1-10T的磁场进行取向，取向后压制成型为生坯，生坯退磁并真空封装，将真空封 装的生坯放入等静压机在100-250Mpa下进行等静压处理，保压1-5分钟形成坯件，所述生 坯密度为3. 5-4. 5g/cm3,坯件密度为4. 0-5. Og/cm3。
8. 根据权利要求4所述钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述的步骤S5进一步包 括如下步骤：将等静压后的生坯在氮气保护氧含量小于lOOOppm的手套保护箱中剥去真空 袋，再放入真空烧结炉进行烧结，经480-600°C脱氢0. 5-3h后升温至1030°C-110(rC进行高 温烧结、高温烧结真空度必须小于1〇_2帕，然后在850°c -950°c下进行一级回火，一级回火 时间为l_3h，然后冷却至460-630°C进行二级回火2-5h，然后使用高纯氮气风冷至常温出 炉。
【文档编号】H01F1/057GK104064346SQ201410240539
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】赵红良, 范逢春, 张子祥 申请人:宁波同创强磁材料有限公司