专利名称：一种高性能钕铁硼磁体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钕铁硼磁体，具体涉及一种高性能钕铁硼磁体及其制备方法，属于稀土磁材料技术领域。
背景技术：
钕铁硼磁体材料因具有良好的性价比，广泛应用于国际和国内的新兴发展产业和支柱产业，如计算机工业、信息工业、通讯工业、汽车工业、核磁共振成像工业、办公自动化等。但稀土的环境成本高,随着国家控制力度的加大,其材料成本越来越高,在这个大环境下降低成本显得尤其重要。现有钕铁硼磁体的成型工艺通常采用先压制毛坯，再用机加工达到产品要求尺寸的工艺。然而由于现有的成型工艺不成熟，钕铁硼磁体材料加工利用率通常在65% 80%之间，大量的钕铁硼磁体材料因在机加工过程中无法直接利用而形成钕铁硼磁体废料。加之钕铁硼磁体在烧结过程中控制较难，生产过程中也会产生一定的钕铁硼磁体废料。为利用钕铁硼磁体废料，中国专利申请(公告号:CN1076853C)公开了一种用钕铁硼磁体废料制备钕铁硼磁体的方法，该方法将钕铁硼磁体废料与钕铁硼磁体新料按照一定比例兑掺后混合，采用传统工艺与传统设备，如中频感应炉，熔炼而得到钕铁硼磁体。然而，在所述方法中，所述钕铁硼磁体废料在混合料中的质量百分比通常在50 %以下，利用率不高，且所得到的钕铁硼磁体的性能也较差，难以满足高要求的应用场合。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种高性能的钕铁硼磁体。本发明的目的通 过以下技术方案实现，一种高性能钕铁硼磁体，该钕铁硼磁体是由钕铁硼废料与富稀土合金形成的混合料通过烧结工艺制备而成。其中所述钕铁硼废料与富稀土合金在混合料中的质量百分比分别为70% 99%与I % 30%。所述钕铁硼废料包括质量百分比为29% 50%的稀土元素和质量百分比为50% 71%的其它元素。所述富稀土合金包括质量百分比为29% 70%的稀土元素和质量百分比为30% 71%的其它元素。所述钕铁硼磁体性能如下:剩磁(Br)为彡11.9kGs，内禀矫顽力(Hcj)彡15k0e，矫顽力(Hcb)彡 11.2k0e，磁能积((BH)max)为 34.8-48.0MGOe，方形度(HK/Hcj)为 0.92 0.98 ο相对于现有技术，本申请中的高性能钕铁硼磁体通过选择合适的钕铁硼废料与富稀土合金混合，并通过烧结工艺即可得到高性能的钕铁硼磁体。所述钕铁硼磁体的主要性能均达到较高水平。且所述钕铁硼废料在混合料中的质量比达到70% 99%，大大提高了钕铁硼废料的利用率，降低了成本。本发明中所述的其他元素系指非稀土元素。在上述高性能钕铁硼磁体中，所述钕铁硼废料中的稀土元素为镨(Pr)、钕(Nd)、镝(Dy)，和铽(Tb)、钦(Ho)、钆(Gd)中的一种或多种。所述钕铁硼废料中其它元素为铁(Fe)、硼(B)、招(Al)、铜(Cu)、铌(Nb)、钴(Co)，和钛(Ti)、锆(Zr)、镓(Ga)中的一种或多种。所述富稀土合金中的稀土元素为镨(Pr)、钕(Nd)、镝(Dy)，和(Tb)、钦(Ho)、钆(Gd)中的ー种或多种。所述富稀土合金中的其它元素为铁(Fe)、铝(Al)、硼(B)、铜(Cu)、铌(Nb)、钴(Co)，和钛(Ti)、锆(Zr)、镓(Ga)中的ー种或多种。由于钕铁硼磁体添加了镝元素，该钕铁硼磁体的矫顽カHe可得到显著提高。因为当镝原子进入主相，会形成(NdhDyx)2Fe14B四方相，而(NdhDyx)2Fe14B四方相中尤其是Dy2Fe14B四方相具有很高的各向异性，在室温下其各向异性场Hk比Nd2Fe14B强得多，因此提高了钕铁硼磁体的矫顽カ。钕铁硼磁体的总磁矩、剩磁和最大磁能积随镝含量的増加而减小，故本发明将钕铁硼磁体中镝的含量控制在0.98% 5.24%之间，一方面用以提高钕铁硼磁体的内禀矫顽力、另ー方面可改善钕铁硼磁体的温度稳定性。另外，本发明通过选择具有合适质量百分比的钛、锆、镓、铽、钦、钆等元素，这些元素在烧结时能通过扩散作用进入Nd-Fe-B主相的组织中，部分取代Nd或Fe，改善磁体的显微组织，从而较全面地改善磁体的耐磨蚀性能。进ー步地，所述的钕铁硼废料中各成分及其质量百分比为PrNd:29%, B:0.95%,Dy:0.5%, Al:0.2%, Nb:0.2%, Ti:0.1%, Cu:0.12%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。所述富稀土合金中各成分及其质量百分比为PrNd:45%, B:1.2%, Dy:10%, Al:0.25%,Nb:0.2%, Ti:0.1%, Cu:0.2%, Co:20%, Fe:68.93%。所述钕铁硼磁体的剩磁(Br)为13.96kGs，内禀矫顽力(Hcj)为 15.1lkOe,矫顽カ(Hcb)为 13.05k0e,磁能积(BH(max))为46.85MG0e，方形度(HK/Hcj)为 0.98。进ー步地，所述的钕铁硼废料中各成分及其质量百分比为PrNd:24.5%, B:1%,Dy:4.2%,Al:0.2%,Nb:0.2%,Tb:1.2%,Cu:0.12%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。所述富稀土合金中各成分及其质量百分比为PrNd20%，B:1%,Dy:30%,A1:0.25%,Nb:0.2%,Tb:20%,Cu:0.2%,Co:20%,Fe:8.35%。所述钕铁硼磁体的剩磁(Br)为 11.98kGs，内禀矫顽カ(Hcj)为 31.12k0e，矫顽カ(Hcb)为 11.28k0e，磁能积(BH(max))为 34.89MG0e，方形度(HK/Hcj)为 0.92。进ー步地，所述的钕铁硼废料中各成分及其质量百分比为PrNd:28.7 %，B:0.99%, Dy:2.2%, Al:0.2%, Nb:0.2%, Ga:0.15%, Cu:0.12%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。所述富稀土合金中各成分及其质量百分比为PrNd:20%，B:1%，Dy:30%，Al:
0.25%, Nb:0.2%, Cu:0.2%, Co:30%, Fe:18.35%。所述钕铁硼磁体的剩磁(Br)为
13.05kGs,内禀矫顽力(Hcjj)为 21.38k0e,矫顽カ(Hcb)为 12.89k0e,磁能积(BH(max))为 41.97MG0e，方形度(HK/Hcj)为 0.98。本发明的另ー个目的在于提供一种废料利用率高的制备所述高性能钕铁硼磁体的制备方法，该制备方法包括以下步骤:S1、熔炼钕铁硼废料:将钕铁硼废料放入真空速凝机中熔炼至该钕铁硼废料全部熔化，将完全熔化后的钕铁硼废料浇注成甩片。S2、制备钕铁硼废料粉:測定所述甩片的成分后，将该甩片置于氢碎炉中进行氢碎，然后将氢碎后的甩片放入气流磨中细磨形成钕铁硼废料粉。S3、配制混合料:根据甩片成分測定的結果，将所述制备的钕铁硼废料粉与由富稀土合金制成的富稀土合金粉混合形成混合料，在混合料中添加抗氧化助剂并搅拌至混合料均匀。
S4、成型:将所述搅拌均匀的混合料在氮气的保护下放入成型压机模具中加磁场进行取向，取向后压制成型为生坯，将生坯放入等静压机加压，保压形成坯件。S5、烧结:将所述坯件在氮气的保护下先剥油，再置于真空烧结炉中进行脱氢、高温烧结、回火，回火后采用氮气风冷至常温出炉得到钕铁硼磁体。在所述高性能钕铁硼磁体的制备方法中，在步骤SI中，所述的真空速凝炉中的熔炼温度为1350 1550°C，真空速凝机中的真空度为0.2 1.0Pa0在该熔炼温度与真空度下，所述钕铁硼磁体能获得比较好的性能及较高的产率。在所述高性能钕铁硼磁体的制备方法中，所述的步骤S2进一步包括如下步骤:测定所述甩片的成分后将该甩片置于氢碎炉中，往氢碎炉中通氢气，待产品完全吸氢后升温至550 650°C脱氢6 9h,将脱氢后的氢碎粉在氧含量低于200ppm的氮气保护下放入气流磨中细磨形成钕铁硼废料粉，所述钕铁硼废料粉的平均粒度为2 5 μ m。在此氮气保护下将钕铁硼废料制成平均粒度为2 5 μ m的粉料，可使钕铁硼废料粉与富稀土合金粉混合时接触面积增大，更容易混合均匀，从而提高钕铁硼废料的综合利用率。本发明利用稀土金属间化合物的吸氢特性，将钕铁硼废料置于氢气环境下，氢气沿富钕相薄层进入钕铁硼废料，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂，从而使钕铁硼废料薄片变为钕铁硼废料粗粉。并用高压气流将搅拌后的粗粉吹起，通过相互之间的碰撞使力度变小，成为钕铁硼废料细粉。氢碎与气流磨结合使用可将制粉效率提高2 3倍，达到120 500KG/HR。在所述的性能钕铁硼磁体的制备方法中，步骤S3中所述的抗氧化助剂与混合料的重量百分比为(0.2 I): 100。抗氧化助剂的组成成分及其体积比为含给电子基团的有机物10 80%，硼酸酯2 75%，汽油10 80%。其中所述含给电子基团的有机物为苯胺基、烷基、氨基、甲氧基、羟基的一种或二种及以上的混合物。所述搅拌时间为0.5 24小时。在所述高性能钕铁硼磁体的制备方法中，所述的步骤S4进一步包括如下步骤:将所述搅拌均匀的混合料在氧含量低于5000ppm的氮气保护下放入成型压机模具中，加I IOT的磁场进行取向，取向后压制成型为生坯，生坯退磁并真空封装，将真空封装的生坯放入等静压机加压100 250Mpa，保压I 5分钟形成坯件，所述生坯密度为3.5 4.5g/cm3,还件的密度为4.0 5.0g/Cm30在所述高性能钕铁硼磁体的制备方法中，所述的步骤S5进一步包括如下步骤:将所述坯件在氧含量低于IOOOppm的氮气保护下在手套油箱中剥油，剥油后将坯件置于真空烧结炉中，在温度为480 600°C的条件下脱氢0.5 2.5h，在温度为1030 1110°C的条件下烧结3 8h，高温烧结的真空度低于10_2帕，在温度为850 950°C的条件下进行一级回火I 3h，然后冷却至460 630°C进行二级回火2 5h，采用氮气风冷得到钕铁硼磁体。在该烧结温度与真空度下，所述钕铁硼磁体能获得比较好的性能及较高的产率。本发明采用了行业最先进的真空速凝机对钕铁硼废料进行熔炼和甩片，在熔炼过程中不需要添加镨钕、镝、铽等稀土，也不需要添加铜、铝、铌、镓等其他微量元素及铁等物质，保证了产品的高性能。同时，本发明通过将100%废料直接熔炼，提高了废料的利用率，降低约50%的成本。
具体实施例方式以下是 本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进ー步的描述，但本发明并不限于这些实施例。实施例一利用钕铁硼废料生产48M产品:熔炼钕铁硼废料:将600kg钕铁硼废料直接混合后装入真空速凝炉，将炉中的空气抽至真空度为0.4Pa时，开始加温熔炼。待炉内料发红时,充入氩气，并升温至1450°C进行熔炼，直至钕铁硼废料完全熔化。精炼10分钟后浇注成甩片，待甩片温度低于80°C时出炉。制备钕铁硼废料粉:将所述制得的甩片进行ICP成分测试，其成分测试结果如表I所示。測定成分后将甩片置于氢碎炉中，往氢碎机中通氢气，待产品完全吸氢后升温至550°C脱氢6小吋，将脱氢完成后的甩片在氧含量为20 30ppm的氮气保护下在气流磨中细磨成钕铁硼废料粉，并将钕铁硼废料粉的平均粒度控制在3.0 5.0 ii m。表1:钕铁硼废料ICP成分测试结果
权利要求
1.种高性能钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼磁体是由钕铁硼废料与富稀土合金形成的混合料通过烧结工艺制备而成，其中所述钕铁硼废料与富稀土合金在混合料中的质量百分比分别为70% -99%与1% -30%;所述钕铁硼废料包括质量百分比为29% -50%的稀土元素和质量百分比为50% -71%的其它元素；所述富稀土合金包括质量百分比为29% -70%的稀土元素和质量百分比为30% -71%的其它元素；所述钕铁硼磁体性能如下:剩磁(Br)为彡11.9kGs,内禀矫顽力(Hcj)彡15kOe,矫顽力(Hcb)彡11.2kOe,磁能积((BH) max)为 34.8-48.0MGOe，方形度(HK/Hcj)为 0.92-0.98。
2.据权利要求1所述的高性能钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼废料中的稀土元素为镨(Pr)、钕(Nd)、镝(Dy)，和铽(Tb)、钦(Ho)、钆(Gd)中的一种或多种，所述钕铁硼废料中其它元素为铁(Fe)、硼(B)、招(Al)、铜(Cu)、银(Nb)、钴(Co)，和钛(Ti)、锆(Zr)、镓(Ga)中的一种或多种；所述富稀土合金中的稀土元素为镨(Pr)、钕(Nd)、镝(Dy)JP(Tb)、钦(Ho)、钆(Gd)中的一种或多种，所述富稀土合金中的其它元素为铁(Fe)、铝(Al)、硼(B)、铜(Cu)、银(Nb)、钴(Co)，和钛(Ti)、锆(Zr)、镓(Ga)中的一种或多种。
3.据权利要求1或2所述的高性能钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼废料中各成分及其质量百分比为 PrNd:29%, B:0.95%, Dy:0.5%, Al:0.2%, Nb:0.2%, Ti:0.1%,Cu:0.12%，余量为Fe及不可避免的杂质；所述富稀土合金中各成分及其质量百分比为PrNd:45%,B:1.2%,Dy:10%,A1:0.25%,Nb:0.2%，T1:0.1%，Cu:0.2%，Co:20%,Fe:68.93%;所述钕铁硼磁体的剩磁(Br)为13.96kGs,内禀矫顽力(Hcj)为15.1lkOe,矫顽力(Hcb)为 13.05k0e，磁能积(BH(max))为 46.85MG0e，方形度(HK/Hcj)为 0.98。
4.据权利要求1或2所述的高性能钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼废料中各成分及其质量百分比为 PrNd:24.5%, B: I %, Dy:4.2%, Al:0.2%, Nb:0.2%, Tb:1.2%,Cu:0.12%，余量为Fe及不可避免的杂质；所述富稀土合金中各成分及其质量百分比为PrNd20 %, B:1 %, Dy:30%, Al:0.25%, Nb:0.2%, Tb:20 %, Cu:0.2%, Co:20%, Fe:8.35% ;所述钕铁硼磁体的剩磁(Br)为11.98kGs,内禀矫顽力(Hcj)为31.12k0e，矫顽力(Hcb)为 11.28k0e，磁能 积(BH(max))为 34.89MG0e，方形度(HK/Hcj)为 0.92。
5.据权利要求1或2所述的高性能钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼废料中各成分及其质量百分比为 PrNd:28.7%, B:0.99%, Dy:2.2%, Al:0.2%, Nb:0.2%, Ga:0.15%,Cu:0.12%,余量为Fe及不可避免的杂质；所述富稀土合金中各成分及其质量百分比为 PrNd:20%,B: I %, Dy:30%,A1:0.25%, Nb:0.2%, Cu:0.2%,Co:30%,Fe:18.35%；所述钕铁硼磁体的剩磁(Br)为13.05kGs,内禀矫顽力(Hcj)为21.38k0e，矫顽力(Hcb)为12.89k0e，磁能积(BH(max))为 41.97MG0e，方形度(HK/Hcj)为 0.98。
6.种制备如权利要求1或2所述的高性能钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:. 51、熔炼钕铁硼废料:将钕铁硼废料放入真空速凝机中熔炼至该钕铁硼废料全部熔化，将完全熔化后的钕铁硼废料浇注成甩片；. 52、制备钕铁硼废料粉:测定所述甩片的成分后，将该甩片置于氢碎炉中进行氢碎，然后将氢碎后的甩片放入气流磨中细磨形成钕铁硼废料粉； . 53、配制混合料:根据甩片成分测定的结果，将所述制备的钕铁硼废料粉与由富稀土合金制成的富稀土合金粉混合形成混合料，在混合料中添加抗氧化助剂并搅拌至混合料均匀； S4、成型:将所述搅拌均匀的混合料在氮气的保护下放入成型压机模具中加磁场进行取向，取向后压制成型为生坯，将生坯放入等静压机加压，保压形成坯件； S5、烧结:将所述坯件在氮气的保护下先剥油，再置于真空烧结炉中进行脱氢、高温烧结、回火；回火后采用氮气风冷至常温出炉得到钕铁硼磁体。
7.据权利要求6所述的高性能钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，步骤SI中所述的真空速凝炉中的熔炼温度为1350-1550°C，真空度为0.2-1.0Pa ;所述的步骤S2进ー步包括如下步骤:測定所述甩片的成分后将该甩片置于氢碎炉中，往氢碎炉中通氢气，待产品完全吸氢后升温至550-650°C脱氢6-9h，将脱氢后的甩片在氧含量小于200ppm的氮气保护下放入气流磨中细磨成钕铁硼废料粉，并控制钕铁硼废料粉的平均粒度为2-5 u m。
8.据权利要求6所述的高性能钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述的抗氧化助剂与混合料的重量百分比为(0.2 I): 100，抗氧化助剂的组成成分及其体积比为含给电子基团的有机物10 80%，硼酸酷2 75%，汽油10 80%，其中所述的含给电子基团的有机物为苯胺基、烷基、氨基、甲氧基、羟基的ー种或ニ种及以上的混合物，所述搅拌时间为0.5 24小时。
9.据权利要求6所述的高性能钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述的步骤S4进ー步包括如下步骤:将所述搅拌均匀的混合料在氧含量小于5000ppm的氮气保护下放入成型压机模具中，加1-10T的磁场进行取向，取向后压制成型为生坯，生坯退磁并真空封装，将真空封装的生坯放入等静压机加压100-250Mpa，保压1_5分钟形成坯件，所述的生坯密度为3.5-4.5g/cm3，坯件的密度为4.0-5.0g/cm3。
10.据权利要求6所述的高性能钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述的步骤S5进ー步包括如下步骤:将所述坯件在氧含量小于IOOOppm的氮气保护下在手套油箱中剥油，剥油后将坯件置于真空烧结炉中，在温度为480-600°C的条件下脱氢0.5-2.5h，在温度为1030-1110°C的条件下烧结3-8h，高温烧结的真空度小于10_2帕，在温度为850-950°C的条件下进行ー级回火l_3h，然后冷却至460-630°C进行ニ级回火2-5h，采用氮气风冷得到钕铁硼磁体。
全文摘要
本发明公开了一种高性能钕铁硼磁体及其制备方法，它解决了现有技术中钕铁硼磁体性能低，废料利用率不高等问题。本发明的钕铁硼磁体是由钕铁硼废料与富稀土合金形成的混合料通过烧结工艺制备而成，其中钕铁硼废料与富稀土合金在混合料中的质量百分比分别为70％-99％与1％-30％；其性能为剩磁(Br)≥11.9kGs，内禀矫顽力(Hcjj)≥15kOe，矫顽力(Hcb)≥11.2kOe，磁能积((BH)max)34.8-48.0MGOe，方形度(HK/Hcj)0.92-0.98。其制备方法为熔炼钕铁硼废料；制备钕铁硼废料粉；配制混合料；成型；烧结。本发明的钕铁硼磁体性能高，制备方法简单，废料利用率高。
文档编号H01F7/02GK103093914SQ20131003912
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者赵红良 申请人:宁波同创强磁材料有限公司