一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法
【专利摘要】一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法，属于稀土永磁材料制备领域。其特征是通过对高丰度稀土永磁材料进行晶界扩渗，扩渗源成份为(NdxPr100?x)a(DyyTb100?y)b(AlzCu100?z)100?a?b(x＝0?100,y＝0?100,z＝5?30；a+b＝60?90,a>b≥5，重量分数)。具体工艺步骤是：真空冶炼扩渗源合金，将扩渗源合金制成薄带或粉末并附着在高丰度稀土永磁体表面，随后在真空炉中，600?900℃扩散处理1?8小时，450?550℃退火处理1?5小时。本发明的优点是通过晶界扩渗少量复合中重稀土－铜铝合金，既可改善晶界相的分布提高去磁耦合作用，又可改善内禀性能，磁性能特别是矫顽力提升效果显著。
【专利说明】
-种提高高丰度稀±永磁材料磁性能的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于稀±永磁材料制备领域，特别设及一种提高高丰度稀±永磁材料磁性 能的制备方法。 技术背景
[0002] 钦铁棚永磁材料自二十世纪八十年代问世W来，有力的促进了现代科学技术与信 息产业向集成化、小型化、轻量化、智能化方向的发展。烧结钦铁棚广泛应用于计算机硬盘 音圈电机(VCM)、核磁共振成像仪(MRI)、消费电子(CD、DVD、手机、音响、复印机、扫描仪、摄 像机、照相机、冰箱、电视机、空调机等）、磁分离设备等领域，并且不断扩展，如风力发电、电 动车等。
[0003] 凭借稀±的资源优势，中国烧结钦铁棚相关技术发展迅猛，然而在产量和性能大 幅提高的同时，也存在一些问题，稀±的储量和利用都很不平衡，像DyJb等重稀±储量相 对低、价格高企;NcUPr等稀±元素由于钦铁棚材料的迅猛发展而被大量应用。La、Ce与NcU Pr都为4f原子，晶体结构均为六方密排结构，因此均能与Fe，B元素形成R2Fel4B型化合物。 La、Ce等轻稀±元素储量很高，资源丰富，价格显著低于Nd/Pr，仅为Nd/Pr的1/10-1/5,适量 La与Ce对Nd/Pr的替代对于减少Nd/Pr和Dy/Tb用量，节约宝贵的中、重稀±资源，促进稀± 资源的综合利用，降低烧结钦铁棚磁体的生产成本具有重要的意义。
[0004] 然而由于材料的内禀性能局限，如La2Fel4B和Ce2Fel4B的饱和磁化强度和各向异 性场分别为 1.38T/1.17T和20T/36T，明显低于Pr2Fel4B和Nd2Fel4B的 1.56T/1.60T和87T/ 67T，因此La、Ce等轻稀±元素替代Nd/Pr不可避免会降低钦铁棚磁体的部分磁性能。La、Ce 等高丰度稀±元素替代Nd/Pr能显著降低钦铁棚磁体的成本，如何进一步提高高丰度稀± 永磁材料的磁性能显得尤为重要。组织结构对稀±永磁材料的磁性能特别是矫顽力起至关 重要的作用，通过进一步优化组织结构特别是边界结构是改善磁体性能的有效途径。
[000日]Wan等人使用双合金的方法引入Pr-Cu晶界相制备不含Dy的烧结Nd-Fe-B磁体，磁 体矫顽力从HkOe提局到引入Pr68Cu32晶界相的21k0e，主要是由于晶界相的分布更加均 匀，对2:14:1主相晶粒起到了更好的磁隔绝的作用（Wan F，Zhang Y，Han J，et al.Coercivity enhancement in Dy-free Nd-Fe-B sintered magnets by using Pr-Cu al Ioy [J] .Journal of Applied Physics ,2014,115(20): 203910 .)。相关专利报道了轻稀 ±-铜合金(包小倩，卢克超，汤明辉，李纪恒，高学绪.晶界扩渗轻稀±-铜合金制备高矫顽 力钦铁棚磁体的方法，201510335273.6)和轻稀± -侣合金(孙爱芝，路振文，马斌，郎惠珍， 喻蜜，杜君峰.一种提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法，201510801123.X.)对烧结钦铁棚磁 体的磁性能改善效果显著，主要也是得益于高润湿性轻稀± -铜侣晶界相的均匀分布。而 重稀±DyAb由于其2:14:1相优异的各向异性(〇72化148和化2。6148的各向异性场分别为 150T和220T)，一直是提高烧结钦铁棚永磁材料矫顽力的最有效途径，然而DyAb重稀±的 添加存在两个问题，一是原料成本大幅提高，二是饱和磁化强度的急剧下降，因为Dy2Fel4B 和的饱和磁化强度分别为0.712T和0.703T，不到Pr2Fel4B和Nd2Fel4B的1.56T和 1.60T的一半，也远低于La2Fel4B和Ce2Fel4B的1.38T和1.17T。
【发明内容】
[0006] 本发明目的是为了解决现有技术当中加 Dy/Tb重稀±导致的原料成本大幅提高和 饱和磁化强度的急剧下降问题。
[0007] -种提高高丰度稀±永磁材料磁性能的制备方法，其特征是对高丰度稀±永磁材 料晶界扩渗复合中重稀± -铜侣合金，扩渗源的成份为（NdxPrioo-x)a(DyyTbioo-y)b (AlzC山oo-z)ioo-a-b(x = 〇-100 ,y = 0-100 ,z = 5-30 ;a+b = 60-90 ,a〉b>5,重量分数）。
[000引具体工艺步骤为：
[0009] a.真空烙炼扩渗源合金并制成粉末或薄带；
[0010] b.将扩渗源合金附着在高丰度稀±永磁体表面；
[0011] c.600_900°C真空扩渗处理1-化；
[0012] d.450_550°C真空退火热处理1-化；
[0013] e.得到高性能高丰度稀±永磁体。
[0014]本发明主要针对低成本高丰度稀±永磁材料化a, Ce或La, Ce混合稀±占稀±总量 10-80%重量分数的烧结钦铁棚磁体），旨在通过晶界扩渗处理，一方面改善磁体的边界结 构，另一方面优化内禀性能，从而提高高丰度稀±永磁材料的磁性能。设计的扩渗源合金成 份为复合中重稀± -铜侣合金，主要考虑W下五个方面:其一，一定成份范围的稀± -铜侣 合金不仅烙点较低，而且与2:14:1相具有很好的润湿性，有利于晶界相的充分分布和磁隔 绝作用；其二，稀±元素为中稀±Nd/Pr和重稀±DyAb的联合配伍，既可利用（Dy/Tb) 2Fel4B的超高各向异性，又可利用(Nd/Pr)2Fel4B的高饱和磁化强度;其S，A1和Cu应联合 配伍，Al元素能改善高丰度稀±永磁材料的液相表面能，但Al元素进入2:14:1相，而化与Fe 排斥，不进入2:14:1相，而是主要分布在晶界，由于Al元素进入2:14:1相会降低剩磁，因此 Al添加不宜太多;其四：复合中重稀± -铜侣合金中，复合中重稀±的含量为60-90%重量 分数，运主要是从相结构及其特点出发，同时运一成份范围的合金烙点相对较低，有利于促 进晶界扩散;其五:复合中重稀±中^中稀±Nd/Pr为主，重稀±DyAb为辅，运既是从饱和 磁化强度考虑，也是从原料成本上考虑，但NcUPr可W单独也可联合配伍，Dy、化可W单独也 可联合配伍。
[001引本发明的优点如下：
[0016] 1. La，Ce等高丰度稀±替代Nd/Pr，可大幅降低稀±永磁材料的生产成本；
[0017] 2丄3，〔6等高丰度稀±替代炯作'，可促进稀±资源的平衡利用；
[0018] 3.高丰度稀±永磁材料晶界扩渗少量低烙点复合稀± -铜侣合金，既改善了晶界 相的分布提高去磁禪合作用，又改善了内禀性能，磁性能特别是矫顽力提升效果显著；
[0019] 4.高丰度稀±永磁材料晶界扩渗少量低烙点复合中重稀± -铜侣合金，可W提高 重稀±DyAb提高矫顽力的效率，是制备高性价比稀±永磁材料的有效途径。
【具体实施方式】
[0020] 实施例一 ：08mmx4.min的N38磁体（Ce占稀±含量20 %重量分数）晶界扩渗 (Pr7 抓 y25)80(A120Cu80)20(重量分数）
[0021] 选择N38商用磁体(Ce占稀±含量的20%重量分数），加工成尺寸为:(p8mmX4mm的 样品。通过速凝工艺制备厚度为(P巧抓y25)80(A120化80)20薄带，直接覆盖在N38磁体的上 下表面并置于料舟内，将料舟置于炉内，抽真空至(3-5) X ICT3Pa,开始快速加热至860°C， 保溫化，再经过470°C/化真空退火热处理。磁体矫顽力从晶界扩渗前的不到11.OkOe提高到 扩渗后的近17.OkOe,而剩磁几乎不下降，组织观察表明，晶界相的分布更加均匀，基本呈薄 层状分布，有效地阻碍了相邻晶粒间的交换禪合作用，同时晶界附近的稀±元素扩散也改 善了 2:14:1相的内禀性能，运些都是矫顽力大幅提高且剩磁无明显下降的重要原因。
[0022] 实施例二：08mmx4mm的N3 5磁体（Ce占稀±含量30 %重量分数）晶界扩渗 (Nd7 抓 y25)7〇(Al5Cu95)3〇(重量分数）
[0023] 选择N35商用磁体(Ce占稀±含量的30%重量分数），加工成尺寸为(p8mmx4mm的 样品。通过速凝工艺制备厚度为(Nd7加y25)70(A15化95)30薄带，直接覆盖在N35磁体的上 下表面并置于料舟内，将料舟置于炉内，抽真空至(3-5) X ICT3Pa,开始快速加热至860°C， 保溫化，再经过470°C/化真空退火热处理。磁体矫顽力从晶界扩渗前的不到12.OkOe提高到 扩渗后的近18k0e，而剩磁几乎不下降，组织观察表明，晶界相的分布更加均匀，基本呈薄层 状分布，有效地阻碍了相邻晶粒间的交换禪合作用，同时晶界附近的稀±元素扩散也改善 了 2:14:1相的内禀性能，运些都是矫顽力大幅提高且剩磁无明显下降的重要原因。
[0024] 实施例S : 08mm x4mm的N2 8磁体（C e占稀±含量5 0 %重量分数）晶界扩渗 (Nd50Pr25Dy25)75(A110Cu90)25(重量分数）
[00巧]选择N28商用磁体(Ce占稀±含量的50%重量分数），加工成尺寸为q>8mmx4mm的 样品。通过速凝工艺制备厚度为(Nd50Pr2抓y25)75(A110化90)25薄带，直接覆盖在N28磁体 的上下表面并置于料舟内，将料舟置于炉内，抽真空至(3-5) X ICT3Pa,开始快速加热至850 °C，保溫地，再经过450°C/化真空退火热处理。磁体矫顽力从晶界扩渗前的不到9k0e提高到 扩渗后的近15k0e，而剩磁几乎不下降，组织观察表明，晶界相的分布更加均匀，基本呈薄层 状分布，有效地阻碍了相邻晶粒间的交换禪合作用，同时晶界附近的稀±元素扩散也改善 了 2:14:1相的内禀性能，运些都是矫顽力大幅提高且剩磁无明显下降的重要原因。
【主权项】
1. 一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法，其特征是对高丰度稀土永磁材料 晶界扩渗复合中重稀土一铜铝合金，扩渗源成份为（Nd xPr1QQi)a(DyyTb1()()- y)b (AlzCui。。-z)i。。-a-b(x = 0-100，y = 0-100，z = 5_30 ;a+b = 60_90，a>b^5,重量分数）； 具体工艺步骤是： a. 真空熔炼扩渗源合金并制成薄带或粉末； b. 将扩渗源合金附着在高丰度稀土永磁体表面； c. 进行真空扩渗处理； d. 进行退火热处理； e. 得到高性能高丰度稀土永磁体。2. 如权利要求1所述一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法，其特征是高丰 度稀土永磁材料为高丰度稀土占稀土总量10 - 80 %重量分数的钕铁硼永磁材料，高丰度稀 土为La, Ce中的一种或两种。3. 如权利要求1所述一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法，其特征是步骤c 所述的真空扩渗热处理温度范围为600 - 900 °C，保温时间为1 一8h。4. 如权利要求1所述一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法，其特征是步骤c 所述的退火热处理温度范围为450 - 550 °C，保温时间为1 一 5h。
【文档编号】H01F41/02GK105938757SQ201610248341
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】包小倩, 高学绪, 汤明辉, 卢克超, 孙璐
【申请人】北京科技大学