專利名稱：納米增韌釹鐵硼磁性材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及ー種直接添加納米添加劑生成晶界相的釹鐵硼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是高矯頑カ與高加工性能的納米增韌釹鐵硼磁性材料及制備方法。
背景技術(shù)：
釹鐵硼磁性材料，作為稀土永磁材料發(fā)展的最新結(jié)果，由于其優(yōu)異的磁性能而被稱為“磁王”。釹鐵硼磁性材料是釹、硼、鐵等的合金。又稱磁鋼。釹鐵硼具有極高的磁能積和矯頑力，同時(shí)高能量密度的優(yōu)點(diǎn)使釹鐵硼永磁材料在現(xiàn)代エ業(yè)和電子技術(shù)中獲得了廣泛應(yīng)用，從而使儀器儀表、電聲電機(jī)、磁選磁化等設(shè)備的小型化、輕量化、薄型化成為可能。釹鐵硼中含有大量的稀土元素釹、鐵及硼，其特性硬而脆。不足之處在于居里溫度點(diǎn)低，溫度特性差，且易于粉化腐蝕，因此需要進(jìn)ー步研發(fā)增韌型磁體才能有更廣泛的應(yīng)用前景。目前，國家已經(jīng)把稀土產(chǎn)能從毎年12萬噸壓縮到9萬噸，而且有逐年降低趨勢，因此降低稀土用量尤其是高端磁體的重稀土用量已成為行業(yè)當(dāng)前研究的關(guān)鍵課題，本領(lǐng)域的科研人員一直在致カ于大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)，以便研究出一種無重稀土或者低重稀土制備高性能釹鐵硼的一種新技木。在釹鐵硼生產(chǎn)制造中常規(guī)添加各種參雜元素，比如Al、Cu、Co、重稀土等產(chǎn)品矯頑力上升，但是剩磁下降幅度很大。同時(shí)重稀土價(jià)格高昂，因此從企業(yè)發(fā)展和節(jié)約能源來說，降低重稀土使用同時(shí)提高矯頑カ，制備良好加工性能的釹鐵硼是發(fā)展的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既能將低稀土用量女能增強(qiáng)磁性并延長磁性壽命的納米增韌釹鐵硼磁性材料及制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的納米增韌釹鐵硼磁性材料，它由以下的組份和重量百分比組成Pr-Nd或Nd為30 33%，B為I. 03 I. 08%，Al為O. 005 O. 8%，Cu 為 O. 001 O. 08%，Nb 為 O. 001 O. 08%，Co 為 O. 001 O. 08%，Ga 為 O. 001 O. 08%,
余量為金屬Fe。本發(fā)明還包括如下所述優(yōu)選的組份和重量百分比為Pr_Nd或Nd為30 33%，B為 I. 03 I. 06%，Al 為 O. 005 O. 4%，Cu 為 O. 001 O. 04%，Nb 為 O. 001 O. 04%，Co 為 O. 001 O. 04%，Ga 為 O. 001 O. 05%，余量為金屬 Fe。本發(fā)明還包括在所述的組份和重量百分比基礎(chǔ)上還加入有Mn、Ti、Zr、Ni或/和Mo的ー種或兩種以上任意比例的混合,其占總重量百分比為O. 005 O. 1%。本發(fā)明所述納米增韌釹鐵硼磁性材料的制備方法，其特征是
①先采用SC-HDエ藝制備釹鐵硼主相，其中Pr-Nd或Nd為30-33%，B為I. 03-1. 08%,余量為金屬Fe ;真空為3. OX KT1Pa下熔煉成厚度在O. 25-0. 35mm之間的薄片，該薄片在氫碎爐的反應(yīng)釜內(nèi)常溫吸氫25-4小時(shí)后加熱至550 650°C脫氫6 7小時(shí)，制備出粒度為、60 80目的粗顆粒備用；
②所述的粗顆粒由QLM-400型氣流磨在O.8MPa工作壓カ下磨至平均粒度為3. O
4.Oym的細(xì)粉末；然后，在氬氣保護(hù)氛圍中，采用噴氣式法向細(xì)粉末中復(fù)合添加納米添加齊U，并在混料機(jī)中均勻混合I 3小吋，而實(shí)現(xiàn)納米添加劑均勻吸附于釹鐵硼主相周圍的混合粉末；
③所述混合粉末在2.O 2. 5Τ的取向場中壓制成50 100X50 100X50 IOOmm規(guī)格的生坯，該生坯再經(jīng)冷等靜壓機(jī)使塊體更加致密；經(jīng)冷等 靜壓機(jī)的生坯通過真空燒結(jié)爐在1050-1100°C及5.0X10_3Pa真空度下燒結(jié)，使其中的納米成分相互之間及與釹鐵硼主相之間形成晶界相而成為成品；
所述的納米添加劑包括=Al占制成總量的O. 005 O. 8%，Cu占制成總量的O. 001
O.08%，Nb占制成總量的O. 001 O. 08% ,Co占制成總量的O. 001 O. 08%，Ga占制成總量的 O. 001 O. 08%O本發(fā)明所述的納米添加劑是采用電弧法制備的粒徑為5-80nm的納米材料。所述SC-HD屬本專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域,其中，Strip Castingエ藝(簡稱SCエ藝)通過控制初晶鐵析出的溶解鑄造法，即帶鑄法；HD (Hydrogen decrepition)エ藝是氫瀑碎エ藝。本發(fā)明采用納米添加改性的主體作用是在500-800°時(shí)起到化學(xué)反應(yīng)形成保護(hù)層。主要元素作用
Cr、Fe、Cu粉末和Al粉末與釹鐵硼主相經(jīng)過固相燒結(jié)，在粉末顆粒界面處形成擴(kuò)散反應(yīng)區(qū)域，在擴(kuò)散反應(yīng)區(qū)域中形成了相應(yīng)的Cr4A19、Fe2A15和Cu9A14、CuAl金屬間化合物，金屬間化合物的生成規(guī)律與ニ元擴(kuò)散偶反應(yīng)擴(kuò)散規(guī)律密切相關(guān)。這些化合物起到Co、Cu、Fe、Zr納米粉末與稀土氧化物及釹鐵硼主相界面形成硬化型Sm (Co、Cu、Fe、Zr) z磁體的微結(jié)構(gòu)由菱方結(jié)構(gòu)的2 17晶粒和六方結(jié)構(gòu)的I : 5型的晶界相構(gòu)成[I一 3 ]，對于這類SmCo基磁體，影響其矯頑カ的機(jī)制一般認(rèn)為主要有兩種由于兩相之間疇壁能較大的差值造成的；由于I : 5型晶界相與2 17型晶粒相的磁性參數(shù)不同，當(dāng)溫度高于I : 5型晶界相的居里溫度吋，2 17型晶粒被非磁性狀態(tài)的晶界隔離，因而由形核機(jī)制其矯頑力増加。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明由于采用了納米原料直接包裹吸附于釹鐵硼主相，通過控制晶界成分提高產(chǎn)品矯頑力，同時(shí)剩磁下降很少，材料機(jī)加工性能良好，因此具有廣泛的應(yīng)用空間。2、通過納米材料吸附于釹鐵硼主相界面，從而形成界面相，通過磁場壓制成型與燒結(jié)后，釹鐵硼晶粒難以長大，從而避免了磁疇作用對矯頑力的影響，因此矯頑力大大增カロ。通過我們的實(shí)驗(yàn)分析產(chǎn)品矯頑カ由900 kA · πΓ1分別提高到1085 kA · πΓ1及1488kA · πΓ1，剩磁也有微量増加。同時(shí)由于晶粒成分的均勻性，產(chǎn)品的韌性也大大增加。。3、由于成品中的納米成分相互之間及與釹鐵硼主相之間形成晶界相，避免了晶粒的進(jìn)ー步長大，從而使得產(chǎn)品磁性能大幅度増加。


圖I是本發(fā)明納米添加劑的電子掃描顯微鏡(SEM)形貌 圖2是本發(fā)明吸附納米粉后釹鐵硼粉體的電子掃描顯微鏡(SEM)形貌 圖3是本發(fā)明燒結(jié)后的電子掃描顯微鏡(SEM)形貌圖； 圖4是本發(fā)明成品的磁化特性測試曲線。下面將通過實(shí)例對發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說明，但下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明其中的例子而已，并不代表本發(fā)明所限定的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I至8原料投入量如表一所示
表一實(shí)施例I至8原料投入量(單位kg)
~[實(shí)施例I ,施例2 "!實(shí)施例3「實(shí)施例4 |~|賣施例5 實(shí)施例6 「實(shí)施例7 |賣施例8
Nd 300310320330Pr-Nd 300310320330
B 10.810. 310. 710. 5B10. 510.610.410. 3
Fe 686.4676.4663.4653.4Fe680.96675. 15 664.65 651.8
Mn O. I-O. I0.25Mn0.25--0.03
Ti O. I-O. I0.25Ti0.25O. I-0.03
Zr O. I0.05O. I0.25ZrO. I0.25-
Ni O. I--0.25Ni-0.050.250.04
Mo O. I---Mo0.25
Al 0.50.054.03. 5Al8.03.02. 56. 5
Cu 0.60.80.4O. 5Cu0.010.2O. 70.4
Nb 0.40.80.4O. 3Nb0.010.20.6O. 3
Co 0.40.80.40.4Co0.01O. 5O. IO. 3
Ga
θ. 8
θ. 4[Ga10. Ol|θ· I10. 3Jo. 3
實(shí)施例I :
先采用電弧法分別將Al，Cu，Nb，Co，Ga，Mn，Ti，Zr, Ni，Mo加工成粒徑為40_60nm納米材料；然后將 Nd 合金 300. Okg , B 10. 8kg,金屬 Fe 686. 4kg, Mn O. 1kg, Ti O. 1kg, Zr
O.lkg,Ni 0. lkg,Mo 0. Ikg采用SC-HDエ藝制備釹鐵硼主相，并利用真空為3. OX KT1Pa下熔煉成厚度在O. 25-0. 35_之間的薄片，該薄片在氫碎爐的反應(yīng)釜內(nèi)常溫吸氫2. 5小時(shí)后加熱至550 650°C脫氫6. 5小吋，制備出粒度為60 80目的粗顆粒備用；
將上述粗顆粒由QLM-400型氣流磨在O. 8MPa工作壓カ下磨至平均粒度為3. O
4.Oym的細(xì)粉末；然后，在氬氣保護(hù)氛圍中，采用噴氣式法向細(xì)粉末中復(fù)合添加Al O. 5kg，Cu O. 6kg, Nb O. 4kg, Co O. 4kg, Ga 0. 4kg,并在混料機(jī)中均勻混合2小時(shí),制得納米添加劑均勻吸附于釹鐵硼主相周圍的混合粉末；
上述混合粉末在2. O 2. 5T的取向場中壓制成50X50X50mm規(guī)格的生坯，該生坯再經(jīng)冷等靜壓機(jī)使塊體更加致密；經(jīng)冷等靜壓機(jī)的生坯通過真空燒結(jié)爐在1050-1100°C及
5.OX 10_3Pa真空度下燒結(jié)，使其中的納米成分相互之間及與釹鐵硼主相之間形成晶界相即得成品。與該實(shí)施例相關(guān)物質(zhì)的參數(shù)如下
從圖I的納米混合粉末SEM形貌圖中可以看出，納米原材料粒度為50nm左右，且分布均勻。
從圖2的吸附納米顆粒后釹鐵硼主相SEM形貌圖中可以看出，顆粒粒徑分布大約為O. 5-5μπι之間，釹鐵硼主相表面有明顯的顆粒吸附層。從圖3的燒結(jié)后的釹鐵硼SEM形貌圖中可以看出，產(chǎn)品粒度約為1-6 μ m,晶粒分布較均勻且沒有明顯的晶粒長大現(xiàn)象，空隙較少，因此該產(chǎn)品具有較好的磁性能和機(jī)械性能。如圖4所示，圖中的曲線I為未添加納米添加劑的磁化特性曲線，曲線2、3分別為不同比例納米添加量的磁化特性曲線；由曲線可以看出伴隨著不同的納米添加量，釹鐵硼永磁材料的矯頑カ由未添加時(shí)的900 kA · πΓ1分別提高至Li 1085 kA · πΓ1及1488 kA · πΓ1,剩磁未降低或有微量增加。實(shí)施例2
與實(shí)施例I區(qū)別在于合金薄片在氫碎爐的反應(yīng)釜內(nèi)常溫吸氫2. 5小時(shí)，加熱脫氫6小 時(shí)；均勻混合3小時(shí)；生坯的規(guī)格60 X 60 X 60mm，其他エ藝路線同實(shí)施例1，所投入原料量
參見表一O與該實(shí)施例相關(guān)的物質(zhì)參數(shù)與實(shí)施例I相似，略。實(shí)施例3
與實(shí)施例I區(qū)別在于合金薄片在氫碎爐的反應(yīng)釜內(nèi)常溫吸氫3小時(shí)，加熱脫氫7小時(shí)；均勻混合2小時(shí)；生坯的規(guī)格70 X 70 X 70mm，其他エ藝路線同實(shí)施例1，所投入原料量
參見表一O與該實(shí)施例相關(guān)的物質(zhì)參數(shù)與實(shí)施例I相似，略。實(shí)施例4
與實(shí)施例I區(qū)別在于合金薄片在氫碎爐的反應(yīng)釜內(nèi)常溫吸氫4小時(shí)，加熱脫氫6. 5小時(shí)；均勻混合2. 5小時(shí)生坯的規(guī)格80 X 80 X 80mm，其他エ藝路線同實(shí)施例1，所投入原料量
參見表一O與該實(shí)施例相關(guān)的物質(zhì)參數(shù)與實(shí)施例I相似，略。實(shí)施例5:
與實(shí)施例I區(qū)別在于合金薄片在氫碎爐的反應(yīng)釜內(nèi)常溫吸氫3小時(shí)，加熱脫氫6. 5小時(shí)；均勻混合I小吋，生坯的規(guī)格70 X 70 X 70mm,其他エ藝路線同實(shí)施例I，所投入原料量參
見表一O與該實(shí)施例相關(guān)的物質(zhì)參數(shù)與實(shí)施例I相似，略。實(shí)施例6
與實(shí)施例I區(qū)別在于合金薄片在氫碎爐的反應(yīng)釜內(nèi)常溫吸氫2. 5小時(shí)，加熱脫氫6小時(shí)；均勻混合I. 5小時(shí)，生坯的規(guī)格60X60X60mm，其他エ藝路線同實(shí)施例1，所投入原料量
參見表一O與該實(shí)施例相關(guān)的物質(zhì)參數(shù)與實(shí)施例I相似，略。實(shí)施例7
與實(shí)施例I區(qū)別在于合金薄片在氫碎爐的反應(yīng)釜內(nèi)常溫吸氫4小時(shí)，加熱脫氫7小時(shí)；均勻混合3小時(shí)，生坯的規(guī)格80X80X80mm，其他エ藝路線同實(shí)施例1，所投入原料量參
見表一O與該實(shí)施例相關(guān)的物質(zhì)參數(shù)與實(shí)施例I相似，略。實(shí)施例8 與實(shí)施例I區(qū)別在于合金薄片在氫碎爐的反應(yīng)釜內(nèi)常溫吸氫2. 5小時(shí)，加熱脫氫6. 5小時(shí)；均勻混合2小時(shí)，生坯的規(guī)格IOOX IOOX 100_，其他エ藝路線同實(shí)施例1，所投入原
料量參見表一。與該實(shí)施例相關(guān)的物質(zhì)參數(shù)與實(shí)施例I相似，略。權(quán)利要求
1.ー種納米增韌釹鐵硼磁性材料，它由以下的組份和重量百分比組成Pr-Nd或Nd為 30 33%，B 為 I. 03 I. 08%，Al 為 O. 005 O. 8%，Cu 為 O. 001 O. 08%，Nb 為O.001 O. 08%，Co 為 O. 001 O. 08%，Ga 為 O. 001 O. 08%，余量為金屬 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米增韌釹鐵硼磁性材料，其特征是所述的組份和重量百分比為Pr-Nd 或 Nd 為 30 33%，B 為 I. 03 I. 06%，Al 為 O. 005 O. 4%，Cu 為O.001 O. 04%，Nb 為 O. 001 O. 04%，Co 為 O. 001 O. 04%，Ga 為 O. 001 O. 05%,余量為金屬Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的納米增韌釹鐵硼磁性材料，其特征是在所述的組份和重量百分比基礎(chǔ)上還加入有Mn、Ti、Zr、Ni或/和Mo的ー種或兩種以上任意比例的混合，其占總重量百分比為O. 005 O. 1%。
4.ー種納米增韌釹鐵硼磁性材料的制備方法，其特征是 ①先采用SC-HDエ藝制備釹鐵硼主相，其中Pr-Nd或Nd為30-33%，B為I.03-1. 08%,余量為金屬Fe ;真空為3. OX KT1Pa下熔煉成厚度在O. 25-0. 35mm之間的薄片，該薄片在氫碎爐的反應(yīng)釜內(nèi)常溫吸氫25-4小時(shí)后加熱至550 650°C脫氫6 7小時(shí)，制備出粒度為60 80目的粗顆粒備用； ②所述的粗顆粒由QLM-400型氣流磨在O.8MPa工作壓カ下磨至平均粒度為3. O 4. Oym的細(xì)粉末；然后，在氬氣保護(hù)氛圍中，采用噴氣式法向細(xì)粉末中復(fù)合添加納米添加齊U，并在混料機(jī)中均勻混合I 3小吋，而實(shí)現(xiàn)納米添加劑均勻吸附于釹鐵硼主相周圍的混合粉末； ③所述混合粉末在2.O 2. 5Τ的取向場中壓制成50 100X50 100X50 IOOmm規(guī)格的生坯，該生坯再經(jīng)冷等靜壓機(jī)使塊體更加致密；經(jīng)冷等靜壓機(jī)的生坯通過真空燒結(jié)爐在1050-1100°C及5.0X10_3Pa真空度下燒結(jié)，使其中的納米成分相互之間及與釹鐵硼主相之間形成晶界相而成為成品； 所述的納米添加劑包括=Al占制成總量的O. 005 O. 8%，Cu占制成總量的O. 001 O.08%，Nb占制成總量的O. 001 O. 08% ,Co占制成總量的O. 001 O. 08%，Ga占制成總量的 O. 001 O. 08%O
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米增韌釹鐵硼磁性材料的制備方法，其特征是所述的納米添加劑包括=Al占制成總量的O. 005 O. 4%，Cu占制成總量的O. 001 O. 04%，Nb占制成總量的O. 001 O. 04% ,Co占制成總量的O. 001 O. 04%，Ga占制成總量的O. 001 O.05%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米增韌釹鐵硼磁性材料的制備方法，其特征是在熔煉前的釹鐵硼主相內(nèi)還加入有Mn、Ti、Zr、Ni或/和Mo的ー種或兩種以上任意比例的混合，其占總重量百分比為O. 005 O. 2%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的納米增韌釹鐵硼磁性材料的制備方法，其特征是所述納米添加劑的平均粒徑5-80nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的納米增韌釹鐵硼磁性材料的制備方法，其特征是所述的納米添加劑是采用電弧法制備的粒徑為5-80nm的納米材料。
全文摘要
一種納米增韌釹鐵硼磁性材料及制備方法，其主要機(jī)制是在釹鐵硼主相晶界上形成納米復(fù)合物晶界相，實(shí)現(xiàn)無重稀土摻雜制備高矯頑力M、H檔及添加少量重稀土制備SH檔等稀土永磁材料。其中納米材料采用等離子電弧法制備，粒徑為5-80nm，其主要成分為Al、Cu、Cr、Co、Fe、Zn等金屬元素及各種稀土元素。首先采用SC-HD工藝制備釹鐵硼主相，其稀土含量Pr-Nd經(jīng)熔煉、氫破后，產(chǎn)品粒度由氣流磨磨至3.5μm左右，在氬氣保護(hù)氛圍中，采用噴氣式復(fù)合添加納米添加劑，實(shí)現(xiàn)納米添加劑均勻吸附于釹鐵硼主相。在燒結(jié)過程中，納米粉與主相形成了晶界，大幅度提高了釹鐵硼的矯頑力，同時(shí)由于產(chǎn)品晶體成分均勻，機(jī)械加工性能也得到良好的提升，可以應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。同時(shí)該工藝過程簡單,成本較低,適合于批量化生產(chǎn)。
文檔編號H01F1/057GK102751064SQ201210266800
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者丁球科, 李嘉, 楊延華, 王炳智 申請人:遼寧恒德磁業(yè)有限公司