專利名稱：一種稀土永磁材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種稀土永磁材料，尤其涉及一種除釹、钷、銪以外一種或多種鑭系稀土元素的高性能稀土永磁材料，更具體的是以鑭系稀土元素鐠(Pr)制成的一種高性能的稀土永磁材料。
現有技術稀土永磁材料作為新材料產業(yè)重要組成部分，已在機械、電子、通信、醫(yī)療、航空航天等領域獲得了廣泛應用，其經歷了第一代(RECo5)、第二代(RE2TM17)和第三代(NdFeB)稀土永磁材料等。目前，釹鐵硼(NdFeB)永 磁材料在新材料行業(yè)備受矚目，分為燒結釹鐵硼和粘結釹鐵硼，粘結釹鐵硼以其體積小、易成型及性價比高等優(yōu)點廣泛應用于計算機、汽車、軍工、醫(yī)療設施、辦公設備、家用電器等領域。隨著科技的發(fā)展，對磁性器件、電子產品的小型化和薄型化要求越來越高，這就要求永磁材料具備高磁能積、高剩磁及易充磁的特點。作為粘結磁體主要原材料的NdFeB永磁合金粉，其成分專利主要有美國(MG)公司發(fā)明的US4，802，931和US4，851，058，主要涉及釹鐵硼中包括釹在內的稀土元素百分含量、鐵的百分含量和硼的百分含量范圍。NdFeB永磁合金粉的特點是:磁性能好，力學性能好，但居里溫度Tc低，溫度穩(wěn)定性差，化學穩(wěn)定性欠佳因此限制了它的應用范圍，隨后為改善磁粉及磁體的性能，擴大其應用范圍，許多研究和發(fā)明在Nd-Fe-B基礎上添加一些改性元素，其中，CN1986856A涉及了一種高穩(wěn)定性高磁性快淬R-Fe-B基永磁合金粉(申請?zhí)?200510134729.9 ;發(fā)明人:李晉平，夏芋栗)，在該專利中，描述其基本表達式是RxFe1(l(l_x_y_z_vMzNvBy，R為一種或一種以上輕稀土元素(Nd, Pr, La), Fe為鐵元素，M為Nb, Zr, Ti中的一種或多種，N為Co元素，B為硼元素，各元素組分X，y, z, V組成比滿足:7.0彡X彡12.8，5.0彡y彡9.0，0.15彡z彡4.0，O ^ V ^ 6.5，通過添加Nb等過渡族元素使材料的溫度穩(wěn)定性及抗氧化能力明顯提高。該磁粉的內稟矯頑力也明顯提高。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種稀土永磁材料，其晶粒尺寸細化、微結構均勻、磁能積高、剩磁高、易充磁且工作溫度高，熱穩(wěn)定性好。為此，本發(fā)明提供了一種稀土永磁材料，其特征在于，其基本表達式為RxFe1QQ_x_y_z_vByC0具，，其中，R是除釹、钷、銪以外一種或幾種鑭系稀土元素(R主要選自鑭、鋪、鐠、衫、禮、鋪、鏑)，優(yōu)選為Pr, La中的一種或多種,Fe為鐵元素,B為硼元素,Co為鈷元素，M為Nb，Zr等元素中的一種或多種；x是為12-39的任意數值，y是為0.1-9的任意數值，z是為1-15的任意數值，V是為0.1-8的任意數值。優(yōu)選地，所述X是為12-30的任意數值，I是為0.1-6的任意數值，z是為1-12的任意數值，V是為0.1-6的任意數值。優(yōu)選地，所述X是為15-26.2的任意數值，y是為0.3-3的任意數值，z是為2_8的任意數值，V是為0.2-4的任意數值。優(yōu)選地，通過快淬速凝工藝及退火工藝制備。優(yōu)選地，退火工藝的溫度為400-800°C，退火時間在l-30min之間。優(yōu)選地，具有550-650kA/m的內稟矯頑力(Hci)，900_1000mT的高剩磁(Br)、及123Kj/m3以上的最大磁能積(BHmax)。優(yōu)選地，其晶粒尺寸在10_80nm之間。優(yōu)選地，12.8〈x 彡 39 ；0.1 ^ y<5 ;6.5〈z 彡 15;和 / 或0.1 彡 ν〈0.15 或4.0〈ν 彡 8。優(yōu)選地，純度為99.9%的Pr，原子百分比為24%，Fe-B合金(其中B含量為19%)，B的原子百分比為3%, Co的原子百分比為1.5%, Nb的原子百分比為0.1%,鐵的原子百分比為71.4%，在惰性氣體氬氣的保護下，真空熔煉爐中冶煉，得到成分均勻的合金錠，再將得到的合金錠進行快淬處理，得到金屬薄帶后破碎過篩網、退火。優(yōu)選地，純度為99.9%的Pr，原子百分比為19%或18%，Fe-B合金(其中B含量為19%)，B的原子百分比為2.5%或2.3%，Co的原子百分比3%或3.2%，Nb的原子百分比為0.15%或0.2%，鐵的原子百分比為71.4%，在惰性氣體氬氣的保護下，真空熔煉爐中冶煉，得到成分均勻的合金錠，再將得到的合金錠進行快淬處理，得到金屬薄帶后破碎過篩網、退火。在本發(fā)明中，R采用Pr、La等稀土鑭系元素代替了釹元素。本發(fā)明在Nd-Fe-B合金的基礎上，對合金元素替換及添加其他元素。Co元素的添·加:在NdFeB永磁合金中添加Co元素，通過添加Co元素不僅能提高非晶相穩(wěn)定性，細化晶粒，同時可以取代Fe原子，增強鐵磁交換，提高NdFeB永磁合金的居里溫度，降低剩磁溫度系數。M元素的添加:添加M(Nb、Zr)元素可以改善永磁合金的微結構，抑制了 NchFe-B晶粒的形核長大，細化了晶粒，增強軟磁相和硬磁相的交換耦合作用，提高產品的性能，另夕卜，Nb可以替代部分稀土，使得稀土的用量減少，所以，通過添加Nb等元素，使得在保障產品性能滿足應用需求條件下節(jié)省了生產成本，獲得性價比高的產品。Co、M兀素添加的綜合效果是，提聞了廣品熱穩(wěn)定性和磁性。Pr、La 等代替 Nd 后形成 Pr2Fe14B 和 La2Fe14B,由于 Pr2Fe14B 和 La2Fe14B 的各向異場比Nd2Fe14B的各向異場高，所以，用Pr、La等代替Nd，可以提高硬磁性相的各向異性，使得產品的剩磁、磁能積得到較大的提高。本發(fā)明通過提供特定的成分組成，并通過快淬速凝工藝，及退火工藝制備出一種高性能稀土永磁材料，其中退火工藝優(yōu)選在400 V -800 V的溫度范圍，退火時間優(yōu)選在l_30mino本發(fā)明所述稀土永磁材料表現出約550_650kA/m的內稟矯頑力(Hci)，900-1000mT的高剩磁(Br)及123Kj/m3以上的最大磁能積(BHmax)。在本發(fā)明中，用鐠全部代替釹，與含釹粘結釹鐵硼相比，雖然矯頑力降低了，但仍保持在應用范圍內，這是因為峰值為SKoe的磁化磁場足以完成某些磁化裝置(如恒流充磁機)中低矯頑力的磁體，但這種磁化磁場不足以完全磁化一些高矯頑力的各向同性粘結釹鐵硼磁體(如上述含釹粘結釹鐵硼)。本發(fā)明提供了一種具有耐實用大小的矯頑力、高剩磁及高磁能積特性的稀土永磁材料，可以利用當前裝置(如恒流充磁機)可用的磁路使其完全磁化成為可能，即具有易充磁的特性，因此，在實際使用中表現足夠的磁特征。本發(fā)明的稀土永磁材料其他性質包括具有一定的晶粒尺寸，在10_80nm之間。由于具備這樣的微結構，使其能表現優(yōu)異的磁性能成為可能?，F有技術得到的是高磁能積、高矯頑力，而本發(fā)明得到的則是高磁能積、高剩磁。對比NdFeB永磁合金粉，其常規(guī)組成通常表示為Nd2Fe14B,也有為獲得不同性能，用鏑(Dy)、鐠(Pr)等代替部分釹制成，本發(fā)明提供的一種高性能稀土永磁材料，其中，Nd被一種或幾種鑭系稀土元素Pr、La完全代替，且添加了 Co、Nb、Zr等其他過渡金屬。本發(fā)明采用一種新的成分配方，經大量實驗得到使用除釹以外其他鑭系元素Pr、La等中的一種或幾種并復合添加了 Co、Nb、Zr等其他過渡金屬。采用本發(fā)明制造的產品具有以下優(yōu)點:(I)細化了晶粒，晶粒尺寸可達納米級，其成分均勻，組織分布均勻；(2)具有高的居里溫度，達到360°C，使用溫度高達120°C _150°C ；(3)降低了磁粉的不可逆磁通，在150°C以上高溫處理I小時，不可逆損失為2%以下；(4)增加了產品的抗氧化和耐腐蝕能力，在80°C，80%的相對濕度的烘箱內放置16小時進行濕熱實驗，測得濕熱失重比為0.002-0.005%之間，用顯微鏡觀測無紅銹斑；(5)本發(fā)明的產品具有高剩磁、高磁能積，剩磁可達900mT以上，磁能積可達123Kj/m3 以上；(6)本發(fā)明 產品便于小型微型設備進行充磁操作，適用于光盤驅動器、硬盤驅動器的主軸電機，步進電機及其他小型類的電機等，汽車、家電傳感器等其它領域。
圖1為本發(fā)明實施例1、2、3的樣品VSM檢驗結果。圖2為本發(fā)明產品在濕熱實驗后在顯微鏡下的放大圖片。圖3、圖4為M元素添加前后永磁合金的微結構對比圖。
具體實施例方式以下說明本發(fā)明的具體實施例，以便更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實施例，以下實施例只為說明目的，不應當被用來限制本發(fā)明以及權利要求的范圍。實施例1按照以下配方，純度為99.9%的Pr，原子百分比為24%，Fe-B合金(其中B含量為19%)，B的原子百分比為3%，Co的原子百分比為1.5%，Nb的原子百分比為0.1%，鐵的原子百分比為71.4%，然后在惰性氣體氬氣的保護下，放入真空熔煉爐中冶煉，得到50公斤成分均勻的合金錠，再將得到的合金錠進行快淬處理，輪速約為22-33m/s，得到金屬薄帶后破碎過40目篩網，在550-650°C溫度下退火10分鐘，將制備的樣品用振動樣品磁強計(VSM)測出其磁性能，性能如下表所示:表1:
權利要求
1.一種稀土永磁材料，尤其是高性能稀土永磁材料，其基本表達式為RxFe100-x—y—z—vByCozMv，， 其中， R是除釹以外一種或幾種鑭系稀土元素(優(yōu)選地，R是除釹、钷、銪以外一種或幾種鑭系稀土元素，R主要選自鑭、鋪、鐠、衫、禮、鋪、或鏑,優(yōu)選為Pr, La中的一種或多種),Fe為鐵元素，B為硼元素，Co為鈷元素，M為Nb，Zr等元素中的一種或多種；x是為12-39的任意數值，y是為0.1-9的任意數值，z是為1-15的任意數值，V是為0.1-8的任意數值。
2.如權利要求1所述的稀土永磁材料，其特征在于，所述X是為12-30的任意數值，y是為0.1-6的任意數值，z是為1-12的任意數值，V是為0.1-6的任意數值。
3.如權利要求1所述的稀土永磁材料，其特征在于，所述X是為15-26.2的任意數值，Y是為0.3-3的任意數值，z是為2-8的任意數值，v是為0.2-4的任意數值。
4.如權利要求1所述的稀土永磁材料，其特征在于，通過快淬速凝工藝，及退火工藝制備。
5.如權利要求4所述的稀土永磁材料，其特征在于，退火工藝在400-800°C的溫度范圍進行，退火時間在l_30min之間。
6.如權利要求1所述的稀土永磁材料，其特征在于，具有550_650kA/m的內稟矯頑力(Hci), 900-1000mT的高剩磁(Br)、及123Kj/m3以上的最大磁能積(BHmax)。
7.如權利要求1所述的稀土永磁材料，其特征在于，其晶粒尺寸在10-80nm之間。
8.如權利要求1所述的稀土永磁材料，其特征在于，12.8<x ≤39 ；0.1 ≤y<5 ；6.5〈z ≤ 15;和 / 或 0.1 ≤ v<0.15 或 4.0〈v ≤ 8。
9.如權利要求1所述的稀土永磁材料，其特征在于，純度為99.9%的Pr，原子百分比為24%，Fe-B合金(其中B含量為19%)，B的原子百分比為3%，Co的原子百分比為1.5%，Nb的原子百分比為0.1%，鐵的原子百分比為71.4%，在惰性氣體氬氣的保護下，真空熔煉爐中冶煉，得到成分均勻的合金錠，再將得到的合金錠進行快淬處理，得到金屬薄帶后破碎過篩網、退火。
10.如權利要求1所述的稀土永磁材料，其特征在于，純度為99.9%的Pr，原子百分比為19%或18%，Fe-B合金(其中B含量為19%)，B的原子百分比為2.5%或2.3%，Co的原子百分比3%或3.2%, Nb的原子百分比為0.15%或0.2%，剩余為鐵的原子百分比，在惰性氣體氬氣的保護下，真空熔煉爐中冶煉，得到成分均勻的合金錠，再將得到的合金錠進行快淬處理，得到金屬薄帶后破碎過篩網、退火。
全文摘要
一種稀土永磁材料，其特征在于，其基本表達式為RxFe100-x-y-z-vByCozMv，其中，R是除釹以外一種或幾種鑭系稀土元素，優(yōu)選為Pr，La中的一種或多種，Fe為鐵元素，B為硼元素，Co為鈷元素，M為Nb，Zr等元素中的一種或多種；x是為12-39的任意數值，y是為0.1-9的任意數值，z是為1-15的任意數值，v是為0.1-8的任意數值。根據本發(fā)明的稀土永磁材料，其晶粒尺寸細化、微結構均勻、磁能積高、剩磁高、易充磁且工作溫度高，熱穩(wěn)定性好。
文檔編號C22C38/00GK103247401SQ20131020164
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月27日 優(yōu)先權日2013年5月27日
發(fā)明者陳鑫, 楊安, 郭蓓 申請人:江西江鎢稀有金屬新材料有限公司