一种高铈含量高性能的钕铁硼磁体及其制备方法与流程

本技术涉及稀土永磁材料，尤其是涉及一种高铈含量高性能的钕铁硼磁体及其制备方法。

背景技术：

1、钕铁硼磁体，是由钕、铁、硼形成的四方晶系晶体，具有优异的磁性能、极高的磁能积以及极强的矫顽力，被广泛应用于电子、电力机械、医疗器械、玩具、包装、五金机械以及航天航空等领域中。因此，钕铁硼磁体具有广泛的商业用途。

2、现有的钕铁硼磁体大多采用重稀土元素取代钕元素进行制备。然而，重稀土元素属于稀缺且不可再生的资源，过度依赖重稀土元素制备钕铁硼磁体成本高，且容易造成资源的不平衡，有悖于可持续发展理念。然而，采用轻稀土元素部分取代钕元素时，随着轻稀土元素的取代量的增加，钕铁硼磁体的性能下降较快。因此，在制备较低含量的重稀土元素的钕铁硼磁体时，钕铁硼磁体的性能往往不佳。

3、综上所述，急需一种使用较低含量的重稀土元素以此实现较低成本、且性能较高的钕铁硼磁体，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述至少一种技术问题，开发一种使用较低含量的重稀土元素以此实现较低成本、且性能较高的钕铁硼磁体，本技术提供一种高铈含量高性能的钕铁硼磁体及其制备方法。

2、一方面，本技术提供的一种高铈含量高性能的钕铁硼磁体，包括磁体核结构，所述磁体核结构包括主相合金ⅰ和主相合金ⅱ，所述主相合金ⅰ和所述主相合金ⅱ之间的质量之比为3～5:1；所述主相合金ⅰ包括如下成分：(cex,nd1-x)afebbc，0.6≤x≤0.9，a+b+c＝100wt％；其中，20wt％≤b≤30wt％，1wt％≤c≤2wt％，余量为a；所述主相合金ⅱ包括如下成分：nd2fe14b。

3、通过采用上述技术方案，本技术提供的钕铁硼磁体采用双主相合金构成，且含有轻稀土元素ce的主相合金ⅰ的含量明显高于不含轻稀土元素ce的主相合金ⅱ的含量；即，在已知的nd2fe14b主相中，引入了本技术采用的特定的(cex,nd1-x)afebbc主相，使得本技术提供的钕铁硼磁铁构成以(cex,nd1-x)afebbc成分为主的高铈含量的钕铁硼磁铁，降低了重稀土元素nd在钕铁硼磁体中的比例和使用率，提高了储量相对丰富的轻稀土元素ce的利用率，能够有效降低钕铁硼磁体使用重稀土元素时的成本；同时，较现有技术中，直接采用轻稀土元素ce部分取代重稀土元素nd的钕铁硼磁铁相比，能够使得本技术提供的钕铁硼磁体在具备高铈含量的同时，更接近nd2fe14b的成分比例，能够有效降低由于轻稀土元素ce取代重稀土元素nd而造成的钕铁硼磁体磁性能的快速恶化，从而能够使得本技术提供的钕铁硼磁体在使用较低含量的重稀土元素实现较低成本的同时，满足高性能的要求。

4、可选的，所述主相合金ⅰ包括如下成分：(cex,nd1-x)afebbc，x＝0.83，a+b+c＝100wt％；其中，a＝75.3wt％，b＝23.5wt％，c＝1.2wt％。

5、通过采用上述技术方案，当主相合金ⅰ的成分采用特定的配比时，本技术提供的钕铁硼磁体的性能更佳。

6、可选的，还包括磁体扩散源，所述磁体扩散源附着在所述磁体核结构的表面，且所述磁体扩散源经晶界扩散后在所述主相合金ⅰ和所述主相合金ⅱ的晶粒外围形成壳层。

7、通过采用上述技术方案，在本技术提供的钕铁硼磁体的磁体核结构表面还附着设置有磁体扩散源，且磁体扩散源能够经晶界扩散后被由外向内扩散至磁体核结构的内部，并在主相合金ⅰ和主相合金ⅱ的晶粒外围形成壳层，使得本技术提供的钕铁硼磁体形成“核-壳结构”，能够进一步提高本技术提供的钕铁硼磁体的矫顽力，以此进一步提高本技术提供的钕铁硼磁体的性能。

8、可选的，所述磁体扩散源包括dy/tb合金扩散源和al-ce合金扩散源，所述dy/tb合金扩散源沿所述磁体核结构的磁极边缘设置，所述dy/tb合金扩散源附着的面积占所述磁体核结构的磁极面积的20～30％，所述磁体核结构的其余表面均被所述al-ce合金扩散源附着。

9、通过采用上述技术方案，对本技术提供的钕铁硼磁体的磁体扩散源进行了进一步限定，本技术采用的磁体扩散源由重稀土元素dy/tb构成的合金和含轻稀土元素ce的al-ce合金共同组成，形成了重稀土合金和轻稀土合金组成的复合扩散源，并对dy/tb合金扩散源和al-ce合金扩散源的附着位置和附着面积进行了限制，使得dy/tb合金扩散源在强化本技术提供的钕铁硼磁体中磁体核结构的易退磁部位的同时，al-ce合金扩散源提供更多低熔点的液相，促使dy/tb合金扩散源的晶界扩散，以此实现在降低重稀土元素用量的同时，能够进一步提高本技术提供的钕铁硼磁体的矫顽力，以此进一步提高本技术提供的钕铁硼磁体的性能。

10、第二方面，本技术提供了上述高铈含量高性能的钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：

11、s1、制备主相合金ⅰ的粉料和主相合金ⅱ的粉料；

12、s2、将所述主相合金ⅰ的粉料和所述主相合金ⅱ的粉料按照3～5:1的质量之比混合，获得混合粉料；

13、s3、将所述混合粉料放置于取向磁场中，冲压成型，制得生坯；

14、s4、对所述生坯进行烧结处理和回火处理，冷却，制得磁体核结构，所述磁体核结构构成所述高铈含量高性能的钕铁硼磁体。

15、通过采用上述技术方案，将(cex,nd1-x)afebbc主相合金ⅰ的粉料引入nd2fe14b主相合金ⅱ的粉料中，使得采用本技术提供的钕铁硼磁体的制备方法制得的钕铁硼磁体具备高铈含量的特性，减少了重稀土元素nd在钕铁硼磁体中的比例和使用率，能够有效降低制备钕铁硼磁体使用重稀土元素时的成本；同时，本技术采用双主相合金法制备钕铁硼磁体，使得制得的钕铁硼磁体在具备高铈含量的同时，更接近nd2fe14b的成分比例，有效降低了由于轻稀土元素ce取代重稀土元素nd而造成的钕铁硼磁体磁性能的快速恶化，从而能够使得制得的钕铁硼磁体在使用较低含量的重稀土元素实现较低成本的同时，满足高性能的要求。

16、可选的，所述步骤s1中，制备所述主相合金ⅰ的粉料的方法如下：

17、步骤一：将纯ce、纯nd、纯fe以及硼粉按照主相合金ⅰ的成分进行称重配料，获得目标原料ⅰ；

18、步骤二：对所述目标原料ⅰ进行熔炼和浇铸，制得合金片ⅰ；

19、步骤三：对所述合金片ⅰ进行氢破碎处理，制得主相合金ⅰ的粗粉；

20、步骤四：采用气流磨对所述主相合金ⅰ的粗粉进一步研磨，制得主相合金ⅰ的粉料。

21、通过采用上述技术方案，采用气流磨对主相合金ⅰ的粗粉进行进一步研磨，能够使得制得的主相合金ⅰ的粉料更易与主相合金ⅱ的粉料混合，从而进一步提高混合粉料的均匀性；同时，还便于采用气流磨双旋风对进一步研磨后的废料进行回收利用，减少了原材料的浪费。

22、可选的，所述步骤s1中，制备所述主相合金ⅱ的粉料的方法如下：

23、步骤一：将纯nd、纯fe以及硼粉按照主相合金ⅱ的成分进行称重配料，获得目标原料ⅱ；步骤二：对所述目标原料ⅱ进行熔炼和浇铸，制得合金片ⅱ；

24、步骤三：对所述合金片ⅱ进行氢破碎处理，制得主相合金ⅱ的粗粉；

25、步骤四：采用气流磨对所述主相合金ⅱ的粗粉进一步研磨，制得主相合金ⅱ的粉料。

26、通过采用上述技术方案，采用气流磨对主相合金ⅱ的粗粉进行进一步研磨，能够使得制得的主相合金ⅱ的粉料更易与主相合金ⅰ的粉料混合，从而进一步提高混合粉料的均匀性；同时，还便于采用气流磨双旋风对进一步研磨后的废料进行回收利用，减少了原材料的浪费。

27、可选的，所述步骤s4中，所述烧结处理的条件为：烧结温度为1050～1200℃，烧结时间为3～5h；所述回火处理的条件为：回火温度为600～900℃，回火时间为5～8h。

28、可选的，还包括步骤s5、对所述磁体核结构进行晶界扩散处理，包括如下步骤：

29、s5.1、对所述磁体核结构的表面进行清洁处理，获得表面洁净的磁体核结构；

30、s5.2、沿所述表面洁净的磁体核结构的磁极边缘进行磁控溅射dy/tb合金扩散源，并在所述表面洁净的磁体核结构的其余表面进行磁控溅射al-ce合金扩散源，且所述dy/tb合金扩散源的磁控溅射面积为所述表面洁净的磁体核结构的磁极面积的20～30％，制得预备磁体块；s5.3、将所述预备磁体块置于温度为750～900℃的环境中，保温处理6～8h，再置于温度为450～550℃的环境中，回火处理2～3h，冷却。

31、通过采用上述技术方案，在本技术提供的钕铁硼磁体的制备方法中，进行晶界扩散时，选用的扩散源为重稀土元素dy/tb构成的合金和含轻稀土元素ce的al-ce合金共同组成的复合扩散源，并对dy/tb合金扩散源和al-ce合金扩散源的磁控溅射的位置和附着面积进行了限制，以此进一步提高本技术提供的钕铁硼磁体的性能。

32、可选的，所述高铈含量高性能的钕铁硼磁体的制备方法在封闭环境中进行，且控制氧含量在20ppm以内。

33、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

34、1.本技术提供的钕铁硼磁体采用双主相合金构成，在已知的nd2fe14b主相中，引入了本技术采用的特定的(cex,nd1-x)afebbc主相，使得本技术提供的钕铁硼磁铁构成以(cex,nd1-x)afebbc成分为主的高铈含量的钕铁硼磁铁，降低了重稀土元素nd在钕铁硼磁体中的比例和使用率，提高了储量相对丰富的轻稀土元素ce的利用率，能够有效降低钕铁硼磁体使用重稀土元素时的成本。

35、2.本技术提供的钕铁硼磁体较现有技术相比，因本技术提供的钕铁硼磁体采用双主相合金构成，能够使得本技术提供的钕铁硼磁体在具备高铈含量的同时，更接近nd2fe14b的成分比例，能够有效降低由于轻稀土元素ce取代重稀土元素nd而造成的钕铁硼磁体磁性能的快速恶化，从而能够使得本技术提供的钕铁硼磁体在使用较低含量的重稀土元素实现较低成本的同时，满足高性能的要求。

36、具体实施方式

37、以下结合实施例和对比例对本技术作进一步详细说明。

38、本技术设计了一种高铈含量高性能的钕铁硼磁体，包括磁体核结构，所述磁体核结构包括主相合金ⅰ和主相合金ⅱ，所述主相合金ⅰ和所述主相合金ⅱ之间的质量之比为3～5:1；所述主相合金ⅰ包括如下成分：(cex,nd1-x)afebbc，0.6≤x≤0.9，a+b+c＝100wt％；其中，20wt％≤b≤30wt％，1wt％≤c≤2wt％，余量为a；所述主相合金ⅱ包括如下成分：nd2fe14b。

39、本技术的高铈含量高性能的钕铁硼磁体的制备方法，包括以下步骤：

40、s1、制备主相合金ⅰ的粉料和主相合金ⅱ的粉料；

41、s2、将所述主相合金ⅰ的粉料和所述主相合金ⅱ的粉料按照3～5:1的质量之比混合，获得混合粉料；

42、s3、将所述混合粉料放置于取向磁场中，冲压成型，制得生坯；

43、s4、对所述生坯进行烧结处理和回火处理，冷却，制得磁体核结构，所述磁体核结构构成所述高铈含量高性能的钕铁硼磁体。