专利名称：各向异性纳米晶复相致密化块体钕铁硼永磁材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁材料，本发明还涉及该永磁材料的制备方法。
背景技术：
自上世纪80年代第三代稀土永磁材料-NdJe14B发现以来，世界各国的研究者们继续开展深入探索，期望发现具有优异永磁性能的新型稀土永磁材料。纳米复相永磁材料的发现为发展新型高性能永磁材料开辟了新的思路，具有重要的科学意义和巨大的经济价值。目前各向同性的纳米晶复相永磁材料以麦格昆磁开发的高磁能快淬磁粉为代表，以粘结磁体的形式得以广泛应用，由于这种磁粉表现出磁各向同性，且做成粘结磁体后密度不高，导致磁体磁性能不高，远远低于致密化各向异性的烧结钕铁硼永磁材料。宏观磁各向异性是获得高永磁性能的必要条件，如何实现纳米复相稀土永磁材料的磁各向异性当前仍然是物理上和技术上的巨大挑战。热压/热变形技术是制备块体全密度各向异性纳米永磁体的有效手段。一般认为，由于四方结构Ndfe14B晶粒弹性模量和应变能的各向异性，高稀土含量钕铁硼热流变中发生的溶解-沉淀-扩散-蠕变过程，使磁体形成片状晶结构，获得强烈的磁各向异性，富稀土液相的存在对高稀土含量磁体热压/热变形获得织构具有重要作用。为了在各向异性热压/热变形磁体中引入软/硬磁复相结构，美国Dayton大学，韩国Pukyong国立大学和美国Delaware大学等研究机构的研究者们采用富稀土快淬粉与贫稀土快淬粉混合、软磁相颗粒添加、镀膜等方式进行尝试，取得了一定的进展。微观结构分析表明，宏观各向异性来自于存在富稀土液相区域发生的硬磁相织构的形成，而其中的贫稀土区域基本未发生变形取向，所以欲获得良好的取向度，则软磁相的含量受到极大限制，这不利于软/硬磁复合磁体的优势的发挥。不依赖富稀土液相，直接对稀土含量低于正分的纳米晶复相磁体进行热压/热变形的研究表明，磁体也能获得一定程度的各向异性。此时，硬磁相织构来源于压力作用下发生的剪切形变，即Ndfe14B晶粒弹性模量的各向异性导致晶面的滑移和转动，实现晶粒的织构。然而，磁体的取向度和磁性能明显低于高稀土热压/热变形Ndfe14B磁体的水平，而且随着软磁相含量增大，磁体的取向度和磁性能迅速下降，同时需要较高的压力，对工艺条件和设备要求苛刻。近期，国内燕山大学研究者通过强压力( 310MPa)作用下的非晶基体热流变析出纳米晶复相结构，同时发生择优形核实现硬磁相的织构。这种利用非晶基体实现各向异性，并保持软硬磁相晶粒界面共格的研究尚处于起始探索阶段，目前制备的磁体磁性能与单相热压/热变形磁体仍有较大差距。如果在贫稀土的纳米晶复相磁体中采用晶界扩散的方法引入适量的低熔点富稀土液相，则可以实现软硬磁性相与液相共存，满足热压/热变形工艺所需要的变形取向条件，制备致密的各向异性纳米复相块状磁体。本发明提出一种利用低熔点液相合金沿晶界的扩散进入快淬磁粉，以提高贫稀土纳米晶复相快淬磁在热变形过程中的变形取向能力，从而制备具有宏观各向异性的致密化块状纳米晶复相永磁材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种高矫顽力的各向异性纳米晶复相致密化块体钕铁硼永磁材料。本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种能显著提高磁体矫顽力的各向异性纳米晶复相致密化块体钕铁硼永磁材料的制备方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种各向异性纳米晶复相致密化块体钕铁硼永磁材料，其特征在于该永磁材料包含有纳米晶结构的硬磁性相和软磁性相， 前述的硬磁性相为(Nd, R)2Fe14B相，其中R为选自La、Ce、Pr、Gd、Tb和Dy中的至少一种， 前述的软磁性相为α -Fe、α -FeCo或中的至少一种，软磁相与永磁相所占体积比范围为2 40%。一种各向异性纳米晶复相致密化块体钕铁硼永磁材料的制备方法，包括如下步骤①利用快淬工艺制备Ndfe14B/ α -Fe 基、Ν(12 ^14Β/ ^3Β 基或 Nd2Fe14B/ α -FeCo 基纳米晶复相快淬条带，并破碎成粒径不超过300 μ m的主相粉末；②以稀土元素与过渡族金属为成分制备熔点低于800°C的低熔点液相合金RM，并破碎成粒径不超过50 μ m的液相粉末，或将此低熔点液相合金制成靶材，其中的R为选自 La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb 和 Dy 中的至少一种，M 为 Al、Cu、Ga、Co、Sn 中的至少一种；③将液相合金与主相粉末混合，或将液相合金均勻包覆在主相粉末表面，得到混合粉末；④将混合粉末在真空或保护气氛下进行热压制备块体毛坯，或将混合粉末先在真空或在保护气氛下进行高温热扩散处理再进行热压制备块体毛坯；⑤将块体毛坯进行热变形取向制备各向异性磁体，或将热压毛坯先在真空或保护气氛下进行高温热扩散处理再进行热变形制备各向异性磁体。进一步，所述的液相合金与主相合金质量比例范围为0.5 99. 5 15 85。进一步，步骤④中的热压制备条件如下热压温度500 850°C，压力100 500MPa,真空度高于1 X lO^Pa条件下进行热压制备块体毛坯。进一步，步骤④中的高温热扩散处理条件如下温度500-850°C，保温时间30 120分钟，真空条件下处理时真空度高于lX10_2Pa，保护气氛环境下处理时保护气为氩气， 气压低于0. 2Mpa。进一步，步骤⑤中的热变形取向制备的条件如下热变形温度700 850°C，压力 100 500MPa，真空度高于1 X10_2Pa，或抽真空后充入保护气氩气压力约102Pa。与现有技术相比，本发明的优点在于一般而言，商业钕铁硼快淬磁粉厚度仅几十微米，对快淬粉进行液相扩散，可以很容易实现充分的扩散效果；通过液相扩散可以软硬磁性相共存的基础上，引入充足的液相合金，满足热压/热流变取向所需的液相，获得硬磁性相的织构，实现磁体的宏观各向异性；利用热压/热变形工艺制备的磁体具有致密的结构， 密度高，且具有各向异性，其磁性能远高于目前的纳米复相粘结磁体；由于磁体具有软/硬磁性相纳米耦合结构，稀土用量少，有利于稀土资源的节约；由于软磁性相的引入，纳米复相磁体的矫顽力远低于单硬磁性相磁体的矫顽力，将液相扩散进纳米复相磁体中并位于晶界处，能显著提高磁体矫顽力。
图1为实施例2中制备的最终磁体断面的电子扫描显微图片。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1 1、利用熔体快淬技术制备纳米复相快淬条带，并破碎成粒径150μπι的粉末，合金成分为 Nd21. 452PrO. 42Fe74. 294CoO. 674B0. 98A10. 479CuO. llNbl. 591 (质量百分含量)；2、利用熔体快淬技术制备熔点低于800°C的低熔点Nd90Cul0液相合金，破碎成 50 μ m的粉末；3、将复相合金粉末与液相合金粉末以95 5质量比混合均勻；4、将粉末置于模具中放入真空热压炉内抽空至6X10_3!^后，升温至700°C，加压 270MPa，保压1分钟后冷却取出；5、将热压毛坯置于模具中放入真空热压炉内抽空至6X10’a后，充入IO2Pa氩气，升温至850°C，加压IO5MPa发生变形取向，保压0. 5分钟后冷却取出，获得各向异性纳米复相永磁材料。实施例2 1、利用熔体快淬技术制备纳米复相快淬条带，并破碎成粒径150μπι的粉末，合金成分为 Nd21. 452PrO. 42Fe74. 294CoO. 674B0. 98A10. 479CuO. llNbl. 591 (质量百分含量)；2、利用熔体快淬技术制备熔点低于800°C的低熔点Nd90Cul0液相合金，破碎成 50 μ m的粉末；3、将复相合金粉末与液相合金粉末以92 8质量比混合均勻；4、将粉末置于模具中放入真空热压炉内抽空至6X10_3!^后，升温至700°C，加压 270MPa，保压40秒后冷却取出；5、将热压毛坯置于模具中放入真空热压炉内抽空至6X10’a后，充入IO2Pa氩气，升温至850°C，加压IO5MPa发生变形取向，保压0. 5分钟后冷却取出，获得各向异性纳米复相永磁材料。最终磁体的微观结构用场发射扫描电子显微镜观察，如附图1所示，其晶粒形成较均勻的片状晶结构，说明在热变形过程中磁体发生了较显著的变形取向，形成宏观各向异性。实施例3 1、利用熔体快淬技术制备纳米复相快淬条带，并破碎成粒径150μπι的粉末，合金成分为 Nd21. 452PrO. 42Fe74. 294CoO. 674B0. 98A10. 479CuO. llNbl. 591 (质量百分含量)；2、利用熔体快淬技术制备熔点低于800°C的低熔点Nd90Cul0液相合金，破碎成 50 μ m的粉末；3、将复相合金粉末与液相合金粉末以92 8质量比混合均勻；
4、将粉末置于模具中放入真空热压炉内抽空至6X10_3!^后，升温至700°C，加压 270MPa，保压1分钟后冷却取出；5、将热压毛坯在400°C真空环境下时效30分钟；6、将热压毛坯置于模具中放入真空热压炉内抽空至6X 10_3Pa后，充入102 氩气，升温至850°C，加压IO5MPa发生变形取向，保压0. 5分钟后冷却取出，获得各向异性纳米复相永磁材料。实施例4 1、利用熔体快淬技术制备纳米复相快淬条带，并破碎成粒径150μπι的粉末，合金成分为 Nd21. 452PrO. 42Fe74. 294CoO. 674B0. 98A10. 479CuO. llNbl. 591 (质量百分含量)；2、利用熔体快淬技术制备低熔点Nd90Cul0液相合金，破碎成50 μ m的粉末；3、将复相合金粉末与液相合金粉末以90 10质量比混合均勻；4、将粉末置于模具中放入真空热压炉内抽空至6X10_3!^后，升温至700°C，加压 270MPa，保压1分钟后冷却取出；5、将热压毛坯置于模具中放入真空热压炉内抽空至6X10’a后，充入102 氩气，升温至850°C，加压105MPa发生变形取向，保压0. 5分钟后冷却取出，获得各向异性纳米复相永磁材料。表1为各实施例制备的的各向异性纳米复相磁体磁性能
磁体类型剩磁(kGs)内禀矫顽力Hcj (kOe)磁能积(MGOe)实施例19. 799. 7220. 10实施例210. 9513. 6426. 30实施例310. 6114. 7624. 86实施例410. 9214. 8327. 70 从上述实施例可知，通过低熔点液相扩散方法，增强了纳米复相钕铁硼基快淬磁粉在热变形过程中的织构形成能力，成功地制备了具有软/硬磁性相纳米复合结构的致密化各向异性块状磁体。
权利要求
1.一种各向异性纳米晶复相致密化块体钕铁硼永磁材料，其特征在于该永磁材料包含有纳米晶结构的硬磁性相和软磁性相，前述的硬磁性相为(Nd，R)2Fe14B相，其中R为选自 La、Ce、Pr、Gd、Tb和Dy中的至少一种，前述的软磁性相为α -Fe、α -FeCo或！^e3B中的至少一种，软磁相与永磁相所占体积比范围为2 40%。
2.—种权利要求1所述的各向异性纳米晶复相致密化块体钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤①利用快淬工艺制备NdJe14B/α -Fe基、Nd2Fe14B/Fe3B基或Nd2Fe14B/ α -FeCo基纳米晶复相快淬条带，并破碎成粒径不超过300 μ m的主相粉末；②以稀土元素与过渡族金属为成分制备熔点低于800°C的低熔点液相合金RM，并破碎成粒径不超过50 μ m的液相粉末，或将此低熔点液相合金制成靶材，其中的R为选自La、Ce、 Pr、Nd、Gd、Tb和Dy中的至少一种，M为Al、Cu、Ga、Co、Sn中的至少一种；③将液相合金与主相粉末混合，或将液相合金均勻包覆在主相粉末表面，得到混合粉末；④将混合粉末在真空或保护气氛下进行热压制备块体毛坯，或将混合粉末先在真空或在保护气氛下进行高温热扩散处理再进行热压制备块体毛坯；⑤将块体毛坯进行热变形取向制备各向异性磁体，或将热压毛坯先在真空或保护气氛下进行高温热扩散处理再进行热变形制备各向异性磁体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的液相合金与主相合金质量比例范围为 0. 5 99. 5 15 85。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤④中的热压制备条件如下热压温度500 850°C，压力100 500MPa，真空度高于IX 10-2! 条件下进行热压制备块体毛坯。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤④中的高温热扩散处理条件如下温度500-850°C，保温时间30 120分钟，真空条件下处理时真空度高于IX 10_2Pa，保护气氛环境下处理时保护气为氩气，气压低于0. 2Mpa。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤⑤中的热变形取向制备的条件如下热变形温度700 850°C，压力100 500MPa，真空度高于lX10_2Pa，或抽真空后充入保护气氩气压力约102Pa。
全文摘要
一种各向异性纳米晶复相致密化块体钕铁硼永磁材料，其特征在于该永磁材料包含有纳米晶结构的硬磁性相和软磁性相，前述的硬磁性相为(Nd，R)2Fe14B相，其中R为选自La、Ce、Pr、Gd、Tb和Dy中的至少一种，前述的软磁性相为α-Fe、α-FeCo或Fe3B中的至少一种。本发明还公开了该永磁材料的制备方法。与现有技术相比，本发明的优点在于由于软磁性相的引入，纳米复相磁体的矫顽力远低于单硬磁性相磁体的矫顽力，将液相扩散进纳米复相磁体中并位于晶界处，能显著提高磁体矫顽力。
文档编号H01F1/057GK102496437SQ201110386059
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月17日
发明者唐旭, 唐鑫, 尹文宗, 李 东, 闫阿儒, 陈仁杰 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所