一种RE2Fe14B单相合金及其制备方法与流程

本发明属于稀土永磁材料技术领域，具体涉及一种RE₂Fe₁₄B单相合金及其制备方法。

背景技术：

烧结Nd-Fe-B磁体自20世纪80年代由美国和日本科学家发现以来，由于其具有高磁能积和高剩磁等优势，目前已在电动机、电声器件、计算机硬盘驱动器(HDD) 、军工设备、人体核磁共振成像仪(MRI)、微波通讯技术、控制器、仪表等方面受到了广泛应用。通过研究表明，烧结Nd-Fe-B磁性的主要来源于磁性相Nd₂Fe₁₄B，这是由于Nd₂Fe₁₄B在室温下具有单轴各向异性，因为这种独有特性的存在使得Nd-Fe-B磁体具相对较高的内禀矫顽力。从目前所应用的Nd-Fe-B磁体来看，其成分主要包括硬磁相Nd₂Fe₁₄B相、非磁性相富稀土相和富硼相、α软磁相等。研究发现，由于非磁性相和弱磁性相存在降低了磁性材料的饱和磁化强度和剩磁，为了让合金中硬磁相Nd₂Fe₁₄B的相对含量尽可能提高，探索制备Nd₂Fe₁₄B的单相工艺是很有必要的。另一方面，由于Nd-Fe-B稀土永磁材料每年用量较大，导致了稀土Nd资源的紧缺，而对于其他轻稀土（Ce，Y）的等利用不均衡。

目前，在Nd-Fe-B永磁体中制备Nd₂Fe₁₄B合金的方法主要有以下两种，一种是通过三种不同的纯组元钕、铁、硼以电弧熔炼的方式制备出Nd₂Fe₁₄B合金，这种方法是实验室所用较多的方式，由于在熔炼过程中硼不导电及密度较小等原因，很难实现单相的制备。另一种方法是通过铁硼合金通过添加稀土的方式制备出Nd₂Fe₁₄B合金，这种方法是工业化生产中常用的方法，但市场上的铁硼合金杂质较多，会影响Nd₂Fe₁₄B合金的性能。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种RE₂Fe₁₄B单相合金及其制备方法，可有效解决Nd-Fe-B磁体成分单一，主相杂质多，成本高等问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种RE₂Fe₁₄B单相合金，其化学通式为RE_xFe_yB_z；RE为Nd、Ce或Y；x、y和z分别为RE、Fe和B的原子百分比；x=（12.94-13.53）%，z=（（1/2）*x）%，y=（100-x-z）%。

上述RE₂Fe₁₄B单相合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）按原子百分比Fe₅₀B₅₀分别称取Fe粉和B粉，混合，压型，然后置于惰性气体保护的真空感应熔炼炉中，于1400-1800℃中反复熔炼直至各成分混合均匀，得Fe-B合金；

（2）退火：将Fe-B合金置于真空玻璃管中，于900-1100℃保温15-18天，然后在冰水中淬火；

（3）测定退火后Fe-B合金中Fe和B的含量；

（4）按步骤（3）测定的结果，向退火后的Fe-B合金中添加稀土元素RE，使其配成RE_xFe_yB_z（x=（12.94-13.53）%，z=（（1/2）*x）%，y=（100-x-z）%），然后在惰性气体保护的真空感应熔炼炉中，于1200-1700℃中反复熔炼直至各成分混合均匀，得RE-Fe-B合金；

（5）将步骤（4）制得的RE-Fe-B合金置于真空玻璃管中，于700-800℃保温15-18天，然后在冰水中淬火，得RE₂Fe₁₄B单相合金。

进一步地，步骤（1）中Fe粉和B粉的纯度均为99.99%。

进一步地，步骤（2）中将Fe-B合金置于真空玻璃管中，再放入退火炉中，以每分钟5℃的速度升为900℃后，保温1h，然后再以每分钟2℃的速度升为1000℃，保温15天，最后在冰水中淬火。

进一步地，步骤（5）中将RE-Fe-B合金置于真空玻璃管中，再放入退火炉中，以每分钟5℃的速度升为700℃后，保温0.5h，然后再以每分钟2℃的速度升为800℃，保温15天，最后在冰水中淬火。

本发明提供的RE₂Fe₁₄B单相合金及其制备方法，具有以下有益效果：

（1）该制备方法简单可行，成本低，制备出的RE₂Fe₁₄B单相合金纯度高，同时还解决了磁体成分单一的问题。

（2）通过本发明提供的制备工艺，得出了Nd₂Fe₁₄B、Ce₂Fe₁₄B和Y₂Fe₁₄B三种单相合金，Nd₂Fe₁₄B、Ce₂Fe₁₄B和Y₂Fe₁₄B可作为合金中的硬磁相，当合金中硬磁相的相对含量较多，纯度较高时，有利于提高磁性材料的内禀矫顽力以及最大磁能积，最终提高稀土永磁材料的综合磁性能；其次，通过三种单相合金的制备，为验证RE₂Fe₁₄B物相的晶体结构提供了前期的合金样品的制备技术；再者通过单相样品的制备也为合成双主相（Nd₂Fe₁₄B-RE₂Fe₁₄B）提供了理论及实验指导。

附图说明

图1为实施例1所得Nd₂Fe₁₄B单相合金的X射线图。

图2为实施例2所得Ce₂Fe₁₄B单相合金的X射线图。

图3为实施例3所得Y₂Fe₁₄B单相合金的X射线图。

图4为实施例1所得Nd₂Fe₁₄B单相合金的SEM图。

图5为实施例2所得Ce₂Fe₁₄B单相合金的SEM图。

图6为实施例3所得Y₂Fe₁₄B单相合金的的SEM图。

具体实施方式

实施例1

一种Nd₂Fe₁₄B单相合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）按原子百分比Fe₅₀B₅₀，分别称取纯度均为99.99%的Fe粉和B粉，置于添加有无水酒精的玛瑙研钵中进行均匀混合，无水酒精的目的是让粉末更加容易分散，将混合好的原料在7MPa的压力下进行压型，然后置于氩气作为保护气体的真空感应熔炼炉中反复熔炼5次，熔炼温度为1800℃，得成分均匀的Fe-B合金；

（2）退火：将Fe-B合金置于真空玻璃管中，再放入退火炉中，以每分钟5℃的速度升为900℃后，保温1h，然后再以每分钟2℃的速度升为1000℃，保温15天，最后在冰水中淬火；

（3）将退火后的Fe-B合金进行原子发射光谱（ICP）测试，获得退火后Fe和B的实际含量；

（4）按步骤（3）测定的结果，向退火后的Fe-B合金中添加稀土元素Nd，使其配成Nd_xFe_yB_z（x=13.2%，z=6.6%，y=80.2%；x、y和z分别为Nd、Fe和B的原子百分比），然后在氩气作为保护气体的真空感应熔炼炉反复熔炼4次，熔炼温度为1700℃，得成分均匀的Nd-Fe-B合金；

（5）将步骤（4）制得的Nd-Fe-B合金置于真空玻璃管中，再放入退火炉中，以每分钟5℃的速度升为700℃后，保温0.5h，然后再以每分钟2℃的速度升为800℃，保温15天，最后在冰水中淬火，得Nd₂Fe₁₄B单相合金，并对其进行X射线及扫描电镜分析，结果分别见图1和图4。

图1为制备出的Nd₂Fe₁₄B单相合金的X射线图；其中cal为计算的图谱，obs为实测图谱，obs-cal为计算图谱与实测图谱的拟合度，bragg position为物相的布拉格位置，GOF为拟合度的数值，数据显示实测图谱与计算图谱拟合度较好。

图4为Nd₂Fe₁₄B单相合金的SEM图，从图中可以看出该合金通过上述制备工艺，为单相样品。

实施例2

一种Ce₂Fe₁₄B单相合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）按原子百分比Fe₅₀B₅₀，分别称取纯度均为99.99%的Fe粉和B粉，置于添加有无水酒精的玛瑙研钵中进行均匀混合，无水酒精的目的是让粉末更加容易分散，将混合好的原料在7MPa的压力下进行压型，然后置于氩气作为保护气体的真空感应熔炼炉中反复熔炼5次，熔炼温度为1800℃，得成分均匀的Fe-B合金；

（2）退火：将Fe-B合金置于真空玻璃管中，再放入退火炉中，以每分钟5℃的速度升为900℃后，保温1h，然后再以每分钟2℃的速度升为1000℃，保温15天，最后在冰水中淬火；

（3）将退火后的Fe-B合金进行原子发射光谱（ICP）测试，获得退火后Fe和B的实际含量；

（4）按步骤（3）测定的结果，向退火后的Fe-B合金中添加稀土元素Ce，使其配成Ce_xFe_yB_z（x=13.4%，z=6.7%，y=79.9%；x、y和z分别为Ce、Fe和B的原子百分比），然后在氩气作为保护气体的真空感应熔炼炉反复熔炼4次，熔炼温度为1700℃，得成分均匀的Ce-Fe-B合金；

（5）将步骤（4）制得的Ce-Fe-B合金置于真空玻璃管中，再放入退火炉中，以每分钟5℃的速度升为700℃后，保温0.5h，然后再以每分钟2℃的速度升为800℃，保温15天，最后在冰水中淬火，得Ce₂Fe₁₄B单相合金，并对其进行X射线及扫描电镜分析，结果分别见图2和图5。

图2为制备出的Ce₂Fe₁₄B单相合金的X射线图；其中cal为计算的图谱，obs为实测图谱，obs-cal为计算图谱与实测图谱的拟合度，bragg position为物相的布拉格位置，GOF为拟合度的数值，数据显示实测图谱与计算图谱拟合度较好。

图4为Ce₂Fe₁₄B单相合金的SEM图，从图中可以看出该合金通过上述制备工艺，为单相样品。

实施例3

一种Y₂Fe₁₄B单相合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）按原子百分比Fe₅₀B₅₀，分别称取纯度均为99.99%的Fe粉和B粉，置于添加有无水酒精的玛瑙研钵中进行均匀混合，无水酒精的目的是让粉末更加容易分散，将混合好的原料在7MPa的压力下进行压型，然后置于氩气作为保护气体的真空感应熔炼炉中反复熔炼5次，熔炼温度为1800℃，得成分均匀的Fe-B合金；

（2）退火：将Fe-B合金置于真空玻璃管中，再放入退火炉中，以每分钟5℃的速度升为900℃后，保温1h，然后再以每分钟2℃的速度升为1000℃，保温15天，最后在冰水中淬火；

（3）将退火后的Fe-B合金进行原子发射光谱（ICP）测试，获得退火后Fe和B的实际含量；

（4）按步骤（3）测定的结果，向退火后的Fe-B合金中添加稀土元素Y，使其配成Y_xFe_yB_z（x=12.96%，z=6.48%，y=80.56%；x、y和z分别为Y、Fe和B的原子百分比），然后在氩气作为保护气体的真空感应熔炼炉反复熔炼4次，熔炼温度为1700℃，得成分均匀的Y-Fe-B合金；

（5）将步骤（4）制得的Y-Fe-B合金置于真空玻璃管中，再放入退火炉中，以每分钟5℃的速度升为700℃后，保温0.5h，然后再以每分钟2℃的速度升为800℃，保温15天，最后在冰水中淬火，得Y₂Fe₁₄B单相合金，并对其进行X射线及扫描电镜分析，结果分别见图3和图6。

图3为制备出的Y₂Fe₁₄B单相合金的X射线图；其中cal为计算的图谱，obs为实测图谱，obs-cal为计算图谱与实测图谱的拟合度，bragg position为物相的布拉格位置，GOF为拟合度的数值，数据显示实测图谱与计算图谱拟合度较好。

图6为Y₂Fe₁₄B单相合金的SEM图，从图中可以看出该合金通过上述制备工艺，为单相样品。