本發(fā)明屬于稀土永磁材料領域，特別涉及一種晶界改性制備高性能y基稀土永磁體的方法。
背景技術：
稀土釹鐵硼永磁材料開發(fā)于二十世紀八十年代初，因其具有極高矯頑力和最大磁能積，綜合性能優(yōu)良而被稱為“磁王”。自問世以來，在儀器儀表、微波通信、風力發(fā)電、電動汽車、電子信息等國民經(jīng)濟的各個行業(yè)得到廣泛應用。隨著人類社會的快速發(fā)展，2016年全球釹鐵硼永磁體的年產(chǎn)量已達到約15萬噸，并且呈現(xiàn)出強勁的增長趨勢。由于釹鐵硼永磁體中含有30wt.％左右的稀土元素，因此，隨著釹鐵硼永磁體產(chǎn)量的不斷增長，稀土元素的消耗也逐年加劇。
截止目前，制備釹鐵硼永磁體仍大量使用輕稀土元素nd、pr和重稀土元素dy、tb等。一方面，由于輕稀土元素nd、pr和重稀土元素dy、tb等的價格高昂，導致釹鐵硼磁體的價格居高不下；另一方面，稀土元素在地殼中的含量排列依次為ce、y、la、nd、pr、sm、gd、dy、tb…，而稀土永磁體的大量使用使得pr、nd、dy、tb迅速消耗，造成了高豐度稀土la、ce、y大量積壓，導致稀土資源利用不均衡。因此，如何充分利用高豐度稀土元素la、ce和y制備高性能稀土永磁體，受到稀土永磁界的高度關注。
在高豐度稀土元素形成的2:14:1相中，y2fe14b具有最高的內(nèi)稟磁性能(ha＝26koe，4πms＝14.1kg，tc＝565k)，并且y元素的價格相對較低。因此以y元素制備高豐度稀土永磁材料，具有廣闊的應用前景。專利文獻cn201611108740.2在nd-ce-fe-b磁體的基礎上以y元素替代ce元素，得到高豐度稀土(ce+y)占稀土總量50wt.％，矯頑力hcj＝9.7koe，最大磁能積(bh)m＞29mgoe的高豐度稀土永磁體。同時對其溫度穩(wěn)定性進行研究，得到α＝-0.1516％℃，β＝-0.5145％℃，其溫度穩(wěn)定性遠高于ce基磁體。對磁體微結構研究發(fā)現(xiàn)，在含y磁體中存在元素偏聚現(xiàn)象，并在主相晶粒中形成核殼結構，即y元素主要聚集在磁體主相晶粒的核心區(qū)域，nd和ce元素主要集中在主相晶粒的殼層區(qū)域及晶界相中。這種結構類似于近幾年在nd-fe-b領域關注度比較高的晶界擴散形成的殼層結構，具有高磁晶各向異性場的nd元素聚集在主相晶粒外層，提高主相晶粒的各向異性場。
然而，采用添加y的方式在主相晶粒中直接形成的殼層結構中，ndpr元素在殼層和核心含量的差別只有1wt.％左右，對主相晶粒磁晶各向異性的提高作用有限。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種y基稀土永磁體的制備方法，利用該方法得到的y基稀土永磁體可以在兼顧良好的剩磁和最大磁能積的同時，提高矯頑力，實現(xiàn)高性能。
本發(fā)明采用在y基稀土永磁體中晶界添加一定含量的re-cu-ga納米合金，re為nd或/和pr，在燒結回火過程中使nd或/和pr元素偏聚在磁體主相晶粒表層，提高主相晶粒表層處nd或/和pr元素的濃度，以增強主相晶粒表層處的磁晶各向異性場，從而阻止反磁化過程中反轉(zhuǎn)疇在主相晶粒表層的形成。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當納米晶界合金粉質(zhì)量占總質(zhì)量的0.1～10wt.％時，能夠在兼顧良好的剩磁和最大磁能積的同時，提高矯頑力，獲得高性能的y基稀土永磁體。
即，本發(fā)明的技術方案為：一種晶界改性制備高性能y基稀土永磁體的方法，其特征是：將納米晶界合金粉末與y基合金粉末均勻混合，得到混合粉末，其中納米晶界合金粉末質(zhì)量占混合粉末總質(zhì)量的0.1～10wt.％；然后，利用磁場壓機，將混合粉在磁場下取向成型，隨后冷等靜壓制成生坯；將生坯置于真空燒結爐中進行燒結處理，獲得燒結磁體；
所述y基合金粉末的組成為reαyβbγmxfe100-α-β-γ-x，其中，y為必須存在的稀土元素；
re為稀土元素，包括la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu和sc等中的一種或幾種元素；
m為添加元素，選自co、cu、nb、ti、zn、ga、al、zr、sn、sb、ta和w等中的一種或幾種元素；
α、β、γ、x、y為各元素的重量百分含量，0≤α＜33.5，0＜β≤33.5，28.5≤α+β≤33.5，0.85≤γ≤1.1，0≤x≤2；
所述的納米晶界合金粉末的組成為re100-m-ncumgan，其中：re為nd或/和pr；
m和n為cu和ga的原子百分含量，0＜m≤30，0≤n≤20。
作為優(yōu)選，所述的y基合金粉末的粒徑為2μm～5μm。
作為優(yōu)選，所述的納米晶界合金粉末的粒徑為30nm～85nm。
作為優(yōu)選，所述的混合粉末在三維混料機中混合4～6h，使粉末充分均勻混合；
作為優(yōu)選，所述的混合粉末中，納米晶界合金粉質(zhì)量占混合粉末總質(zhì)量的0.5～6wt.％，進一步優(yōu)選占5wt.％。
作為優(yōu)選，在100～200mpa壓力下冷等靜壓制成生坯；
作為優(yōu)選，在1.5t磁場下取向成型；
作為優(yōu)選，燒結處理過程包括：在真空度1.0～3.0×10-3pa下850～1020℃燒結2～4h；隨后在850～950℃下一級回火2～6h，在400～800℃二級回火2～6h，最終獲得燒結磁體。
作為一種實現(xiàn)方式，所述的y基合金粉末的制備方法包括如下步驟(1)、(2)、(3)：
(1)按照y基稀土永磁體的組成將所需各原料配好，用速凝甩片真空感應熔煉爐在氬氣保護下加熱熔融為合金液，然后澆注到旋轉(zhuǎn)銅輥上，獲得y基速凝合金薄片；
作為優(yōu)選，所述的合金液在1300℃～1400℃澆注到旋轉(zhuǎn)銅輥上；
作為優(yōu)選，所述的旋轉(zhuǎn)銅輥的轉(zhuǎn)速為0.5m/s～1.5m/s；
作為優(yōu)選，所述的y基速凝合金薄片的厚度為0.1mm～0.5mm；
(2)利用氫破爐，在氫氣壓下吸氫，隨后脫氫，將y基速凝合金薄片破碎成200μm～1000μm的y基合金顆粒；
作為優(yōu)選，在0.2mpa～0.25mpa氫氣壓下吸氫；
作為優(yōu)選，在580℃下脫氫；
(3)將y基合金顆粒經(jīng)過氣流磨破碎成y基合金粉末；
作為優(yōu)選，氣流磨工藝為：氮氣壓力0.5mpa～0.8mpa，分選輪轉(zhuǎn)速60hz～90hz；
作為一種實現(xiàn)方式，所述的納米晶界合金粉末的制備方法包括如下步驟(a)、(b)、(c)：
(a)按照如下晶界合金組成將所需各原料配好，用真空感應熔煉爐在氬氣保護下加熱熔煉，然后冷凝成合金鑄錠；
作為優(yōu)選，用真空感應熔煉爐在氬氣保護下反復加熱熔煉多次，以保證合金鑄錠組織均勻；
(b)將合金鑄錠粗破碎成合金顆粒；利用氫破爐，在氫氣壓下吸氫，隨后脫氫，獲得直徑200μm～1000μm的晶界合金顆粒；
作為優(yōu)選，合金顆粒直徑為1mm～5mm；
作為優(yōu)選，在0.2～0.25mpa氫氣壓下吸氫；
作為優(yōu)選，在580～650℃下脫氫；
(c)將晶界合金顆粒高能球磨處理，獲得納米晶界合金粉末；
作為優(yōu)選，高能球磨處理為：以球料比10:100置于球磨罐中，并用乙醇密封，在三維撞擊球磨機中高能球磨6～10h，隨后將球磨得到的乙醇合金懸濁液置于試管中在高速離心機中離心處理，將得到的沉淀物在手套箱中干燥。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明在燒結制備y基稀土永磁體的過程中晶界添加
re-cu-ga納米合金，同時通過控制re-cu-ga的添加量，實現(xiàn)了在基本保持剩磁和最大磁能積的同時，提高矯頑力的技術目的，從而獲得了高性能的y基稀土永磁體。
具體實施方式
以下結合實施例對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
實施例1：
(1)y基磁體的組成為[nd0.5(ce0.35y0.15)]30.5al0.1cu0.1fe68.3b1(wt.％)，按照該組成將所需各合金原料配好，進行打磨，去除氧化物雜質(zhì)；用速凝甩片真空感應熔煉爐在氬氣保護下將合金原料加熱熔融并精煉成熔融合金液；在1360℃時澆注到轉(zhuǎn)速為1.0m/s的旋轉(zhuǎn)銅輥上，獲得厚度為0.1mm～0.3mm的y基速凝合金薄片；
(2)利用氫破爐，在0.2mpa～0.25mpa氫氣壓下吸氫，隨后在580℃下脫氫，將y基速凝合金薄片破碎成200μm～1000μm的y基合金顆粒；
(3)將步驟(2)得到的y基合金顆粒進一步經(jīng)過氣流磨破碎成平均粒徑2.2μm的y基合金粉末，氣流磨工藝為：氮氣壓力0.6mpa，分選輪轉(zhuǎn)速85hz；
(4)晶界合金的組成為pr70cu25ga5(at.％)，按照該晶界合金組成將所需各原料配好，用真空感應熔煉爐在氬氣保護下加熱融化，直接冷凝成合金鑄錠，并反復加熱熔煉六次，以保證合金鑄錠組織均勻；
(5)將合金鑄錠表面的氧化皮打磨干凈，粗破碎成直徑1mm～5mm的合金顆粒；利用氫破爐，在0.2mpa～0.25mpa氫氣壓下吸氫，隨后在600℃下脫氫，獲得直徑200μm～1000μm的晶界合金顆粒；
(6)將晶界合金顆粒以球料比10:100置于球磨罐中，并用乙醇密封，在三維撞擊球磨機中以875次/min高能球磨8h；隨后將球磨得到的乙醇合金懸濁液置于試管中在高速離心機中離心處理，將得到的沉淀物在手套箱中干燥，獲得納米晶界合金粉；
(7)將制備的納米晶界合金粉按照0、5、10、15、20wt.％加入到步驟(3)得到的y基合金粉末中，得到混合粉末，即，納米晶界合金粉質(zhì)量分別占混合粉末總質(zhì)量的0、5、10、15、20％，在三維混料機中混合4h，使粉末充分均勻混合；
(8)利用磁場壓機，將步驟7)中得到的混合粉末在1.5t磁場下取向成型，隨后在150mpa壓力下冷等靜壓制成生坯；
(9)將得到的生坯置于真空燒結爐中，在真空度1.0～3.0×10-3pa下1000℃燒結2h；隨后在900℃下一級回火2h，在700℃二級回火2h，最終獲得燒結磁體。
實施例2：
(1)同實施例1步驟(1)；
(2)同實施例1步驟(2)；
(3)同實施例1步驟(3)；
(4)晶界合金的組成為pr70cu20ga10(at.％)，按照該晶界合金組成將所需各原料配好，用真空感應熔煉爐在氬氣保護下加熱融化，直接冷凝成合金鑄錠，并反復加熱熔煉六次，以保證合金鑄錠組織均勻；
(5)將合金鑄錠表面的氧化皮打磨干凈，粗破碎成直徑1mm～5mm的合金顆粒；利用氫破爐，在0.2mpa～0.25mpa氫氣壓下吸氫，隨后在600℃下脫氫，獲得直徑200μm～1000μm的晶界合金顆粒；
(6)將晶界合金顆粒以球料比10:100置于球磨罐中，并用乙醇密封，在三維撞擊球磨機中以875次/min高能球磨8h；隨后將球磨得到的乙醇合金懸濁液置于試管中在高速離心機中離心處理，將得到的沉淀物在手套箱中干燥，獲得納米晶界合金粉；
(7)將制備的納米晶界合金粉按照0、5、10、15、20wt.％加入到步驟(3)得到的y基合金粉末中，得到混合粉末，即，納米晶界合金粉質(zhì)量分別占混合粉末總質(zhì)量的0、5、10、15、20％，在三維混料機中混合4h，使粉末充分均勻混合；
(8)利用磁場壓機，將步驟7)中得到的混合粉末在1.5t磁場下取向成型，隨后在150mpa壓力下冷等靜壓制成生坯；
(9)將得到的生坯置于真空燒結爐中，在真空度1.0～3.0×10-3pa下1000℃燒結2h；隨后在900℃下一級回火2h，在700℃二級回火2h，最終獲得燒結磁體。
實施例3：
(1)同實施例1步驟(1)；
(2)同實施例1步驟(2)；
(3)同實施例1步驟(3)；
(4)晶界合金的組成為pr70cu15ga15(at.％)，按照該晶界合金組成將所需各原料配好，用真空感應熔煉爐在氬氣保護下加熱融化，直接冷凝成合金鑄錠，并反復加熱熔煉六次，以保證合金鑄錠組織均勻；
(5)將合金鑄錠表面的氧化皮打磨干凈，粗破碎成直徑1mm～5mm的合金顆粒；利用氫破爐，在0.2mpa～0.25mpa氫氣壓下吸氫，隨后在600℃下脫氫，獲得直徑200μm～1000μm的晶界合金顆粒；
(6)將晶界合金顆粒以球料比10:100置于球磨罐中，并用乙醇密封，在三維撞擊球磨機中以875次/min高能球磨8h；隨后將球磨得到的乙醇合金懸濁液置于試管中在高速離心機中離心處理，將得到的沉淀物在手套箱中干燥，獲得納米晶界合金粉；
(7)將制備的納米晶界合金粉按照0、5、10、15、20wt.％加入到步驟(3)得到的y基合金粉末中，得到混合粉末，即，納米晶界合金粉質(zhì)量分別占混合粉末總質(zhì)量的0、5、10、15、20％，在三維混料機中混合4h，使粉末充分均勻混合；
(8)利用磁場壓機，將步驟7)中得到的混合粉末在1.5t磁場下取向成型，隨后在150mpa壓力下冷等靜壓制成生坯；
(9)將得到的生坯置于真空燒結爐中，在真空度1.0～3.0×10-3pa下1000℃燒結2h；隨后在900℃下一級回火2h，在700℃二級回火2h，最終獲得燒結磁體。
實施例4：
(1)同實施例1步驟(1)；
(2)同實施例1步驟(2)；
(3)同實施例1步驟(3)；
(4)晶界合金的組成為pr70cu10ga20(at.％)，按照該晶界合金組成將的晶界合金將所需各原料配好，用真空感應熔煉爐在氬氣保護下加熱融化，直接冷凝成合金鑄錠，并反復加熱熔煉六次，以保證合金鑄錠組織均勻；
(5)將合金鑄錠表面的氧化皮打磨干凈，粗破碎成直徑1mm～5mm的合金顆粒；利用氫破爐，在0.2mpa～0.25mpa氫氣壓下吸氫，隨后在600℃下脫氫，獲得直徑200μm～1000μm的晶界合金顆粒；
(6)將晶界合金顆粒以球料比10:100置于球磨罐中，并用乙醇密封，在三維撞擊球磨機中以875次/min高能球磨8h；隨后將球磨得到的乙醇合金懸濁液置于試管中在高速離心機中離心處理，將得到的沉淀物在手套箱中干燥，獲得納米晶界合金粉；
(7)將制備的納米晶界合金粉按照0、5、10、15、20wt.％加入到步驟(3)得到的y基合金粉末中，得到混合粉末，即，納米晶界合金粉質(zhì)量分別占混合粉末總質(zhì)量的0、5、10、15、20％，在三維混料機中混合4h，使粉末充分均勻混合；
(8)利用磁場壓機，將步驟7)中得到的混合粉末在1.5t磁場下取向成型，隨后在150mpa壓力下冷等靜壓制成生坯；
(9)將得到的生坯置于真空燒結爐中，在真空度1.0～3.0×10-3pa下1000℃燒結2h；隨后在900℃下一級回火2h，在700℃二級回火2h，最終獲得燒結磁體。
實現(xiàn)了在兼顧良好的剩磁和最大磁能積的同時，提高矯頑力的技術目的，從而獲得了高性能的y基稀土永磁體。
上述實施例1-4中制得的燒結磁體的磁性能對照表如下表1所示。從表1中可以看出，當在燒結制備y基稀土永磁體的過程中晶界添加prcuga納米合金，由于pr元素在燒結回火過程中聚集在磁體主相晶粒表層，提高了主相晶粒表層處pr元素的濃度，增強了主相晶粒表層處的磁晶各向異性場，同時通過控制pr-cu-ga的添加量，使其質(zhì)量小于或者等于混合粉末總質(zhì)量的10wt.％，尤其是使其質(zhì)量小于或者等于總質(zhì)量的5wt.％時，能夠在基本保持剩磁和最大磁能積的條件下，提高矯頑力，獲得高性能的y基稀土永磁體。
表1各實施例和對比例的磁性能對照表
雖然介紹和描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本發(fā)明并不局限于此，而是還可以處于所附權利要求中定義的技術方案的范圍內(nèi)的其他方式來具體實施。