一种高性能烧结Nd-Fe-B材料及其制备方法与流程

本发明涉及稀土永磁材料
技术领域：
，尤其涉及一种高性能烧结nd-fe-b材料及其制备方法。
背景技术：
：烧结钕铁硼作为第三代稀土永磁材料，由于其良好的磁性能而被誉为“磁王”。采用最新的速凝加氢化工艺，辅以制粉粒度控制、成型添加剂等其他手段，目前已实现了磁能积55mgoe以上钕铁硼的批量生产。但该制备方法在磁性能提高的同时，增大了钕铁硼磁体的脆性，降低了韧性，使钕铁硼生坯在后续的磨加工、切片、掏孔、线切割等机加工过程中易出现崩边、掉角等现象，极大的影响了材料的收得率。如发明专利cn109119239披露了一种烧结钕铁硼的磨加工方法，通过在方块两端粘上橡胶胶皮，橡胶胶皮作为柔性缓冲物，可以防止方块之间相互碰撞，从而减少磨削过程中的造成崩边、掉角，但该方法只针对于大尺寸方块磨加工，对于圆柱、瓦型及小规格产品的倒角、切片、打孔等其它机加工过程无效。又如发明专利cn10138321，加工性能良好的钕铁硼永磁材料及提高加工性能的方法，通过添加重稀土镝保证磁体的磁性能，添加金属锡增强主相基体和富钕相的结合，大大降低了穿晶断裂出现的几率，从而改进永磁材料的加工性能，但因为使用了价格昂贵的重稀土dy，其成本造价较高。技术实现要素：针对以上技术问题，本发明提供了一种高性能烧结nd-fe-b材料及其制备方法，制备方法不受产品规格限制、不受机加工种类限制、无重稀土添加、成本低，制备的nd-fe-b材料加工性能优良、磁性能高、抗弯强度高。为了实现上述的目的，本发明采用如下技术方案：本发明的第一个方面是提供一种高性能烧结nd-fe-b材料：按质量百分比计，包括如下化学成分：prnd:29.5-31％、ti:0.05-1％、zr:0.05-0.15％、al:0.15-0.7％、ga:0.1-1％、co:0.05-2％、cu:0.08-1.5％、b:0.8-1％，余量为fe。进一步地，按质量百分比计，包括如下化学成分：prnd:30-30.5％、ti:0.5-0.8％、zr:0.08-0.12％、al:0.25-0.4％、ga:0.3-0.6％、co:0.4-1％、cu:0.1-0.8％、b:0.88-1％，余量为fe。本发明的第二个方面是提供一种所述高性能烧结nd-fe-b材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：原料准备，按含nd-fe-b材料的化学成分以及质量百分比称取prnd、ti、al、cu、ga、co、锆铁、硼铁和纯铁；步骤二：速凝熔炼，将称取后的各金属块按一定顺序放置于真空熔炼炉中，快速升温、快速熔清、精炼、快速浇注冷却，得到合金铸片；步骤三：氢破碎，将所述合金铸片通过吸氢、脱氢处理后得到粗粉；步骤四：气流磨制粉，在惰性气体保护下，将所述粗粉和抗氧化剂、润滑剂混合均匀，然后进行气流磨粉和二次混粉，得到细粉；其中，在所述气流磨制粉阶段，所述惰性气体中添加一定浓度的氧气；步骤五：取向成型，将所述细粉通过磁场压机取向成型，再进行冷等静压得到密度为3.9-4.1g/cm3的生坯；步骤六：烧结，将成型后的所述生坯置于真空烧结炉中，抽真空至1×10-2pa以下，梯度升温烧结；步骤七：热处理，将高温烧结后的生坯放置于真空烧结炉中，进行两段时效热处理后得到钕铁硼磁体。进一步地，步骤二中所述合金铸片的厚度为0.1-0.5mm。进一步地，步骤三中所述脱氢的温度条件为400-500℃。进一步地，步骤四中所述氧气的补量为20-100ppm。进一步地，步骤四中所述细粉的粒度为3.1-3.6μm。进一步地，步骤五中所述取向成型的取向压制磁场为1.8-2t，所述冷等静压的过程的压力为200mpa、保压20s。进一步地，步骤六中所述梯度升温烧结为：首先升温至250-350℃烧结0.5-2小时，然后升温至800-900℃烧结0.5-3小时，再升温至1020-1090℃烧结8-15小时，最后随炉冷却至室温。进一步地，步骤七中所述两段时效热处理为：升温至820-920℃，保温1-4h，随炉冷却，再升温至500-640℃，保温0.5-5h，随炉冷却至室温。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明的nd-fe-b材料无重稀土镝、铽的添加，成本低；其磁性能为hcj(koe)+bh(mgoe)≥60，抗弯强度为350-420mpa，且具有优良的加工性能，本发明的钕铁硼磁体性能能够达到传统工艺方法制备的钕铁硼磁体添加1-2wt％镝所能达到的磁性能。(2)本发明的nd-fe-b材料，减少不利于加工性的锆，并省去铌的使用，通过金属铝和钛的加入来提高磁体的加工性能；铝的熔点较低先在晶间溶解反应，提高了钛元素在液相中的溶解性，使之在晶间区域均匀分布，从而阻碍晶粒的长大，细化晶粒；本发明通过合理的配方设计，在保障磁性能的前提下，避免了铌或锆含量过高而造成的机加工性能差。(3)本发明的制备方法在气流磨过程中，增大细粉的粒度，同时补充微量的纯氧，使细粉钝化，形成一层氧化薄膜，有效抑制晶粒长大。(4)本发明的制备方法采用低温高时长方法，降低了最高温度，并延长最高温保温时间，有效抑制晶粒的长大，并使得磁体的磁性能和机加工性能得到进一步提升。说明书附图图1为本发明气流磨制粉过程得到的细粉的粒度分布图。具体实施方式下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。实施例1按照如下化学成分以及质量百分比：prnd：31wt％、ti：0.5wt％、zr：0.05wt％、al：0.25wt％、ga：0.1wt％、co：2wt％、cu：0.1wt％、bfe：0.8wt％、余量为fe，称取prnd、ti、al、cu、ga、co、锆铁、硼铁和纯铁；将称取后的各金属块按一定顺序放置于真空熔炼炉中，熔炼得到0.2mm的钕铁硼磁体合金铸片。将上述钕铁硼磁体合金铸片进行吸氢处理，并在400℃下进行脱氢处理后得到粗粉。在粗粉中加入抗氧化剂和润滑剂，在惰性气体保护下，添加60ppm的纯氧，磨制成粒度为3.5μm的钕铁硼细粉，其细粉粒度分布图见图1。使用磁场压机将细粉在1.8t的磁场中取向成型，并在200mpa下等静压20s，得到密度为3.9g/cm3的30mm×30mm×50mm长方体生坯，其中50mm为取向方向。将钕铁硼生坯置于真空烧结炉中，抽真空至1×10-2pa以下，首先升温至250℃烧结1.5小时，然后升温至800℃烧结3小时，再升温至1020℃烧结15小时，最后随炉冷却至室温。然后，将高温烧结后的生坯放置于真空烧结炉中，分两段时效，升温至820℃，保温4h，随炉冷却后，再升温至580℃，保温2h，随炉冷却至室温后即可得到加工性能优异的高性能钕铁硼磁体。对比例(1)按照如下化学成分以及质量百分比：prnd：31wt％、bfe：0.8wt％、余量为fe，称取prnd、硼铁和纯铁；按照实施例1中所述制备方法制备烧结钕铁硼磁体。(2)按照实施例1中钕铁硼磁体的化学成分以及质量百分比和制备方法烧结钕铁硼磁体，其中，不同的是步骤四的气流磨过程中没有进行补氧。(3)按照实施例1中钕铁硼磁体的化学成分以及质量百分比和制备方法烧结钕铁硼磁体，其中，不同的是步骤六的烧结过程中最高温为1055℃，保温5个小时。将实施例1、对比例(1)、对比例(2)和对比例(3)得到磁体利用b-h分析仪进行磁性能检测，并通过线切割制备成4mm×4mm×50mm的样品，其中50mm为取向方向，利用sans电子万能试验机进行抗弯测试，标距为25mm。表1为烧结钕铁硼磁性能和抗弯强度。表1烧结钕铁硼磁性能和抗弯强度br(kgs)hcj(koe)bh(mgo)hk/hcj(％)抗弯强度(mpa)实施例113.9117.0647.6693.5375.1对比例(1)14.0110.2148.9595.8259.4对比例(2)13.8517.0546.9489.2302.7对比例(3)13.8717.2846.9075.5396.3由表1数据可知，对比例(1)的剩磁和方形度较好，但hcj仅有10.21koe；对比例(2)和对比例(3)磁性能可以满足hcj(koe)+bh(mgoe)≥60，但方形度不到90％；实施例1的磁性能不仅满足hcj(koe)+bh(mgoe)≥60，且方形度为93.5％，达到高性能磁体水平。实施例1和对比例(3)的抗弯强度明显优于对比例(1)和对比例(2)，但对比例3的方形度较差，不能满足高磁性要求。综上所述，本发明通过优化配方设计，合理添加各金属元素，结合气流磨补氧和低高温长时间保温工艺改进，在不添加重稀土的情况下，满足高磁性能，并改善了钕铁硼磁体的机加工性能。实施例2按照如下化学成分以及质量百分比：prnd：29.5wt％、ti：0.05wt％、zr：0.05wt％、al：0.4wt％、ga：1wt％、co：0.4wt％、cu：0.08wt％、bfe：0.88wt％、余量为fe，称取prnd、ti、al、cu、ga、co、锆铁、硼铁和纯铁；将称取后的各金属块按一定顺序放置于真空熔炼炉中，熔炼得到0.4mm的钕铁硼磁体合金铸片。将上述钕铁硼磁体合金铸片进行吸氢处理，并在450℃下进行脱氢处理后得到粗粉。在粗粉中加入抗氧化剂和润滑剂，在惰性气体保护下，添加20ppm的纯氧，磨制成粒度为3.1μm的钕铁硼细粉。使用磁场压机将细粉在1.9t的磁场中取向成型，并在200mpa下等静压20s，得到密度为4.1g/cm3的30mm×30mm×50mm长方体生坯，其中50mm为取向方向。将钕铁硼生坯置于真空烧结炉中，抽真空至1×10-2pa以下，首先升温至300℃烧结1小时，然后升温至900℃烧结0.5小时，再升温至1050℃烧结10小时，最后随炉冷却至室温。然后，将高温烧结后的毛坯放置于真空烧结炉中，分两段时效，升温至850℃，保温3h，随炉冷却后，再升温至500℃，保温5h，随炉冷却至室温后即可得到加工性能优异的高性能钕铁硼磁体。将该磁体进行磁性能检测和力学性能检测，其结果br为14.1kgs，hcj为16.5.0koe，方形度为95.4％，抗弯强度为359.2mpa。实施例3按照如下化学成分以及质量百分比：prnd：30.2wt％、ti：0.8wt％、zr：0.09wt％、al：0.15wt％、ga：0.5wt％、co：0.05wt％、cu：1.5wt％、bfe：1wt％、余量为fe，称取prnd、ti、al、cu、ga、co、锆铁、硼铁和纯铁；将称取后的各金属块按一定顺序放置于真空熔炼炉中，熔炼得到0.5mm的钕铁硼磁体合金铸片。将上述钕铁硼磁体合金铸片进行吸氢处理，并在500℃下进行脱氢处理后得到粗粉。在粗粉中加入抗氧化剂和润滑剂，在惰性气体保护下，添加80ppm的纯氧，磨制成粒度为3.4μm的钕铁硼细粉。使用磁场压机将细粉在2t的磁场中取向成型，并在200mpa下等静压20s，得到密度为4g/cm3的φ30mm×30mm圆柱生坯，其取向为轴线方向。将钕铁硼生坯置于真空烧结炉中，抽真空至1×10-2pa以下，首先升温至350℃烧结0.5小时，然后升温至870℃烧结1.5小时，再升温至1070℃烧结12小时，最后随炉冷却至室温。然后，将高温烧结后的毛坯放置于真空烧结炉中，分两段时效，升温至900℃，保温2h，随炉冷却后，再升温至540℃，保温3h，随炉冷却至室温后即可得到加工性能优异的高性能钕铁硼磁体。将该磁体进行磁性能检测，其结果br为13.9t，hcj为16.3koe，方形度为96.8％。实施例4按照如下化学成分以及质量百分比：prnd：30wt％、ti：1wt％、zr：0.15wt％、al：0.7wt％、ga：0.35wt％、co：1wt％、cu：1wt％、bfe：0.9wt％、余量为fe，称取prnd、ti、al、cu、ga、co、锆铁、硼铁和纯铁；将称取后的各金属块按一定顺序放置于真空熔炼炉中，熔炼得到0.1mm的钕铁硼磁体合金铸片。将上述钕铁硼磁体合金铸片进行吸氢处理，并在480℃下进行脱氢处理后得到粗粉。在粗粉中加入抗氧化剂和润滑剂，在惰性气体保护下，添加100ppm的纯氧，磨制成粒度为3.6μm的钕铁硼细粉。使用磁场压机将细粉在1.9t的磁场中取向成型，并在200mpa下等静压20s，得到密度为4g/cm3的φ30mm×30mm圆柱生坯，其取向方向为径向。将钕铁硼生坯置于真空烧结炉中，抽真空至1×10-2pa以下，首先升温至280℃烧结2小时，然后升温至850℃烧结2小时，再升温至1090℃烧结8小时，最后随炉冷却至室温。然后，将高温烧结后的毛坯放置于真空烧结炉中，分两段时效，升温至920℃，保温1h，随炉冷却后，再升温至640℃，保温0.5h，随炉冷却至室温后即可得到加工性能优异的高性能钕铁硼磁体。将该磁体进行磁性能检测，其结果br为14.1t，hcj为16.0koe，方形度为97％。以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3