一種高性能低成本稀土永磁材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于稀土永磁領域，特別涉及一種高性能低成本稀土永磁材料及其制備方 法。
【背景技術】
[0002] 以釹鐵硼為代表的稀土-鐵-硼系永磁材料是磁性能（能量密度）最高、應用范圍 最廣、發(fā)展速度最快的新一代永磁材料，被譽為"磁王"，在各種電器設備中應用非常廣泛。 R-Fe-B磁體顯微組織如圖1所示，該磁體中對磁性能貢獻最大的鐵磁相是R2Fe14B相，該相 被稱為主相，如白色區(qū)域。另外還存在晶界相，一般來說晶界相是一種富R相，如黑色區(qū)域。 在主相和晶界相的交界處存在一層成分介于主相與晶界之間的過渡層。
[0003] 其中富R相的重要作用是：
[0004] (1)富R相具有低熔點，因此它在磁體生產(chǎn)工藝的燒結步驟中變成液相，所以富R 相促使磁體的致密化，由此提高磁化強度；
[0005] ⑵富R相消除R2Fe14B相晶界的缺陷，該缺陷導致反向磁疇的成核點，這樣由于該 成核點的減少而使矯頑力增加；
[0006] (3)由于富R相是非磁性的，所以該主相在磁性上是相互隔離的，這樣使矯頑力增 加。
[0007] R-Fe-B磁體的主要磁性能指標包括剩磁和矯頑力。磁體剩磁的高低主要取決于主 相的體積百分比、主相的飽和磁極化強度和取向度等因素。影響磁體矯頑力的因素很多，就 目前來說，添加鏑、鋱是最常用、最有效的提高磁體矯頑力的方法，因為鏑鋱-鐵-硼相具有 幾倍于釹-鐵-硼相的各向異性場。但鏑、鋱屬于稀缺資源，價格昂貴，不易大量添加，所以 鏑、鋱減量化已經(jīng)成為很多學者的研宄主題。一般來說，磁體晶界及過渡層更容易成為反向 磁疇的形核點，所以硬化晶界可以更顯著地提高磁體的矯頑力。也就是說，R2Fe14B化合物具 有較高各向異性場的等稀土元素進入晶界及過渡層更有利于提高磁體的矯頑力。所以說， R-Fe-B磁體理想的晶體結構應該是R2Fe14B化合物具有較高各向異性場的稀土元素進入晶 界相。例如CN200680003392. 0、CN200810179949. 7都是這方面的技術方法。
[0008] 在實際生產(chǎn)中，人們通常是將鐠、釹、鏑、鋱等多種稀土元素共同熔煉制備R-Fe-B 合金。根據(jù)R2Fe14B化合物的內(nèi)稟特性，基本上是R2Fe14B化合物各向異性場高的稀土元素結 晶溫度也高，如圖2所示。也就是說，由于鏑鋱-鐵-硼相的結晶溫度高，在鋼水從高溫到 低溫冷卻中優(yōu)先結晶生成鏑鋱-鐵-硼相，而使R2Fe14B化合物各向異性場較低的鐠、釹等 稀土元素進入晶界相，這與理想的磁體模型恰恰相反。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明提供一種高性能低成本稀土永磁材料，該稀土永磁材料的主相具有一個晶 粒只具有單一稀土的特點。
[0010] 本發(fā)明還提供所述高性能低成本稀土永磁材料的制備方法。
[0011] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0012] -種高性能低成本稀土永磁材料，該材料主要由主相和晶界相合金按 1 : 0.005-0. 2的重量比混合燒結而成，
[0013] 所述的主相是由RrFe-M-B合金、R2-Fe-M-B合金、R3-Fe-M-B合金、R4-Fe-M-B合 金、R5-Fe-M-B合金中的任意兩種或兩種以上組成的混合物，其中&是鐠、R2是釹、R3是鑭、 R4是鈰、R5是釔，M選自Co、Nb、V、Mo、W、Cr、Al、Ti、Zr、Cu、Ga中的一種或幾種，
[0014] 前述的Rx-Fe-M-B合金中，x取 1-5 的正整數(shù)，26wt% 彡Rx< 33wt% ;0wt% <M< 10wt% ;0? 9wt%<B< 2wt% ;其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)；
[0015] 所述的晶界相合金為一種富稀土合金，該合金的成分為RQ，式中R為鐠、釹、釓、 钷、銪、釤、鏑、鋱中的一種或幾種，Q為Fe、Co、Ni、Nb、V、Mo、W、Cr、Al、Ti、Zr、Cu、Ga、B中 的一種或幾種；晶界相合金中，〇 <Q< 72wt%，其余為R及不可避免的雜質(zhì)。
[0016] 作為優(yōu)選，晶界相合金的平均粒度為0. 5?5ym。當平均粒度大于5ym時，會使 晶界相分布不均勻而使部分晶界得不到硬化；如果平均粒度小于〇. 5ym，磁粉活性很高， 極易氧化自燃，從而無法起到晶界硬化的作用，也很危險。
[0017] -種所述的高性能低成本稀土永磁材料的制備方法，該方法包括如下步驟：
[0018] ①制備主相，主相是由R^Fe-M-B合金、R2-Fe-M-B合金、R3-Fe-M-B合金、R4-Fe-M-B 合金、R5-Fe-M-B合金中的任意兩種或兩種以上組成的混合物，其中&是鐠、R2是釹、1?3是 鑭、R4是鈰、R5是釔，M選自Co、Nb、V、Mo、W、Cr、Al、Ti、Zr、Cu、Ga中的一種或幾種，（RfFe-M-B 合金 +R2-Fe-M-B合金）比（R3-Fe-M-B合金 +R4-Fe-M-B合金 +R5-Fe-M-B合金）=1 : 0 ? 1〇
[0019]前述的Rx-Fe-M-B合金中，x取 1-5 的正整數(shù)，26wt% 彡Rx< 35wt% ;0wt% 彡M彡10wt% ;0. 9wt%彡B彡2wt%;其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)；因為作為常用的主相稀 土元素鐠、釹、鑭、鈰、釔，它們的結晶溫度和各向異性場同樣有差別，也基本符合R2Fe14B化 合物各向異性場高的稀土元素結晶溫度也高這一規(guī)律。如果將（PrNdLaCeY)-Fe-M-B合金 一起熔煉，其結果就是優(yōu)先鐠釹進入主相，而R2Fe14B化合物各向異性場較低的LaCeY元素 進入晶界相，而使磁體矯頑力非常低。該步驟選擇不同的稀土元素分別制得R-Fe-M-B系合 金，將各R-Fe-M-B系合金按不同比例混合得到主相合金；
[0020] ②制備晶界相合金，晶界相合金為一種富稀土合金，該合金的成分為RQ，式中R為 鐠、釹、釓、钷、銪、釤、鏑、鋱中的一種或幾種，Q為Fe、Co、Ni、Nb、V、Mo、W、Cr、Al、Ti、Zr、Cu、 Ga、B中的一種或幾種；
[0021] 晶界相合金中，0彡Q彡72wt%，其余為R及不可避免的雜質(zhì)；晶界相的稀土元素 與主相中的稀土元素相比，R2Fe14B化合物具有更高的各向異性場。在燒結及回火過程中，晶 界相中的稀土元素也形成了少部分R2Fe14B化合物分散在晶界及過渡層中從而起到硬化晶 界提高矯頑力的作用。加入富稀土合金后稀土元素可以硬化晶界，提高磁性能；
[0022] ③將主相和晶界相合金按1 : 0.005-0. 1的重量比混合，將混合均勻的合金粉末 放到磁場中取向壓制成生坯，將生坯在燒結爐內(nèi)燒結得到稀土永磁體。進一步的，步驟③ 中，燒結過程為：將生坯放入真空燒結爐內(nèi)在1030?1120°C溫度下燒結1?5h，冷卻后再 升溫至750?950°C，保溫1?10h回火，然后冷卻，并再次升溫至400?680°C進行時效處 理，時間為1?l〇h。
[0023] 在本發(fā)明的制備方法中，主相合金的制備，每一次熔煉只添加一種稀土，根據(jù)生產(chǎn) 需要可以將具有幾種稀土的主相合金混合使用，但每種主相合金都是單獨制備。然后將 R2Fe14B化合物具有高各向異性場的稀土元素直接制備成晶界相添加，通過這種方法制得的 磁體更接近理想模型，具有高磁性能、低成本的特點。
[0024]本發(fā)明的有益效果是：將主相分解成若干個R-Fe-M-B系合金，先制備只含有單一 稀土的Rx-Fe-M-B合金，然后再將各Rx-Fe-M-B合金混合，并添加晶界相合金進行磁場取向、 壓制成坯，從而可以獲得更理想的晶體結構，制成高磁性能、低成本的稀土永磁體。
[0025] 使用該技術方法后，磁體具有的特點是：磁體中80%的晶粒內(nèi)部一種稀土占稀土 總量的95%以上；磁體中R2Fe14B化合物各向異性場最高的稀土元素在晶界的濃度比在晶 粒內(nèi)部高。
【附圖說明】
[0026] 圖1是R_Fe-B磁體顯微組織不意圖；
[0027] 圖2R2Fe14B化合物結晶溫度與各向異性場的對應關系圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的具體說明。應當理解，本發(fā) 明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落 入本發(fā)明保護范圍。
[0029] 在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所采用的設備和原料等 均可從市場購得或是本領域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常 規(guī)方法。
[0030] 實施例1 :
[0031] 主相合金由一種R^Fe-M-B合金和R3-Fe-M-B合金組成，R^Fe-M-B合金成分由 32wt% 的釹，1.OOwt% 的B，1.OOwt% 的Co,0. 50wt% 的A1，0. 10wt% 的Cu，0. 50wt% 的Nb， 0?lOwt% 的Ga，0?lOwt% 的V，0?lOwt% 的Mo, 0?lOwt% 的W，0?lOwt% 的Cr，0?lOwt% 的 Ti，0. 10wt%的Zr和余量的Fe組成，采用速凝（SC)工藝制得合金；
[0032] R3-Fe-M_B合金成分由 31wt% 的鑭，1. 00wt% 的B，1. 00wt% 的Co,0. 30wt% 的A1， 0. 10wt%的Cu，0. 50wt%的Nb和余量的Fe組成，采用速凝（SC)工藝制得合金；
[0033] 將RfFe-M-B合金和R3-Fe-M-B合金采用HD+JM制粉，RfFe-M-B合金平均粒度 3. 5ym，R3-Fe-M-B合金平均粒度4. 0ym，將R「Fe-M-B合金和R3-Fe-M-B合金按5 : 1混 合。
[0034] 然后將混合粉末取向成型，并將生坯放入真空燒結爐內(nèi)1070°CX4.5h燒結 +910°CX2h+510°CX4h時效處理得到永磁體，磁性能見表1。
[0035] 實施例2 :
[0036] 主相合金由一種R^Fe-M-B合金和R4-Fe-M-B合金組成，R^Fe-M-B合金成分由 32wt% 的釹，1. 00wt% 的B，1. 00wt% 的Co,0. 50wt% 的A1，0. 10wt% 的Cu，0. 50wt% 的Nb， 0? 10wt%的Ga，0? 10wt%的Ti，0? 10wt%的Zr和余量的Fe組成，采用速凝（SC)工藝制得 合金；
[0037] R4-Fe-M_B合金成分由 31wt% 的鑭，1.OOwt% 的B，1.OOwt% 的Co,0. 50wt% 的Al， 0. 20wt%