一种钕铁硼磁体剩磁的计算方法

一种钕铁硼磁体剩磁的计算方法
【专利摘要】本发明提供了一种钕铁硼磁体剩磁的理论计算方法，通过验证Br与成分的关系，为指导高性能NdFeB烧结磁体的制作提供了理论依据。本发明基于钕铁硼磁体相平衡基础上，综合考量了其他影响元素对磁体的影响，定量计算了钕铁硼烧结磁体中的主相、富稀土相、富B相以及其他影响元素相的体积分数，最后得到了磁体的室温剩磁。本发明与实际生产中对回火后的磁体制样测试磁性能的方法相比，能够快速的估算出磁体的剩磁数据，进而能够准确的定义磁体磁性参数的范围区间，对实际生产中能够及时动态的调整磁体配方起到了重要的指导性作用，降低了磁体生产的不合格率，减少时间和成本的浪费，保证生产的平稳进行，而且对开发新产品也起到了非常大的帮助。
【专利说明】
-种铁铁棚磁体剩磁的计算方法
技术领域
[0001] 本发明属于稀±磁性材料制备技术领域，尤其设及一种钦铁棚磁体剩磁的计算方 法。
【背景技术】
[0002] 磁体是能够产生磁场的物质，具有吸引铁磁性物质如铁、儀、钻等金属的特性。磁 体一般分为永磁体和软磁体，作为导磁体和电磁体的材料大都是软磁体，其极性是随所加 磁场极性而变化的；而永磁体即硬磁体，能够长期保持其磁性的磁体，不易失磁，也不易被 磁化。因而，无论是在工业生产还是在日常生活中，硬磁体最常用的强力材料之一。
[0003] 硬磁体可W分为天然磁体和人造磁体，人造磁铁是指通过合成不同材料的合金可 W达到与天然磁体(吸铁石）相同的效果，而且还可W提高磁力。20世纪50年代制造出了铁 氧体(Ferrite), 60年代，稀±永磁的出现，则为磁体的应用开辟了一个新时代，第一代衫钻 永磁SmCos，第二代沉淀硬化型衫钻永磁SmsCou，迄今为止，发展到第S代钦铁棚永磁材料 (NdFeB)。虽然目前铁氧体磁体仍然是用量最大的永磁材料，但钦铁棚磁体的产值已大大超 过铁氧体永磁材料，已发展成一大产业。
[0004] 钦铁棚磁体也称为钦磁体(Neodymium magnet)，其化学式为NdsFewB,是一种人造 的永久磁体，也是目前为止具有最强磁力的永久磁体，其最大磁能积(BHmax)局过铁氧体10 倍W上，在裸磁的状态下，其磁力可达到3500高斯左右。钦铁棚磁体的优点是性价比高，体 积小、重量轻、良好的机械特性和磁性强等特点，如此高能量密度的优点使钦铁棚永磁材料 在现代工业和电子技术中获得了广泛的应用，在磁学界被誉为磁王。因而，钦铁棚磁体的制 备和扩展一直是业内持续关注的焦点。
[0005] 在磁体的制备过程中，磁性能参数，尤其是主要参数之一的剩磁，一直是影响制备 过程的关键，对参数的测量和预估直接反馈回制备过程，从而对制备过程中的各个相应的 变量进行调整。目前使用较为广泛的磁性材料磁性参数测量主要有两种方法：电磁感应法 和霍尔效应法。但上述两种方法都有明显的缺点，前者的不能自动连续测量和后者的误差 影响因素太多限制了它们在永磁测量方面的应用。目前在国内最有代表性的磁性测量设备 是中国计量科学研究院研制的NIM-10000H#±永磁无损检测系统，但是钦铁棚磁体的材料 制备过程需要经历如下步骤:配料、烙炼或甩带、氨爆、混粗粉、气流磨、混细粉、压制、烧结、 回火等，最后得到毛巧才能制样检测磁性能。而运种非实时的检测方法会严重影响反馈的 时效性，如果毛巧的磁性能参数不合格，将造成时间、成本和利用率的浪费，延误成品加工 和交期，造成难W挽回的损失。
[0006] 因此，如何得到一种较准确的对钦铁棚磁体剩磁性能的预估方法，使得在生产磁 体的同时，能够快速的估算出磁体的剩磁数据，从而及时的对生产进行调整，已成为钦铁棚 磁体生产厂家的研发人员广泛关注的问题之一。

【发明内容】

[0007] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种钦铁棚磁体剩磁的理论计算方 法，使用本发明提供的计算方法，能够快速的估算出磁体的剩磁数据，从而及时的对生产进 行调整，进而大大的降低了磁体生产的不合格率，减少了时间和成本的浪费，保证生产的平 稳进行。
[0008] 本发明提供了一种钦铁棚磁体剩磁的理论计算方法，包括W下步骤：
[0009] a)根据磁体的材料组成、相应成分的质量百分比W及各元素的相对原子质量，得 到磁体中各元素的原子个数W及各元素的原子个数百分比；
[0010] b)将磁体中的影响磁性能的元素进行分类，得到总稀±元素、类铁元素、B元素W 及其他影响元素，进而得到总稀±元素的原子个数百分比、类铁元素的原子个数百分比、B 元素的原子个数百分比W及其他影响元素的原子个数百分比；
[0011] 所述其他影响元素包括氧元素、氮元素和碳元素中的一种或多种；
[0012] C)根据上述步骤的分类，设定磁体中的平衡的各相，根据上述步骤得到的总稀± 元素的原子个数百分比、类铁元素的原子个数百分比、B元素的原子个数百分比W及其他影 响元素的原子个数百分比，计算得到各相的分子个数；
[0013] 所述各相包括主相、富稀±相、富B相W及其他影响元素相;所述其他影响元素相 包括氧化物相、氮化物相和碳化物相中的一种或多种；
[0014] d)根据各相的相对分子质量W及上述步骤得到的各相的分子个数，得到各相的质 量；
[0015] e)根据各相的密度W及上述步骤得到的各相的质量，得到各相的体积和各相的体 积比，再根据各相的体积比和各相的密度，得到钦铁棚磁体的理论密度；
[0016] f)根据式(I)进行验算，得到钦铁棚磁体的剩磁；
[0017]
式（1);
[0018] 其中，化为磁体的剩磁，A为正向畴体积分数，1-0为磁体主相的体积分数，曲齡为磁 体的实际密度，d狸仑为磁体的理论密度，COS^为实际磁体的主相的取向度，Js为磁体主相的 饱和磁极化强度。
[0019] 优选的，所述总稀上元素包括PrNd和/或其他稀上元素；
[0020] 所述类铁元素包括Fe和/或其他铁磁性物质。
[0021] 优选的，所述其他稀±元素包括Dy、Tb、Gd和化中的一种或多种；
[0022] 所述其他铁磁性物质包括Co和/或Nb。
[0023] 优选的，所述主相为R2M14B相，所述富稀±相为R90化細，所述富財目为化.1M4B4相；
[0024] 所述R为总稀±元素，所述M为类铁元素。
[0025] 优选的，所述氧化物相为R20袖，所述氮化物相为RN3，所述碳化物相为RC相；
[0026] 所述R为总稀±元素。
[0027] 优选的，所述计算为采用矩阵进行计算；
[00%]所述矩阵为{矩阵A}*{x} = {矩阵B};
[0029]所述各相中的各个原子个数作为矩阵A的列，各相中的相同原子的个数作为矩阵A 的行；
[0030] 所述类铁元素的原子个数百分比、总稀±元素的原子个数百分比、B元素的原子个 数百分比W及其他影响元素的原子个数百分比，分别作为单列矩阵B的列；
[0031] X为各相的分子个数。
[0032] 优选的，所述各相的密度为主相密度、富稀±相密度、富B相密度W及其他影响元 素相密度；
[0033] 所述其他影响元素相密度包括氧化物相密度、氮化物相密度和碳化物相密度中的 一种或多种；
[0034] 所述主相密度：dn(R2Mi4B) =7.65g/cm3;所述富稀± 相密度：dT2(R9〇Mi〇) =7. Og/ cm3;所述富財目密度:山3 (Ri. 1M4B4) = 3.56g/cm3;所述氧化物相密度:山4他〇3) = 7.24g/cm3; 所述氮化物相密度山日(RN3) = 7.69g/cm3;所述碳化物相密度:山6 (RC) = 7g/cm3;
[0035] 所述R为总稀±元素，所述M为类铁元素。
[0036] 优选的，所述磁体的理论密度为各相中，每相的密度与该相所占体积比的乘积，再 加和；
[0037] 所述正向畴体积分数为常量；
[003引所述CO游小于1。
[0039] 优选的，所述钦铁棚磁体按质量百分比组成包括:Pr-Nd: 28.6 %~32.0 % ;Dy: 0~ 3.0%;Tb:0~4.0%;Nb:0~2.0%;Al:0.05~0.45%;B:0.1%~2.0%;Cu:0.05~0.15%; Co:0~2.0% ;Ga:0~5% ;Gd:0~10% ;H〇:0~8% ;Zr:0~5% ;余量为化。
[0040] 优选的，所述磁体主相的饱和磁极化强度为主相中，每个稀±元素的饱和磁极化 强度与该稀±元素的原子个数百分比的乘积，再加和，再除W总稀±原子个数百分比；
[0041] 其中，所述磁体中含有Al元素时，所述磁体主相的饱和磁极化强度为主相中，每个 稀±元素的饱和磁极化强度与该稀±元素的原子个数百分比的乘积，再加和，再减去0.4与 Al元素原子个数百分比的乘积，再除W总稀±原子个数百分比。
[0042] 本发明提供了一种钦铁棚磁体剩磁的计算方法，包括W下步骤，首先根据钦铁棚 磁体的材料组成、相应成分的质量百分比W及各元素的相对原子质量，得到磁体中各元素 的原子个数W及各元素的原子个数百分比；再将磁体中的影响磁性能的元素进行分类，得 到总稀±元素、类铁元素、B元素W及其他影响元素，进而得到总稀±元素的原子个数百分 比、类铁元素的原子个数百分比、B元素的原子个数百分比W及其他影响元素的原子个数百 分比;所述其他影响元素包括氧元素、氮元素和碳元素中的一种或多种;然后根据上述步骤 的分类，设定磁体中的平衡的各相，根据上述步骤得到的总稀±元素的原子个数百分比、类 铁元素的原子个数百分比、B元素的原子个数百分比W及其他影响元素的原子个数百分比， 计算得到各相的分子个数;所述各相包括主相、富稀±相、富B相W及其他影响元素相;所述 其他影响元素相包括氧化物相、氮化物相和碳化物相中的一种或多种;再根据各相的相对 分子质量W及上述步骤得到的各相的分子个数，得到各相的质量;随后根据各相的密度W 及上述步骤得到的各相的质量，得到各相的体积和各相的体积比，再根据各相的体积比和 各相的密度，得到钦铁棚磁体的理论密度;最后根据式（I)进行验算，得到钦铁棚磁体的剩 磁；
[00创 或（I);
[0044] 其中，化为磁体的剩磁，A为正向畴体积分数，1-峽J磁体主相的体积分数，曲齡为磁 体的实际密度，d狸仑为磁体的理论密度，为实际磁体的主相的取向度，Js为磁体主相的 饱和磁极化强度。
[0045] 现有技术相比，本发明通过验证化与成分的关系，为指导高性能N沁eB烧结磁体的 制作提供理论依据，本发明基于钦铁棚磁体相平衡基础上，综合考量了其他影响元素对 NdFeB烧结磁体的影响，定量计算了钦铁棚烧结磁体中的主相、富稀±相、富B相W及其他影 响元素相的体积分数，最后得到了磁体的室溫剩磁。本发明通过计算方法的创新，根据各元 素配入成分计算出化的大致范围，与实际生产中对回火后的磁体制样测试磁性能的方法相 比，能够快速的估算出磁体的剩磁数据，进而能够快速准确的定义磁体磁性参数的范围区 间，对实际生产中能够及时动态的调整磁体配方起到了重要的指导性作用，进而大大降低 了磁体生产的不合格率，减少了时间和成本的浪费，保证了生产的平稳进行，而且对开发新 产品也起到了非常大的帮助。
[0046] 实验结果表明，本发明通过配方计算的理论剩磁与磁体实际剩磁非常接近，因而 本发明提供的磁体理论剩磁的计算方法，对磁体的性能参数起到了前期预见和良好的指导 效果。
【具体实施方式】
[0047] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，运些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的 限制。
[0048] 本发明对所有定义的涵义和表述方法没有特别限制，W本领域技术人员熟知的定 义涵义和常规的表述习惯即可，本领域技术人员基于领域内基本常识能够正确理解。
[0049] 本发明对所有计算公式的计算方法没有特别限制，W本领域技术人员熟知的常规 计算方法即可，本领域技术人员基于基本的数学常识能够正确的理解和计算。
[0050] 本发明提供了一种钦铁棚磁体剩磁的理论计算方法，包括W下步骤：
[0051] a)根据磁体的材料组成、相应成分的质量百分比W及各元素的相对原子质量，得 到磁体中各元素的原子个数W及各元素的原子个数百分比；
[0052] b)将磁体中的影响磁性能的元素进行分类，得到总稀±元素、类铁元素、B元素W 及其他影响元素，进而得到总稀±元素的原子个数百分比、类铁元素的原子个数百分比、B 元素的原子个数百分比W及其他影响元素的原子个数百分比；
[0053] 所述其他影响元素包括氧元素、氮元素和碳元素中的一种或多种；
[0054] C)根据上述步骤的分类，设定磁体中的平衡的各相，根据上述步骤得到的总稀± 元素的原子个数百分比、类铁元素的原子个数百分比、B元素的原子个数百分比W及其他影 响元素的原子个数百分比，计算得到各相的分子个数；
[0055] 所述各相包括主相、富稀±相、富B相W及其他影响元素相;所述其他影响元素相 包括氧化物相、氮化物相和碳化物相中的一种或多种；
[0056] d)根据各相的相对分子质量W及上述步骤得到的各相的分子个数，得到各相的质 量；
[0057] e)根据各相的密度W及上述步骤得到的各相的质量，得到各相的体积和各相的体 积比，再根据各相的体积比和各相的密度，得到钦铁棚磁体的理论密度；
[0058] f)根据式(I)进行验算，得到钦铁棚磁体的剩磁；
[0059]
或（I);
[0060] 其中，化为磁体的剩磁，A为正向畴体积分数，1-峽J磁体主相的体积分数，曲齡为磁 体的实际密度，d狸仑为磁体的理论密度，为实际磁体的主相的取向度，Js为磁体主相的 饱和磁极化强度。
[0061] 本发明首先根据磁体的材料组成、相应成分的质量百分比W及各元素的相对原子 质量，得到磁体中各元素的原子个数W及各元素的原子个数百分比。
[0062] 本发明所述磁体的材料组成，即是指需要进行推导计算的实际磁体的各个组成元 素，相应成分的质量百分比是指实际配比中各个组成元素的质量百分比含量。本发明对所 述实际中的各种常规偏差没有特别限制，W本领域技术人员熟知的烧结钦铁棚磁体配料上 的偏差即可，本领域技术人员可W根据实际生产情况、产品型号W及质量要求进行调整，本 发明所述钦铁棚磁体中的PrNd在制备磁体过程中有一定损失，可W为1.5%~3%，或者为 1.8%~2.7%，或者为2.0%~2.5% ;B元素损耗可W为0.5%~0.9%，或者为0.6%~ 0.8%，或者为0.7% ;其它元素损耗忽略不计。
[0063] 本发明对所述磁体没有特别限制，W本领域技术人员熟知的烧结钦铁棚磁体即 可;本发明对所述磁体的组成和含量没有特别限制，W本领域技术人员熟知的烧结钦铁棚 磁体的组成和含量即可，本领域技术人员可W根据实际生产情况、产品性能W及质量要求 进行调整，本发明钦铁棚磁体按质量百分比组成，优选包括Pr-Nd: 28.6%~32.0 % ;Dy: 0~ 3.0%;Tb:0~4.0%;Nb:0~2.0%;Al:0~0.45%;B:0.1%~2.0%;Cu:0.05~0.15%;Co: 0~2.0% ;Ga:0~5.0% ;Gd:0~10% ;H〇:0~8% ;Zr:0~5% ;余量为化。所述Pr-Nd的质量 百分比含量优选为29%~31.5%，更优选为29.5%~31 %，最优选为30.0%~30.5% ;所述 Dy的质量百分比含量优选为0.5%~2.5%，更优选为1.0%~2.0%，最优选为1.3%~ 1.8% ;所述化的质量百分比含量优选为0.5%~3.5%，更优选为1.0%~3.0%，最优选为 1.5%~2.5%;所述Nb的质量百分比含量优选为0.3%~1.7%，更优选为0.5%~1.5%，最 优选为0.8 %~1.2 % ;所述Al的质量百分比含量优选为0.05 %~0.4%，更优选为0.1 %~ 0.3 %，最优选为0.15%~0.25 % ;所述B的质量百分比含量优选为0.3 %~1.8%，更优选为 0.5%~1.5%，最优选为0.8%~1.2%;所述Cu的质量百分比含量优选为0.07%~0.13%， 更优选为0.08 %~0.12 %，最优选为0.09 %~0.11 % ;所述Co的质量百分比含量优选为 0.2%~1.8%，更优选为0.5%~1.5%，最优选为0.8%~1.2%;所述Ga的质量百分比含量 优选为1.0%~4.0%，更优选为1.5%~3.5%，最优选为2.0%~3.0%;所述Gd的质量百分 比含量优选为1.0%~9.0%，更优选为3.0%~7.0%，最优选为4.0%~6.0%;所述化的质 量百分比含量优选为1.0%~7.0%，更优选为2.0%~6.0%，最优选为3.0%~5.0%;所述 Zr的质量百分比含量优选为1.0 %~4.0 %，更优选为1.5 %~3.5 %，最优选为2.0 %~ 3.0%。
[0064] 特别的，由于烧结钦铁棚磁体中含一定质量分数的氧、氮和碳，均对磁体磁性能有 重要影响，因此本发明将氧、氮和碳中的一种或多种当成Nd-Fe-B中合金元素来考虑，根据 钦铁棚磁体文献资料，所述0的质量百分比含量优选为0.06%~0.1 %，更优选为0.07%~ 0.09%，最优选为0.08 % ;所述N的质量百分比含量优选为0.01 %~0.05 %，更优选为 0.02 %~0.04 %，最优选为0.03 % ;所述C的质量百分比含量优选为0.04%~0.08 %，更优 选为0.05%~0.07%，最优选为0.06%。
[0065] 本发明对所述各元素的相对原子质量没有特别限制，W本领域技术人员熟知的元 素的相对原子质量即可，本发明所述相对原子质量优选为：Pr:140.908、Nd:144.24、Dy: 162.5、Tb:158.925、Nb:92.9064、Al:26.981539、B:10.81、Cu:63.546、Co:58.93、Ga:69.72、 Gd:157.25、Ho:164.93、Zr:91.22Je:55.847、0:15.9994、N:14.0067、C:12。
[0066] 本发明通过磁体的材料组成W及相应成分的质量百分比，再基于原子个数=质 量/相对原子质量，得到组成钦铁棚磁体的各元素的原子个数，再通过原子个数计算各元素 的原子个数百分比。
[0067] 本发明再将磁体中的影响磁性能的元素进行分类，得到总稀±元素、类铁元素、B 元素W及其他影响元素，进而得到总稀±元素的原子个数百分比、类铁元素的原子个数百 分比、B元素的原子个数百分比W及其他影响元素的原子个数百分比；
[0068] 所述其他影响元素包括氧元素、氮元素和碳元素中的一种或多种。
[0069] 本发明对所述分类没有特别限制，W本领域技术人员熟知的分类方法即可，本领 域技术人员可W根据实际生产情况、产品型号W及质量要求进行调整，本发明优选按照对 磁性能的影响进行分类，优选将稀±元素分成一类--总稀±元素，优选包括所有稀±元素， 更优选为PrNd和/或其他稀±元素;所述其他稀±元素优选包括Dy、Tb、Gd和化等中的一种 或多种;优选将类铁元素分成一类--类铁元素，优选包括Fe和/或其他铁磁性物质;所述其 他铁磁性物质优选包括Co和/或师等;优选将B元素分成一类;优选将其他影响元素进行分 类，优选包括氧元素、氮元素和碳元素中的一种或多种。
[0070] 本发明进而根据上述分类，得到各个类别元素的原子个数百分比，优选为总稀± 元素的原子个数百分比、类铁元素的原子个数百分比、B元素的原子个数百分比、氧元素的 原子个数百分比、氮元素的原子个数百分比和碳元素的原子个数百分比。其中，氧元素中的 0原子一半W单质存在，一半与Nd形成化合物Ncb〇3;氮元素和碳元素类似，分别形成Nd化和 NdC化合物。
[0071] 本发明然后根据上述步骤的分类，设定磁体中的平衡的各相，根据上述步骤得到 的总稀±元素的原子个数百分比、类铁元素的原子个数百分比、B元素的原子个数百分比W 及其他影响元素的原子个数百分比，计算得到各相的分子个数；
[0072] 所述各相包括主相、富稀±相、富B相W及其他影响元素相;所述其他影响元素相 包括氧化物相、氮化物相和碳化物相中的一种或多种；
[0073] 本发明依据前述分类设定磁体中各相，且各相相互平衡，所述各相优选包括主相、 富稀±相、富B相W及其他影响元素相，其中所述其他影响元素相优选包括氧化物相、氮化 物相和碳化物相中的一种或多种；具体可W为:设NdFeB磁体中六相相互平衡，六相分别为 Tl相(R2M14B相，主相）、T2相(RwMio相，富稀±相或是富Nd相）、T3相(Ri. 1M4B4相，富財目）、T4相 (R2化相，氧化物相）、T5相(R化相，氮化物相）、T6相(RC相，碳化物相），其中R代表总稀±元 素，如NcbMwB相、DysMwB相、I^MmB相化MmB相等；所述M代表类铁元素，如R2化14B相或R2C014B 相等。
[0074] 本发明对上述步骤C)中所述计算的具体方法没有特别限制，本领域技术人员可W 根据实际生产情况、产品型号W及质量要求进行调整，本发明所述计算的计算公式优选为 根据公式:各相中每个分子中原子的个数*分子个数=原子的总个数。
[0075] 所述计算的计算方法更优选为采用矩阵进行计算；
[0076] 所述矩阵优选为{矩阵A}*{x} = {矩阵B};
[0077] 所述各相中的各个原子个数优选作为矩阵A的列，各相中的相同原子的个数优选 作为矩阵A的行;上述步骤得到的类铁元素的原子个数百分比、总稀±元素的原子个数百分 比、B元素的原子个数百分比W及其他影响元素的原子个数百分比，分别作为单列矩阵B的 列，而所述解向量X则为需要求得的各相的分子个数，如主相、富稀±相、富B相、氧化物相、 氮化物相和碳化物相的分子数。
[0078] 本发明再根据各相的相对分子质量W及上述步骤得到的各相的分子个数，得到各 相的质量。
[0079] 本发明对所述各相的相对分子质量的定义和计算方法没有特别限制，W本领域技 术人员熟知的定义和计算方法即可，本领域技术人员可W根据实际生产情况、产品型号W 及质量要求进行调整，本发明优选按照相对分子质量是化学式中各个原子的相对原子质量 的总和进行计算，把相对分子质量优选计为化TI(RsMmB)、M;tt2(Ri. 1M4B4)、化13(RsoMio)、M;tt4 (R2O3)、化 T5(RN3)、化 T6(RC)。
[0080] 本发明又优选依据相对分子质量=相对原子质量*原子的个数，再优选根据公式： 质量=分子数*相对分子质量，即各相的相对分子质量=各相的分子个数*各相的相对分子 质量，最后求得Tl~T6各相的质量。
[0081] 本发明随后根据各相的密度W及上述步骤得到的各相的质量，得到各相的体积和 各相的体积比，再根据各相的体积比和各相的密度，得到钦铁棚磁体的理论密度。
[0082] 本发明对所述各相的密度没有特别限制，W本领域技术人员熟知的各相的密度即 可，本领域技术人员可W根据实际生产情况、产品型号W及质量要求进行调整，本发明所述 各相的密度优选为主相密度、富稀±相密度、富B相密度W及其他影响元素相密度;所述其 他影响元素相密度优选包括氧化物相密度、氮化物相密度和碳化物相密度中的一种或多 种；具体的所述钦铁棚磁体若由六个相组成，各自密度分别优选为所述主相密度：dTi (R2M14B) = 7.65g/cm3;所述富稀±相密度：dT2(R9〇Mi〇) = 7 . Og/cm3;所述富B相密度：dT3 (Ri. 1M4B4) = 3.56g/cm3;所述氧化物相密度：dT4(R2〇3) = 7.24g/cm3;所述氮化物相密度山5 (RN3) = 7.69g/cm3;所述碳化物相密度:山6 (RC) = 7g/cm3;其中所述3代表总稀±元素，所述M 代表类铁元素。
[0083] 进而根据质量/密度=体积，即各相的质量/各相的相密度=各相的体积，最后得 出Tl~T6各相的体积Vti~VtsW及各相的体积占比Vi%~V6%。
[0084] 本发明再根据各相的体积比和各相的密度，得到钦铁棚磁体的理论密度。
[0085] 本发明对所述钦铁棚磁体的理论密度的计算方法没有特别限制，W本领域技术人 员熟知的理论密度的计算方法即可，本领域技术人员可W根据实际生产情况、产品型号W 及质量要求进行调整，本发明所述磁体的理论密度优选为各相中，每相的密度与该相所占 体积比的乘积，再加和。
[0086] 当磁体为六相时，所述磁体的理论密度d狸仑，具体可W表述为:d狸仑=dTi*Vi % +山2* V2 % +dT3*V3 % dT4*V4 % +dT5*V5 % +dT6*V6 %。
[0087] 本发明最后根据式(I)进行验算，得到钦铁棚磁体的剩磁；
[0088]
式(I);
[0089] 其中，化为磁体的剩磁，A为正向畴体积分数，1-峽J磁体主相的体积分数，曲齡为磁 体的实际密度，d狸仑为磁体的理论密度，G0S巧为实际磁体的主相的取向度，Js为磁体主相的 饱和磁极化强度。
[0090] 本发明对所述钦铁棚磁体剩磁的计算公式没有特别限制，W本领域技术人员熟知 的剩磁计算公式即可，本领域技术人员可W根据实际生产情况、产品型号W及质量要求进 行调整，本发明所述剩磁的计算公式优选参照式(I)进行计算。本发明对所述钦铁棚磁体的 正向畴体积分数没有特别限制，W本领域技术人员熟知的正向畴体积分数即可，本领域技 术人员可W根据实际生产情况、产品型号W及质量要求进行调整，本发明所述正向畴体积 分数优选为常量，更具体优选为0.96。本发明对所述C胃0~S~各，即实际磁体的主相的取向度没 有特别限制，本领域技术人员可W根据实际生产情况、产品型号W及质量要求进行调整和 选择，本发明所述实际磁体的主相的取向度优选为小于1，更优选为0.96~0.98，更 优选为0.97~0.98，具体可W为0.98。本发明对所述di?，即钦铁棚磁体的实际密度没有特 别限制，W本领域技术人员熟知的生产中钦铁棚磁体的实际密度即可，本领域技术人员可 W根据实际生产情况、产品型号W及质量要求进行调整，本发明所述曲辭磁体的实际密度优 选为定量，更具体优选为7.5g/cm3。
[0091] 本发明对所述Js,即钦铁棚磁体主相的饱和磁极化强度，没有特别限制，W本领域 技术人员熟知的磁体主相的饱和磁极化强度即可，本领域技术人员可W根据实际生产情 况、产品型号W及质量要求进行调整和计算，本发明所述磁体主相的饱和磁极化强度优选 为主相中，每个稀±元素的饱和磁极化强度与该稀±元素的原子个数百分比的乘积，再加 和，再除W总稀±原子个数百分比，即钦铁棚磁体主相的饱和磁极化强度公式=((Ri) 2Fei4B的饱和磁极化强度*Ri的原子个数百分比+ (R2)2Fei4B的饱和磁极化强度*R2的原子个 数百分比+~+(Rn)2Fei4B的饱和磁极化强度*Rn的原子个数百分比）/总稀±原子个数百分 tk。其中（Rl)~Rn为每个稀±元素。
[0092] 本发明优选指出，在磁体成分中含有元素Al时，可形成Nd-Fe-Al-B合金。由于少量 的Al即可显著地提高钦铁棚系材料的矫顽力，因此计算主相的饱和磁极化强度应考虑到Al 的不利影响，进而本发明特别优选，所述磁体中含有Al元素时，所述磁体主相的饱和磁极化 强度为主相中，每个稀±元素的饱和磁极化强度与该稀±元素的原子个数百分比的乘积， 再加和，再减去0.4与Al元素原子个数百分比的乘积，再除W总稀±原子个数百分比，即钦 铁棚磁体主相的饱和磁极化强度公式=((Ri)2Fei4B的饱和磁极化强度*Ri的原子个数百分 比+ (R2)2Fei4B的饱和磁极化强度*R2的原子个数百分比+~+(Rn)2Fei4B的饱和磁极化强度* Rn的原子个数百分比-0.4*A1原子个数百分比）/总稀±原子个数百分比。其中（Rl)~Rn为每 个稀±元素。
[0093] 本发明对所述每个稀±元素的饱和磁极化强度的具体取值没有特别限制，W本领 域技术人员熟知的稀±元素的饱和磁极化强度即可，本领域技术人员可W根据实际生产情 况、产品型号W及质量要求进行选择和调整，本发明所述每个稀±元素的饱和磁极化强度 优选为定值，更具体优选为所述R2化148(3 = ?'、炯、〇7、化、6(1、化）的饱和磁极化强度分别可 W为1.561'、1.611'、〇.711'、〇.7〇1'、〇.841'、〇.811'。本发明所述1-0，即为磁体主相的体积分数， 即为上述步骤得到的R2M14B相的体积分数。
[0094] 本发明上述步骤提供了一种钦铁棚磁体剩磁的计算方法，本发明基于钦铁棚磁体 相平衡基础上，综合考量了其他影响元素对NcFeB烧结磁体的影响，定量计算了钦铁棚烧结 磁体中的主相、富稀±相、富B相W及其他影响元素相的体积分数，最后得到了磁体的室溫 剩磁。本发明通过计算方法的创新，根据各元素配入成分计算出化的大致范围，与实际生产 中对回火后的磁体制样测试磁性能的方法相比，能够快速的估算出磁体的剩磁数据，进而 能够快速准确的定义磁体磁性参数的范围区间，对实际生产中能够及时动态的调整磁体配 方起到了重要的指导性作用，进而大大降低了磁体生产的不合格率，减少了时间和成本的 浪费，保证了生产的平稳进行，而且对开发新产品也起到了非常大的帮助。
[00%]实验结果表明，本发明通过配方计算的理论剩磁与磁体实际剩磁非常接近，因而 本发明提供的磁体理论剩磁的计算方法，对磁体的性能参数起到了前期预见和良好的指导 效果。
[0096] 为了进一步说明本发明，W下结合实施例对本发明提供的一种钦铁棚磁体剩磁的 计算方法进行详细描述，但是应当理解，运些实施例是在W本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点， 而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
[0097] 实施例1
[0098] 制备钦铁棚磁体的各成分含量如表1，其余为Fe。参见表1，表1为本发明实施例制 备的钦铁棚磁体的各成分含量。
[0099] 表1本发明实施例制备的钦铁棚磁体的各成分含量
[0100]
[0101] 钦铁棚磁体中的PrNd在制备磁体过程中有一定损失，约为2%，而B元素损耗约为 0.7 %，因此需要多配入一些保证成分的稳定性，经计算PrNd的实际配入成分为29.89%，B 为1.007%，其余元素的损失较少忽略不计。由于烧结钦铁棚磁体中含一定质量分数的氧、 氮、碳，对磁体性能有重要影响，根据钦铁棚磁体文献资料取〇、N、C的质量分数为0.08%、 0.03%、0.06%。
[0102] 已知各元素的相对原子质量，根据公式:原子个数=质量/相对原子质量，得出NcU Dy、Al、B、Cu、Co、Fe、0、N、C的原子个数为2.031*10-3、1.846*10-4、9.266*10-5、9.251*10-4、 1.574*10-5、1.188*10-4、1.176*10-2、5*10-5、2.142*10-5、5*10-5。
[0103] 根据公式计算原子个数百分比，Nd: 13.325%、Dy: 1.211%、A1:0.608%、B: 6.068%、Cu:0.103%、Co:0.779%、Fe:77.11%、0:0.328%、N:0.14%、C:0.328%。
[0104] 计算类稀±原子(PrNd、Dy、Tb、Gd、Ho)、类Fe原子(Fe、Co、师）、B原子、0原子、N原 子、C原子个数百分比，其中0原子一半W单质存在，一半与Nd形成化合物Ncb〇3、N、C原子类 似，分别形成Nd化、NdC化合物。因此类稀±原子、类化原子、B原子、0原子、N原子、C原子个数 百分比分别为 14.239%、77.889%、6.068%、0.164%、0.0?%、0.164%。
[0105] NdFeB磁体中Tl相（主相）、T2相（富Nd相即富稀±相）、T3相（富B相）、T4相（氧化物 相）、T5相（氮化物相）、T6相（碳化物相）相互平衡。将Nd2Fei4B、Nd9〇Fei〇、Ndi.iFe4B4、Nd2〇3、 Nd化、NdC化合物每个分子中原子个数列为6行6列的系数矩阵A。将类铁原子、总稀±原子、B 原子、0原子、N原子、C原子的总原子个数作为只有一列的列矩阵B，根据公式:每个分子中原 子的个数*分子个数=原子个数，求得主相、富Nd相、富B相、氧化物相、氮化物相、碳化物相 的分子数。
[0106] 具体表现为Ax =邮P
[0107]
[010 引
[0109] 根据定义相对分子质量是化学式中各个原子的相对原子质量的总和，把相对分子 质量计为 Mti ~Mt6,则化 Ti(Nd2 化 uB) = 1090.26、MrT2(Nd9〇Fei〇) = 13950.37、MrT3(Ndi.iFe4B4) =430.306、MrT4 (Nd2〇3) = 336.48、MrT5 (Nd化）=186.26、MrT6 (NdC) = 156.24;
[0110] 通过公式:质量=分子数*相对分子质量，求得Tl相的质量为0.055009*1090.26 = 59.974，其它相的质量算法类似。
[0111] 关于六个平衡相的密度分别为 Chi(NcbFewB) =7.65g/cm3、dT2(Nd9〇Fei〇) =7. Og/ 〇1113、山3(炯1.1化484) =3.56g/cm3、dT4(Nd2〇3) = 7.24g/cm3、dT5(NdN3) =7.69g/cm3、dT6(NdC)= 7邑/cm3。
[Om]根据质量/密度=体积，得出Tl~T6各相的体积Vti~Vt6及体积占比V%。参见表2， 表2为Tl~T6各相的体积Vti~Vt6及体积占比。
[0113] 表2 Tl~T6各相的体积Vti~Vt6及体积占比 [/1 >1 1
[0115] 根据预设公式，利用
计算所述配料成分的磁体的 .9 Br O
[0116] 其中，正向畴体积分数A取0.96，1-0是主相的体积分数，曲齡取7.5g/cm3，d狸仑=dn* Vti % +cIt2*Vt2 % +cIt3*Vt3 % +cIt4*Vt4 % +dT 日 *Vt5 % +cIt6*Vt6 % = 7.5194。钦铁棚永磁材料取向度 品品与制备磁体时添加剂含量有关，目前实际上能做到0.98，取值0.98。
[0117] 1?2。6148(1? = ?'、刷、〇7、化、6(1、化）的饱和磁极化强度分别为1.561'、1.611'、0.711'、 O . 70T、0.84T、0.81T，该实例中钦铁棚磁体主相RsFgmB的饱和磁极化强度=((1.56*0+ 1.61*1)冲rNd原子个数百分比+0.71蝴y原子个数百分比+0.7*Tb原子个数百分比+0.84*Gd 原子个数百分比+0.81*化原子个数百分比-0.4*A1原子个数百分比)/总稀±原子个数百分 比= 1.5499T。
[011 引 经计算，Br = O. 96*90.16%*7.5/7.5194*0.98*1.5499*10 = 13.113KGS，统计批量 生产钦铁棚该牌号磁体的磁性能参数，发现其剩磁大致区间为12.8~13.2KGS，与通过配方 计算的理论剩磁非常接近，可见理论计算对钦铁棚磁体磁性能起到了前期预见和良好的指 导效果。
[0119] 实施例2
[0120] 本实例针对小批量实验研究，计划开发出满足客户性能要求的磁体，要求化不低 于14.6KGS。
[0121] 参见表1中实施例二钦铁棚磁体的各成分含量。考虑到PrNd及B元素在制备磁体过 程中的损失，计算出PrNd的实际配入百分含量为29.58%，B为0.931%，其余元素的损失较 少忽略不计。同实施例1，烧结钦铁棚磁体中〇、N、C的质量分数分别为0.08%、0.03%、 0.06%。
[0122] 根据公式:原子个数=质量/相对原子质量，得出Nd、Al、B、Cu、Co、Ga、Zr、Fe、0、N、C 的原子个数为 2.011*10-3、1.853*10-日、8.557*10-4、2.36*10-日、2.545*10-4、2.869*10-5、 1.864*10-5、1.218*10-2、5*10-5、2.142*10-5、5*10-5。
[0123] 根据公式计算原子个数百分比，Nd: 12.964 %、Al: 0.119%、B :5.517 %、Cu: 0.152%、Co:1.641%、Ga:0.185%、Zr:0.12%、Fe:78.518%、0:0.322%、N:0.138%、C: 0.322%。
[0124] 计算类稀上原子(PrNd、Dy、Tb、Gd、Ho)、类Fe原子(Fe、Co、师）、B原子、O原子、N原 子、C原子个数百分比，其中O原子一半W单质存在，一半与Nd形成化合物Nd2〇3、N、C原子类 似，分别形成Nd化、NdC化合物。因此类稀±原子、类化原子、B原子、O原子、N原子、C原子个数 百分比分别为 12.672%、80.159%、5.517%、0.161%、0.069%、0.161%。
[0125] NdFeB磁体中Tl相(主相）、T2相（富Nd相）、T3相（富B相）、T4相(氧化物相）、巧相(氮 化物相）、T6相(碳化物相）相互平衡。已知Nd2Fei4B、Nd9〇Fei〇等化合物中Fe、Nd、B、0、N、C的原 子个数和类铁原子、总稀±原子、B原子、0原子、N原子、C原子的原子个数百分比，求得主相、 富Nd相、富B相、氧化物相、氮化物相、碳化物相的分子数。
[0126] 目化車丽击Av = Rlin
[0127]
[012 引
[0129]根据定义相对分子质量是化学式中各个原子的相对原子质量的总和，把相对分子 质量计为 Mti ~Mt6,则化 Ti(Nd2 化 uB) = 1087.79、MrT2(Nd9〇Fei〇) = 13838.88、MrT3(Ndi.iFe4B4) =428.94、MrT4 (Nd2〇3) = 336.48、MrT5 (Nd化）=186.26、MrT6 (NdC) = 156.24，
[0130]通过公式：质量=分子数*相对分子质量，求得Tl相的质量为62.366,其它相的质 量算法类似。
[OU1]关于六个平衡相的密度分别为 Chi(NcbFewB) =7.65g/cm3、dT2(Nd9〇Fei〇) =7. Og/ 〇1113、山3(炯1.1化484) =3.56g/cm3、dT4(Nd2〇3) = 7.24g/cm3、dT5(NdN3) =7.69g/cm3、dT6(NdC)= 7邑/cm3。
[0132] 根据质量/密度=体积，得出Tl~T6各相的体积Vti~Vt6及体积占比V%。参见表3， 表3为Tl~T6各相的体积Vti~Vt6及体积占比。
[0133] 表3 Tl~T6各相的体积Vti~Vt6及体积占比
[0134]

[0135] 根据预设公式，利^ 计算所述配料成分的磁体的化。 ，'
[0136] 正向畴体积分数A取0.96,1-目是主相的体积分数，d藤取7.5g/cm3，d郵仑二c1ti*Vti% + cIt2*Vt2 % +cIt3*Vt3 % +cIt4*Vt4 % +cIt5*Vt5 % +cIt6*Vt6 % = 7.661。钦铁棚永磁材料取向度cos冷与 制备磁体时添加剂含量有关，目前实际上只能做到0.98。
[0137] 1?2。6148(1? = ?'、刷、〇7、化、6(1、化）的饱和磁极化强度分别为1.561'、1.611'、0.711'、 0.70T、0.84T、0.81T，该实例中钦铁棚磁体主相R2Fel4B的饱和磁极化强度=((1.56*0+ 1.61*1)冲rNd原子个数百分比+0.71蝴y原子个数百分比+0.7*Tb原子个数百分比+0.84*Gd 原子个数百分比+0.81*化原子个数百分比-0.4*A1原子个数百分比)/总稀±原子个数百分 比= 1.6433T。
[0138] 经计算，Br = 0.96*97.43%*7.5/7.661*0.98*1.6433*10 = 14.746KGS，与客户提 出的化不低于14.6KGS的要求相符合，因此此配方设计是初步可行的，可W进行小批量试生 产。
[0139] 下表是安排试生产，取回火后毛巧掏样成D10*10mm的小柱测试后的磁性能数据。 参见表4,表4为本发明实际生产的磁体的磁性能数据。
[0140] 表4本发明实际生产的磁体的磁性能数据 「ni/M 1
'[0142]~统计试生产的钦铁棚磁体的磁性能参数，发现其剩磁在14.6KGS上下浮动，运与烧 结、回火的溫度、保溫时间等工艺参数有关。对比可见，实际剩磁与通过配方计算的理论剩 磁非常接近，可见理论计算对钦铁棚磁体磁性能起到了前期预见和良好的指导效果。
[0143] W上对本发明提供的一种钦铁棚磁体剩磁的计算方法进行了详细的介绍，本文中 应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，W上实施例的说明只是用于帮助 理解本发明的方法及其核屯、思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能 够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W对本发明进行若 干改进和修饰，运些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的 范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果运些其 他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的 文字表述无实质差异的等同结构要素，那么运些其他实施例也应包含在权利要求的范围 内。
【主权项】
1. 一种钕铁硼磁体剩磁的理论计算方法，其特征在于，包括以下步骤： a) 根据磁体的材料组成、相应成分的质量百分比以及各元素的相对原子质量，得到磁 体中各元素的原子个数以及各元素的原子个数百分比； b) 将磁体中的影响磁性能的元素进行分类，得到总稀土元素、类铁元素、B元素以及其 他影响元素，进而得到总稀土元素的原子个数百分比、类铁元素的原子个数百分比、B元素 的原子个数百分比以及其他影响元素的原子个数百分比； 所述其他影响元素包括氧元素、氮元素和碳元素中的一种或多种； c) 根据上述步骤的分类，设定磁体中的平衡的各相，根据上述步骤得到的总稀土元素 的原子个数百分比、类铁元素的原子个数百分比、B元素的原子个数百分比以及其他影响元 素的原子个数百分比，计算得到各相的分子个数； 所述各相包括主相、富稀土相、富B相以及其他影响元素相;所述其他影响元素相包括 氧化物相、氮化物相和碳化物相中的一种或多种； d) 根据各相的相对分子质量以及上述步骤得到的各相的分子个数，得到各相的质量； e) 根据各相的密度以及上述步骤得到的各相的质量，得到各相的体积和各相的体积 比，再根据各相的体积比和各相的密度，得到钕铁硼磁体的理论密度； f) 根据式（I)进行验算，得到钕铁硼磁体的剩磁；式⑴， 其中，Br为磁体的剩磁，A为正向畴体积分数，1 -β为磁体主相的体积分数，为磁体的 实际密度，cbs仑为磁体的理论密度，为实际磁体的主相的取向度，Js为磁体主相的饱和 磁极化强度。2. 根据权利要求1所述的理论计算方法，其特征在于，所述总稀土元素包括PrNd和/或 其他稀土元素； 所述类铁元素包括Fe和/或其他铁磁性物质。3. 根据权利要求2所述的理论计算方法，其特征在于，所述其他稀土元素包括Dy、Tb、Gd 和Ho中的一种或多种； 所述其他铁磁性物质包括Co和/或Nb。4. 根据权利要求3所述的理论计算方法，其特征在于，所述主相为R2M14B相，所述富稀土 相为RsjqMiq相，所述富B相为Ri. IM4B4相； 所述R为总稀土元素，所述M为类铁元素。5. 根据权利要求3所述的理论计算方法，其特征在于，所述氧化物相为R2O3相，所述氮化 物相为RN 3，所述碳化物相为RC相； 所述R为总稀土元素。6. 根据权利要求1所述的理论计算方法，其特征在于，所述计算为采用矩阵进行计算； 所述矩阵为{矩阵A}*{x} = {矩阵B}; 所述各相中的各个原子个数作为矩阵A的列，各相中的相同原子的个数作为矩阵A的 行； 所述类铁元素的原子个数百分比、总稀土元素的原子个数百分比、B元素的原子个数百 分比以及其他影响元素的原子个数百分比，分别作为单列矩阵B的列； X为各相的分子个数。7. 根据权利要求1所述的理论计算方法，其特征在于，所述各相的密度为主相密度、富 稀土相密度、富B相密度以及其他影响元素相密度； 所述其他影响元素相密度包括氧化物相密度、氮化物相密度和碳化物相密度中的一种 或多种； 所述主相密度:dn (R2M14B) = 7.65g/cm3;所述富稀土相密度:dT2 (R9〇Miq ) = 7. Og/cm3;所 述富B相密度:dT3 (R1. ΛΒ4) = 3 · 56g/cm3;所述氧化物相密度:dT4(R2〇3) = 7 · 24g/cm3;所述氮 化物相密度dT5 (RN3) = 7 · 69g/cm3;所述碳化物相密度:dT6 (RC) = 7g/cm3; 所述R为总稀土元素，所述M为类铁元素。8. 根据权利要求7所述的理论计算方法，其特征在于，所述磁体的理论密度为各相中， 每相的密度与该相所占体积比的乘积，再加和； 所述正向畴体积分数为常量； 所述小于1。9. 根据权利要求1所述的理论计算方法，其特征在于，所述钕铁硼磁体按质量百分比组 成包括：Pr-Nd:28.6%~32.0% ;Dy:0~3.0% ;Tb:0~4.0% ;Nb:0~2.0% ;Α1:0·05~ 0.45%;B:0.1%~2.0%;Cu:0.05~0.15% ;Co:0~2.0%;Ga:0~5%;Gd :0~10%;Ho:0~ 8%;Zr:0 ~5%;余量为 Fe。10. 根据权利要求1所述的理论计算方法，其特征在于，所述磁体主相的饱和磁极化强 度为主相中，每个稀土元素的饱和磁极化强度与该稀土元素的原子个数百分比的乘积，再 加和，再除以总稀土原子个数百分比； 其中，所述磁体中含有Al元素时，所述磁体主相的饱和磁极化强度为主相中，每个稀土 元素的饱和磁极化强度与该稀土元素的原子个数百分比的乘积，再加和，再减去0.4与Al元 素原子个数百分比的乘积，再除以总稀土原子个数百分比。
【文档编号】H01F1/057GK106021971SQ201610640266
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月5日
【发明人】冯招娣
【申请人】京磁材料科技股份有限公司