专利名称：在线渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片及制造方法
技术领域：
本发明属于稀土永磁材料技术领域,特别是涉及一种在线渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片及制造方法。
背景技术：
目前，稀土永磁行业内主要采用日本生产的多室连续渗Dy装备，其价格昂贵通常根据工作时的多少，价钱在1200-2600万元范围，且工艺复杂，且渗镝时间长。本发明提供的Nd-Fe-B速凝合金带在线渗Dy技术,设备改造成本低，渗Dy效率高,极大地降低了原材料的损耗和生产能耗。另一方面，在现有技术中，人们利用快速凝固铸片(简称速凝鳞片或速凝片)作为母合金，通过后续的磨粉、磁场取向成型、烧结等工艺制备高性能永磁材料。由于要求控制浇铸钢液的温度漂移在较窄范围，而实际操作中难以控制，致使速凝鳞片边缘与中部厚薄不均，成分与结构不均匀，主相成分仍有可能偏离化学计量比。而且现有技术制备出的Nd-Fe-B永磁速凝合金带的织构度较低，难以得到表面光滑、平整、成分均匀的速凝鳞片。早在20世纪50年代，法国就开始对电磁场中的凝固现象进行了研究，并把电磁凝固技术应用在板材的连铸中，以图实现高速连铸，无缺陷连铸。目前，各国都注重发展电磁技术的应用研究，主要集中在各种有色金属合金制造中，如铝合金、低熔点的Pb-Sn合金、Fe-C合金及一些复合材料等方面。但在以往的研究中，还没有将电磁凝固技术用于Nd-Fe-B永磁速凝鳞片制备方面的报道，特别是像本发明这样，在速凝辊的两侧施加电磁场(见图1、2)，通过调整电磁场的属性(直流或交流)和频率，对Nd-Fe-B永磁速凝鳞片进行电磁力处理，保证了高熔点、活泼金属的无污染熔炼，明显的减少了缩孔、夹杂等材料晶格缺陷，容易得到宏观上表面光滑、平整，微观上晶粒细小、组织致密、成分与结构均匀，且织构度较高的速凝鳞片。利用本发明给出的Nd-Fe-B速凝鳞片电磁凝固技术，可以制备高质量速凝鳞片，用于生产综合磁性能H。」(kOe) + (BH) max (MGOe) >70的磁体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在线渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片及制造方法，得到可生产高性能永磁体的速凝鳞片。本发明的永磁速凝鳞片的化学式为(Nd，RK)2Fe14B，其中，Rk为Ce、La或Pr，R轻的含量占总稀土含量的10%-60%，(重量％，以下同)。化学式中各成分的重量百分数为Nd 26-33%, Rg 10-40%, Fe 57-68%, B 1-1. 2%,Co 3-10% ;其中，所述轻稀土 Rk为Ce、La或Pr的组合，至少包括Ce : 0-35%或La :0_10%、Pr 0-15% ;另外还包括微量元素Ga :0_1%，Cu :0. 5-2%, Al :0. 5-1. 5% 或 Nb :0. 1-0. 6%。本发明的制造方法包括如下工艺步骤(I)按化学式(Nd，RK)2Fe14B各成分的重量百分含量配制原料，将配比好原料装进坩埚，抽真空至(1-5) X 10_4Pa，送中频电流使其完全熔化，且合金液温度上升至1400-1700°C时，使合金液成分混合均匀；化学式中Rk为Ce、La或Pr，Rk的含量占总稀土含量的10%_60% ；化学式中各成分的重量百分数为Nd 26-33% ；Rg 10-40% ；Fe 57-68% ；B 1-1. 2% ；Co 3-10% ;其余是由于原料纯度所带来的微量杂质；其中，所述轻稀土 Rg为Ce、La或Pr的组合，至少包括Ce 0-35%或La 0-10%, Pr 0-15% ;另外还包括其他微量元素Ga 0-1%; Cu0. 5-2%; Al 0. 5-1. 5% ； Nb 0. 1-0. 6%。(2)开启导流槽和冷却辊表面上方的电磁场控制系统，采用频率范围在1500-12000HZ之间的交变磁场，磁场可调范围在0. 1-0. 5T之间，产生磁场的线圈平面平行与辊面，使磁场垂直于辊面。线圈与 辊之间有耐火材料相隔，避免导线与速凝鳞片接触或由于过热导致导线熔化(见图1、2)。也可用耐高温钐钴磁体做成磁辊，以提供垂直于辊面的静磁场。(3)通过钨钥丝加热Dy源，控制Dy源的温度在900_1250°C，控制Dy源的俯射角度在120° ,Dy源在速凝棍面的上方，如图1、2所标定的位置，开孔放置。(4)控制辊的表面初始温度保持在100_500°C范围恒定；控制辊速在lm-12m/s ;然后将合金液倒入导流槽，让合金液从导流槽流到冷却辊表面上，使Nd-Fe-B永磁速凝鳞片在辊面成型和运动过程中在线渗Dy。(5)速凝过程是在磁场中进行，通过控制辊速和直流(或交流)磁场大小调整渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片微观组织与性能，Nd-Fe-B永磁速凝鳞片在强冷及电磁力的作用下在辊面上约束成型，辊旋转拉伸速凝鳞片并将其送入转动的水冷储料罐中，由此可得到厚度在0. 10-0. 45mm，织构度较高的速凝鳞片。然后将速凝鳞片制备成磁体。本发明的关键在于在特定的成分、速凝工艺参数和速凝辊的材质配合下，可以得到结构优异的速凝鳞片，即c轴的排列垂直于辊面的取向性的速凝鳞片。因此，本发明Nd-Fe-B永磁速凝鳞片的电磁凝固及在线渗Dy (镝)技术关键为A. Nd-Fe-B永磁速凝鳞片的在线渗Dy (镝)方法、B. Nd-Fe-B永磁速凝鳞片的电磁凝固技术方法、C. Nd-Fe-B永磁速凝鳞片的合金成份。关于合金成分的改进通过调整原料中各组分的元素含量，制备出成分配比合适的Nd-Fe-B合金液或铸锭。本发明的在线渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片的化学式为(Nd，Rg)2Fe14B，其中，Rg为Ce、La或Pr，R轻的含量占总稀土含量的10%_60%，(重量％，以下同)。化学式中各成分的重量百分数为Nd 26-33% ；Rg 10-40% ；Fe 57-68% ；B 1-1. 2% ；Co 3-10% ;其余是由于原料纯度所带来的微量杂质；其中，所述轻稀土 Rg为Ce、La或Pr的组合，至少包括Ce 0-35%或La 0-10%, Pr 0-15% ;另外还包括其他微量元素Ga 0-1%; Cu
0.5-2%; Al 0.5-1.5%; Nb 0. 1-0. 6%。主要合金元素的作用为提供一种制备低钕、低重稀土高性能钕铁硼永磁体母合金带的成分配方。本发明在线渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片及制造方法是根据设计者对合金成分的要求，进行真空、充氩熔炼R (稀土)-Fe-B磁性化合物合金，然后通过速凝鳞片的电磁凝固工艺，采用垂直于辊面的静磁场或频率范围在1500-12000HZ之间的交变磁场，通过控制辊速和直流(或交流)磁场大小，磁场可调范围在0. 1-0. 8T之间，获得所需要的微观组织与性能。制备的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片的厚度在0. 03-0. 45mm范围。
通过钨钥丝加热Dy源，控制Dy源的温度在900-1500°C，控制Dy源的俯射角度在120°。采用本发明技术与现有技术相比较，其产品抗氧化能力强、且制备工艺简单，且生产能耗减少，渗Dy (镝)成本降低约1/3 1/6。用这种材料生产的磁粉可以制作各向异性粘结永磁体。再有一种用途是作为制备磁能积在50MG0e以上的高性能稀土永磁材料的母合金带使用，它解决了常规母合金定成分偏析的问题。可用于生产综合磁性能Hc^kOe)十(BH)-(MGOe) >70 的磁体。
图I为低Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片及在线渗Dy制造方法原理示意图。图2为在线渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鱗片及制造方法原理正面不图。
具体实施方式
本发明在线渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片及制造方法的具体实施步骤为步骤I、按照化学方程式(Nd，RK)2(Fe，T)14B进行成分配比，见表I列出了可供选择的10种成分。将选定原料装进坩埚，抽真空至3X10_4Pa，送中频电流使合金液温度上升至1450°C时，待合金液成分混合均匀。步骤2、通过钨钥丝加热Dy源，控制Dy源的温度在1150°C，控制Dy源的俯射角度在120°。将合金液以一定的流速倒入导流槽，让合金液以一定的流速和流量从导流槽流到冷却辊表面上，并在线渗Dy。步骤3、控制辊速为I. 3m/s，控制磁场为0. 5T，辊旋转拉伸速凝鳞片并将其送入转动的水冷储料罐中。选择本发明实施例表I中的3、9、10号成分所制备的渗Dy (镝)速凝鳞片，与同样成分的未渗Dy (镝)速凝鳞片，在相同工艺条件下制备成磁体，即在1050°C真空烧结2h，快冷后在900°C回火2小时，然后再在520°C回火2小时，最后比较两种工艺制备的磁体性能，见表2。采用常规工艺，Nd-Fe-B永磁速凝鳞片有明显的分布不均匀，即贴辊面有多处的非晶、纳米晶区，柱状晶区分布混乱，很少贯穿横截面，并且织构度低。采用本发明采用本发明给出的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片的电磁凝固及在线渗Dy (镝)技术,在选直流磁场或特定的频率下，速凝鳞片的整个断面都贯穿着均匀柱状晶，织构度明显提高。表I为本发明实施例永磁速凝鳞片初始化学成分；表2为本发明实施例速凝鳞片渗Dy和磁体制备工艺。表3为本发明实施例永磁速凝鳞片渗Dy (镝)前后制备磁体性能。表I :本发明实施例的永磁速凝鳞片初始化学成分(wt%)
表2为本发明实施例速凝鳞片渗Dy和磁体制备工艺
表3 :本发明实施例的速凝鳞片渗Dy (镝)前后制备磁体的体能
在不同表I中任意选定某一序号，与表2组合，可制备出不同性能的速凝鳞片及其高性能磁体(见表3)。
权利要求
1.ー种在线渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片,其特征在于,永磁速凝鳞片的化学式为(賦1 轻)和148，其中，R轻为Ce、La或Pr，R轻的含量占总稀土含量的10%_60% ; 化学式中各成分的重量百分数为Nd 26-33%, Re 10-40%, Fe 57-68%, B 1-1. 2%, Co3-10%;其中，所述轻稀土 Rg为Ce、La或Pr的组合，至少包括Ce 0-35%或La :0_10%、Pr :0-15% ;另外还包括微量元素Ga 0-l%, Cu :0. 5-2%, Al :0. 5-1. 5% 或 Nb 0. 1-0. 6%。
2.—种权利要求I所述在线渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鱗片的制备方法，其特征在干， 包括如下エ艺步骤 (O按化学式(Nd，Rg)2Fe14B各成分的重量百分含量配制原料，将配比好原料装进坩埚，抽真空至(1-5) X 10_4Pa，送中频电流使其完全熔化，且合金液温度上升至1400-1700°C时，使合金液成分混合均勻； 化学式中Rg为Ce、La或Pr，Rg的含量占总稀土含量的10%_60% ； 化学式中各成分的重量百分数为Nd 26-33% ；RK 10-40% ；Fe 57-68% ；B 1-1. 2% ；Co3-10%;其余是由于原料纯度所帯来的微量杂质；其中，所述轻稀土 Rg为Ce、La或Pr的组合，至少包括Ce 0-35%或La 0-10%, Pr 0-15% ;另外还包括微量元素Ga :0_1%，Cu:O.5-2%, Al 0. 5-1. 5% 或 Nb 0. 1-0. 6% ； (2)开启导流槽和冷却辊表面上方的电磁场控制系统，采用频率范围在1500-12000HZ之间的交变磁场，磁场在O. 1-0. 5T之间，产生磁场的线圈平面平行与棍面，使磁场垂直于辊面； (3)通过钨钥丝加热Dy源，控制Dy源的温度在900_1250°C，控制Dy源的俯射角度在120°，Dy源在速凝棍面的上方，开孔放置； (4)控制辊的表面初始温度保持在100-500°C范围恒定；控制辊速在lm-12m/s;然后将合金液倒入导流槽，然后，通过导流槽流到冷却辊表面上，使Nd-Fe-B永磁速凝鱗片在辊面成型和运动过程中在线渗Dy ； (5)速凝过程在磁场中进行，通过控制辊速、直流或交流磁场大小调整渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片微观组织与性能，磁场范围在O. I -0. 8 T之间，交变磁场的频率范围在1500-12000HZ之间；或者用耐高温钐钴磁体做成磁辊，以提供垂直于辊面的磁场；Nd-Fe-B永磁速凝鱗片在强冷及电磁力的作用下在辊面上约束成型，辊旋转拉伸速凝鱗片并将其送入转动的水冷储料罐中，得到厚度在O. 10-0. 45mm，织构度较高的速凝鱗片。
全文摘要
一种在线渗Dy的Nd-Fe-B永磁速凝鳞片及制造方法，属于稀土永磁材料技术领域。该永磁速凝鳞片的化学式为(Nd,R轻)2Fe14B，其中， R轻为Ce、La 或Pr， R轻的含量占总稀土含量的10%-60%；化学式中各成分的重量百分数为Nd 26-33%；R轻10-40%；Fe 57-68%；B 1-1.2%；Co 3-10%；其余是由于原料纯度所带来的微量杂质；其中，所述轻稀土R轻为Ce、La或Pr的组合，至少包括Ce 0-35%或La 0-10%、Pr 0-15%；另外还包括其他微量元素Ga≤0-1%；Cu≤0.5-2%; Al≤0.5-1.5%； Nb≤0.1-0.6%。优点在于，解决了常规母合金定成分偏析的问题；可用于生产综合磁性能Hcj(kOe)十(BH)max(MGOe)>70的磁体。
文档编号H01F41/02GK102693800SQ20121019551
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者冯海波, 孙亚超, 孙威, 朱明刚, 李卫, 李安华, 李岩峰, 汪旭超, 黄书林 申请人:钢铁研究总院