本发明属于稀土永磁材料制造领域，特别涉及一种多硬磁主相辐向取向无缝稀土永磁环及低温成型方法，包括双硬磁主相辐向取向无缝稀土永磁环。
背景技术：
：辐向取向稀土永磁环在航空航天、电子电工、信息技术等领域中有重要应用。目前制备的稀土永磁环主要以钕、镨元素为主，高温度系数的永磁环中往往还要掺杂镝、铽等重稀土元素以提高矫顽力。然而，自然界中稀土元素往往是共生和半共生的，当前稀土资源的消耗结构使得稀土永磁环制备成本高昂，镧、铈等高丰度稀土元素处于过剩状态。近年来，为了平衡利用稀土资源，降低成本，人们以镧和铈为切入口，围绕高丰度稀土元素展开了平衡资源和利用的研究。但由于Ce、La的磁矩JS和各向异性场HA很低，使用Ce、La取代Pr、Nd来制备富铈稀土永磁材料制得的磁体性能远低于Nd-Fe-B磁体。现有控制Ce、La对磁体内禀磁性能限制的方法主要有三种：一是限定Ce对Nd、Pr元素的取代量以控制磁体性能的恶化；二是向磁体中掺杂重稀土元素以保障磁性能；三是通过双硬磁主相烧结法或添加辅相合金烧结以提高含Ce磁体的性能。前两种方法节约稀土效果有限，难以改变现有稀土消耗结构，而烧结磁体制备过程长而繁杂，并且通过机械加工磁体制备辐向取向无缝磁环存在磁场取向困难，材料浪费严重，机械加工困难等问题。热压/热流变多(双)硬磁主相永磁环中同时具有两种或多种硬磁主相结构，通过构建新型结合界面保证了磁体较高的磁性能，给出了在控制稀土总含量的基础上，提高高丰度稀土含量永磁环性能的有效途径，解决了高丰度稀土永磁环的一次近终成型问题，进一步降低了制备成本。专利申请CN103714928A提供了Ce含量高于稀土总量50％的快淬永磁粉制备方法，并指出该磁粉可用于制备热压磁体，但没有给出具体工艺步骤，并不涉及多(双)硬磁主相永磁环及其制备方法，更没有关于高丰度稀土La、Y、Sc等稀土元素用于制备多(双)硬磁主相永磁环的内容。专利101202143用热压/热流变方法制备了高性能单硬磁主相辐向取向永磁环，热压温度高于600℃，热流变温度较高，能量消耗过多，制备工艺难度增加。专利申请104505207中试图通过稀土元素的过量添加降低热压温度，可见在热压磁体过程中低温制备工艺的实现具有实际经济效益和重要研究价值。技术实现要素：本发明目的在于提供一种多硬磁主相辐向取向无缝稀土永磁环及其低温成型方法，包括双硬磁主相辐向取向无缝稀土永磁环。采用低温一次近终成型制备工艺，有效解决在不添加重稀土元素和保持稀土总量较低的前提下，采用高丰度稀土元素Ce、La、Y或Sc部分替代Nd、Pr元素依然保持磁环磁性能不降低或降低很少的问题，降低稀土永磁环的制备成本，满足市场对中等牌号永磁环的性能需求，为平衡利用稀土资源寻求新途径。本发明的多硬磁主相辐向取向无缝稀土永磁环，用于制备所述永磁环的原料磁粉是由不含高丰度稀土元素的RE-Fe-B快淬磁粉和含有高丰度稀土元素的(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)-Fe-B单相快淬磁粉按所需成分质量配比混合而成，该混合磁粉经热压/热流变制成含有多或双硬磁主相的辐向取向无缝稀土永磁环，其中，RE为镧系元素，RE′n为La、Ce、Sc和Y元素中的一种或多种，n为小于5的正整数中的一个或多个。所述永磁环名义成分按质量比为(RE1-x,(RE′1,RE′2,…,RE′n)x)aFe1-a-b-c-dBbCocTMd，其中，RE为镧系元素，RE′n为La、Ce、Sc和Y中的一种或多种，n为小于5的正整数中的一个或多个；TM为选自元素Ni、Mn、Cr、Al、Sn、Ga、Ti、Co、Zn、Zr、Mo、Ag、W、Nb和Cu中的一种或多种，0<x<1；24％≤a≤30％；0.6％≤b≤1.2％；1％≤c≤5％；0≤d≤1％；Fe元素质量比为60～75％；且在原料磁粉(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)-Fe-B中，Co≠0。所述永磁环为近净成形环，最大磁能积达50MGOe以上，其微观组织中同时存在不含高丰度稀土元素的RE2Fe14B合金相和含有高丰度稀土元素的(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)2Fe14B合金相，为多或双硬磁主相片状纳米晶结构，晶粒长度为0.2～2微米，厚度约50～300nm。优选的，所述RE′n为Ce和/或La元素。当RE′n为Y和/或Sc为元素时，在原料磁粉中至少还包含一种以Ce和/或La为主的稀土元素构成的单相合金磁粉，且这种单相合金磁粉原料的量多于以Y和/或Sc为主的单相合金磁粉。本发明的永磁环微观组织中多或双硬磁主相均为片状纳米晶结构，组织均匀性和一致性好，在增加高丰度稀土元素，减少使用钕、镨等元素的同时，保证了磁环较高的磁性能。对于平衡利用稀土资源，提高La、Ce等高丰度稀土元素在永磁材料中的应用具有重要意义。该发明的目的还在于提供一种多(双)硬磁主相辐向取向无缝稀土永磁环的低温成型技术，其特征在于按质量配比冶炼不含高丰度稀土元素的单相RE-Fe-B合金铸锭和含有高丰度稀土元素的单相(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)-Fe-B合金铸锭，并分别制取非晶纳米晶快淬带，破碎筛选制成亚微米磁粉，按所需质量配比混合RE-Fe-B磁粉和(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)-Fe-B磁粉，在高频交变磁场下热压成全密度各向同性多(双)硬磁主相磁体，再热流变制成多(双)硬磁主相辐向取向无缝稀土永磁环。包括以下步骤：1)按合金成分配料，分别冶炼不含高丰度稀土元素的单相RE-Fe-B合金铸锭和含有高丰度稀土元素的单相(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)-Fe-B合金铸锭。2)将上述两种或多种单相合金铸锭分别熔融浇注在难熔合金辊上快淬得到两种或多种单相稀土-Fe-B非晶纳米晶薄带。3)将各单相稀土-Fe-B非晶纳米晶薄带进行机械破碎和筛选，按照目标成分计算称重，均匀混合制成各向同性双或多硬磁主相非晶纳米晶磁粉。4)将获得的各向同性双或多硬磁主相非晶纳米晶混合磁粉在高频交变磁场下真空热压制成全密度各向同性双或多硬磁主相稀土-Fe-B磁体坯料。5)将该全密度各向同性双或多硬磁主相磁体坯料在氩气保护环境下背挤压热流变成辐向取向的双或多硬磁主相无缝稀土-Fe-B永磁环。6)热流变完成后，抽出热流变压头，永磁环由辊道送出脱模，切除压余，降温得到辐向取向的双或多硬磁主相无缝稀土永磁环；所述骤1)中，RE-Fe-B合金铸锭和(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)-Fe-B合金铸锭中还含有元素Ni、Mn、Cr、Al、Sn、Ga、Ti、Co、Zn、Zr、Mo、Ag、W、Nb和Cu中的一种或多种；且(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)-Fe-B中，Co≠0；得到的合金铸锭微观上均具有2:14:1永磁合金相；步骤3)中获得的非晶纳米晶磁粉和步骤4)中制得的各向同性磁体坯料微观组织中均同时含有纳米尺度的RE2Fe14B合金相和(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)2Fe14B合金相，并可能包含少量非晶成分。优选的，步骤1)中，成分为(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)-Fe-B的合金铸锭中至少有一种铸锭含RE′的量占其总稀土量的50％以上。所述步骤4)和步骤5)中在热压/热流变前做润滑处理，将外模套内壁、垫片表面、压头端面等可能与磁粉或热压磁体坯料接触的位置喷涂润滑剂或加垫石墨材料。且步骤4)中热压在高频交变磁场中完成，热压温度比常规钕铁硼磁环热压温度低10～100℃。所述步骤5)中，热流变温度比常规钕铁硼磁环热流变温度低10～50℃，在热流变过程结束前，通过附加耐高温可动环形上压头(5)在磁环上部向下施加一个约0.1～0.8MPa的微小压力。所述步骤4)中，外模套采用碳化钨硬质合金制成，压头采用牌号为H13的合金制成；步骤5)中，外模套和压头均采用碳化钨硬质合金制成。本发明的有益效果在于：本发明采用多种或两种单相永磁合金非晶纳米晶快淬带制粉后按质量配比均匀混合，在高频交变磁场中经过热压/热流变工艺制备了新型多或双硬磁主相结构无缝稀土永磁环，保持了纳米晶微晶结构，磁性能优异。本发明采用不含高丰度稀土元素的RE-Fe-B快淬带和含有高丰度稀土元素的(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)-Fe-B磁粉混粉热压热流变制备多(双)硬磁主相永磁环，与其它方法制备的高丰度永磁体相比，该方法不是简单的以La、Ce、Sc、Y等高丰度稀土元素替代钕、镨元素，而是在热流变永磁环中构建了新型界面结合，形成了RE2Fe14B和(RE′1,RE′2,...,RE′n)2Fe14B相共存的多(双)硬磁主相结构，(RE1-x,(RE′1,RE′2,...,RE′n)x)aFe1-a-b-c-dBbCocTMd仅仅是名义成分，在不增加或少量增加稀土总量的情况下，大量添加高丰度元素，减少使用钕、镨等元素，仍然保持了永磁环比较高的磁性能，可以满足市场对中等牌号永磁环的需求，大大降低了生产成本，开辟了平衡利用稀土资源的新途径。本发明通过大量添加低熔点高丰度稀土元素降低了两步热压工艺温度，实现了较低温度下多(双)硬磁主相无缝稀土永磁环的近净成形制备，工艺流程短，能源消耗低，后续加工简单，提高了稀土永磁材料利用率。附图说明图1为本发明的多硬磁主相辐向取向无缝稀土永磁环成型方法步骤4)中热压模具结构示意图。图2为本发明的多硬磁主相辐向取向无缝稀土永磁环成型方法步骤5)中热流变前模具结构示意图。图3为本发明的多硬磁主相辐向取向无缝稀土永磁环成型方法步骤5)中热流变后模具结构示意图。图中，热压芯杆1、热压外模套2、多硬磁主相原料磁粉3、圆形垫片4、附加环形上压头5、热流变外模套6、热流变压头7、热流变型腔8、热压多(双)硬磁主相毛坯9、热流变多(双)硬磁主相永磁环10.具体实施方式按表1所示化学成分配比配料、真空冶炼不含高丰度稀土元素的RE-Fe-B合金铸锭和含有高丰度稀土元素的(RE,RE′1,RE′2,...,RE′n)-Fe-B合金铸锭。表1本发明实施例的单相合金铸锭化学成分(wt.％)铸锭编号NdFeBGaCoAlCeLaYSc1-1#28.566.160.920.424/////1-2#/65.930.920.654/29///2-1#28.568.180.90.422/////2-2#/65.680.90.424/28.5///3-1#29.768.850.980.650/////3-2#964.620.980.44//21//4-1#2473.581.020.300.2////4-2#/65.970.90.44/29///4-3#/65.870.90.420.1//31/4-4#/67.870.90.420.1///29*表1中“/”表示不添加。分别将上述合金铸锭破碎装炉，抽气至真空度高于10-3Pa时充入氩气，感应熔炼使熔融浇注在难熔合金辊上快淬得到单相纳米晶微晶薄带(该薄带可能包含部分非晶组织)。将获得的快淬带分别进行机械破碎，筛选出粒径为0.2～0.45μm的磁粉，按照164.99：5.01的质量配比称取编号1-1#和1-2#合金铸锭对应的单相合金磁粉，均匀混合成制备1#试样所用的双硬磁主相磁粉原料；将编号为2-1#和2-2#的合金铸锭制成的快淬带分别破碎筛粉，按照85.74：84.26的质量配比称粉均匀混合成制备2#试样所用的双硬磁主相磁粉原料。依次类推，将将编号为4-1#、4-2#、4-3#和4-4#的合金铸锭制成的快淬带分别破碎筛粉，按照109.87：45.46：7.09：7.58的质量配比称粉均匀混合成制备4#试样所用的多硬磁主相磁粉原料，得到的多(双)硬磁主相各向同性磁粉原料名义成分按质量比为(RE1-x,(RE′1,RE′2,...,RE′n)x)aFe1-a-b-c-dBbCocTMd，如表3所示。表2本发明实施例磁粉原料所用单相合金磁粉及其用量对热压模具外模套、压头底面和垫片上表面喷涂润滑剂，将获得的各向同性多(双)硬磁主相磁粉原料装入内径为45mm，外径为75mm的圆筒形模具中，抽气至真空度高于10-2Pa，接通高频交变磁场，在低于常规钕铁硼磁体热压温度10～100℃条件下热压成全密度各向同性多(双)硬磁主相永磁环坯料，快速冷却至室温脱模。将该全密度各向同性多(双)硬磁主相磁体坯料在氩气保护下升温至常规钕铁硼磁体热流变温度以下10～50℃，预热10s～2min后背挤压热流变成辐向取向的多(双)硬磁主相稀土-Fe-B永磁环，升温速率150～250℃/min，压力100～250MPa，变形速率10-4～10-1mm/S-1。在热流变过程结束前，通过附加耐高温可动环5在磁环上部向下施加一个约0.1～0.8MPa的微小压力。热流变完成后，利用拉拔机抽出热流变压头，多(双)硬磁主相稀土永磁环由辊道向上送出，完成脱模，降至室温，切除压余，得到辐向取向的多(双)硬磁主相无缝稀土永磁环。所得稀土永磁环为近净成形管，外径为45mm，内径为35mm，环高约35mm，在所得各向异性磁环上截取Φ6×3的小圆柱磁体，测得最大磁能积如表3所示。表3本发明实施例制备的多(双)硬磁主相辐向取向永磁环最大磁能积本发明仅对优选方案进行了实施说明，采用本技术，通过改变原料成分、快淬速度、加压方式、模具尺寸和形状，制备不同成分、形状和尺寸的多(双)硬磁主相无缝稀土永磁环(包括制备完全不含高丰度稀土元素的多(双)硬磁主相无缝稀土永磁环)或通过锯切磁环获得稀土永磁瓦都属于本发明保护范围。当前第1页1 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