稀土永磁材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及稀土永磁技术领域，尤其涉及一种成本较低的稀土永磁材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 稀土永磁材料是以稀土金属元素与过渡族金属所形成的金属间化合物为基体的 永磁材料。钕铁硼永磁材料（也称NdFeB永磁材料）具有优异的磁特性，已广泛应用于社 会生产、生活以及国防与航天等领域，成为支撑社会进步的重要功能材料。在NdFeB永磁材 料中，稀土Nd的成本占到原材料成本的90%以上。随着工业的发展与社会的进步，NdFeB 永磁材料的使用量逐年增加，因此，有必要发展一种新的廉价Re-Fe-B化合物（Re表示稀土 元素），以减少Nd的用量，降低生产成本，平衡稀土利用。
[0003] 在NdFeB永磁材料中经常添加的稀土元素有镨（Pr)、镝（Dy)、铽（Tb)，但是，这些 稀土金属价格昂贵，而且Dy与Tb在稀土资源中所占比例少，价格较为昂贵。稀土昂贵的价 格与部分稀土资源的缺乏，促使研宄者对Ce产生了兴趣。然而，Ce2Fe14B的饱和磁化强度 与各向异性场均低于Nd2Fe14B相，Ce2Fe14B单主相化合物难以同时具备高的剩磁与内禀矫顽 力。例如中国公开的专利申请（公开号为CN102779602A)公开了Ce-Fe-B快淬永磁材料， 其先将原料合金熔融然后经由快淬制成快淬粉，由于该永磁材料为各向同性的磁粉，因此 矫顽力与剩磁均较低，磁性能较差。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种成本较低且磁性能较好的稀土永磁材料及其制备方 法。
[0005] 本发明提供一种稀土永磁材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0006] ⑴分别提供Re-Fe-B快淬粉以及Ce基快淬粉，其中所述Re-Fe-B快淬粉中稀土Re 为NcUPr、Dy、Tb中的一种或几种，所述Ce基快淬粉的化学式为CexFe (lOO-x-y-z)ByMz，M选自 Ga、Co、Al、Zn、Cu、Nb以及Zr中的一种或多种，x、y以及z为对应元素的质量百分含量，且 28%^x^35%,0. 8%^y^l.5%,0%^z^2%；
[0007] ⑵将所述Ce基快淬粉与所述Re-Fe-B快淬粉混合均匀得到混合磁粉，其中，在所 述混合磁粉中所述Ce基快淬粉所占的质量百分比为10%?50% ;
[0008] ⑶将所述混合磁粉依次进行热压成型、热变形成型及回火处理，得到稀土永磁材 料，所述稀土永磁材料为多主相结构，所述稀土永磁材料主要由纳米级片状晶组成。
[0009] 其中，在所述混合磁粉中所述Ce基快淬粉所占的质量百分比为10%?20%。
[0010] 其中，在步骤⑴中所述Ce基快淬粉的制备方法如下：首先，采用电弧或感应熔炼 的方法熔炼Ce-Fe-_B-M母合金，所述熔炼过程在惰性气氛下进行；然后，在惰性气氛中将熔 融态Ce-Fe-_B_M母合金喷射至水冷棍轮进行快淬，得到Ce基快淬带，其中棍面速度为IOm/ s?50m/s，快淬温度为1200°C?1500°C，喷射压力为O.OIMPa?0?IMPa;最后，将所述Ce 基快淬带进行机械破碎，形成粒径为50微米?300微米的Ce基快淬粉。
[0011] 其中，在步骤⑶中所述热压成型的过程具体为：将混合磁粉放入第一模具中，在 真空环境中对混合磁粉进行加热至第一温度，并对第一模具施加第一压力，得到热压毛坯， 其中，所述第一温度为650°c?700°C，所述第一压力为150MPa?200MPa，且所述真空环境 的真空度不低于5Xl(T2Pa。
[0012] 其中，在步骤⑶中所述热变形成型的过程具体为：将所述热压毛坯放入第二模 具中，在惰性气氛中对所述热压毛坯进行加热至第二温度，使所述热压毛坯进行变形度为 30 %?95 %的变形，再对变形后的热压毛坯施加第二压力，得到热变形磁体，其中所述第二 温度为800°C?900°C，所述第二压力为30MPa?lOOMPa。
[0013] 其中，在步骤⑶中所述回火处理的过程具体为：在真空环境中将所述热变形磁体 加热至第三温度并保温，并于保温结束后淬火急冷，其中第三温度为500°C?800°C，保温 时间为1小时?10小时，加热时升温速率为5°C/min?20°C/min。
[0014] 本发明还提供一种采用上述制备方法得到的稀土永磁材料，所述稀土永磁材料为 多主相结构，所述稀土永磁材料主要由纳米级片状晶组成，所述纳米级片状晶的化学式为 (RewCea) 2 (Fei_bC〇b) 14B，其中，稀土Re为NcUPr、Dy、Tb中的一种或几种，a和b为对应元素 的原子比例，0彡a彡1，0彡b彡0. 5。
[0015] 其中，所述纳米级片状晶的长度为200nm?lOOOnm，厚度为50nm?100nm。
[0016] 与传统烧结技术相比较，本发明提供的稀土永磁材料的制备方法中，采用热压成 型和热变形成型工艺，通过热压成型使合金致密化，得到热压毛坯；在热变形过程中，热压 毛坯在高温和压力作用下，（Nd,Ce) 2 (Fe,Co) 14B相晶粒通过溶解-传质-再结晶过程，形成 沿易磁化轴c轴一致取向的片状晶，故热变形磁体具有较高剩磁；由于成型温度低，保温时 间短，因此晶粒细小，矫顽力高，从而得到的稀土永磁材料具有较高的矫顽力和剩磁，磁性 能优异。并且，所述稀土永磁材料为多主相结构，其主要由纳米级片状晶组成，耐腐蚀性 强，具有较好的实用性。
[0017] 而且，由于采用廉价的稀土Ce部分取代昂贵的Nd、Pr等稀土金属，Ce最大含量可 以达到稀土总量的50%，因而降低生产成本，平衡稀土利用。
[0018] 进一步，还可根据需要调节所述Ce基快淬粉与所述Re-Fe-B快淬粉的混合比例， 进而调节所述稀土材料中Ce的含量来调整其磁特性，以满足不同产品中磁性能的需要。所 述制备方法易于实现近终成型，且材料收得率高，工艺简单，适合工业化生产。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明采用不同质量分数的Ce基快淬粉制备得到的各稀土永磁材料的 X-射线衍射（XRD)图，其中，Ce基快淬粉的质量分数是指在制备方法中第⑵步混合磁粉中 Ce基快淬粉所占的质量百分比。
[0020] 图2为本发明采用质量分数为20%的Ce基快淬粉制备得到的稀土永磁材料的扫 描电镜（SEM)照片。
[0021] 图3为本发明采用质量分数为30%的Ce基快淬粉制备得到的稀土永磁材料的扫 描电镜（SEM)照片。
[0022] 如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0023] 以下将结合附图对本发明提供的稀土永磁材料的制备方法作进一步说明。
[0024] 本发明提供一种稀土永磁材料的制备方法，其包括以下几个步骤：
[0025]Sl，分别提供Re-Fe-B快淬粉以及Ce基快淬粉，其中所述Re-Fe-B快淬粉中稀土 Re为Nd、Pr、Dy、Tb中的一种或几种，所述Ce基快淬粉的化学式为CexFe__x_y_z)ByMz，M选自 Ga、Co、Al、Zn、Cu、Nb以及Zr中的一种或多种，x、y以及z为对应元素的质量百分含量，且 28%^x^35%,0. 8%^y^l.5%,0%^z^2%；
[0026]S2,将所述Ce基快淬粉与所述Re-Fe-B快淬粉混合均匀得到混合磁粉，其中，在所 述混合磁粉中所述Ce基快淬粉所占的质量百分比为10%?50%;以及
[0027]S3,将所述混合磁粉依次进行热压成型、热变形成型及回火处理，得到主要由纳米 级片状晶组成的稀土永磁材料。
[0028] 在步骤Sl中，所述Ce基快淬粉的制备方法具体如下：
[0029]Slll，采用电弧或感应熔炼的方法熔炼Ce-Fe-_B-M母合金，所述熔炼过程在惰性 气氛下进行；
[0030] S112,在惰性气氛中将熔融态Ce-Fe-_B-M母合金喷射至水冷辊轮进行快淬，得到 Ce基快淬带，其中辊面速度为lOm/s?50m/s，快淬温度为1200°C?1500°C，喷射压力为 0.OlMPa?0.IMPa;
[0031]Sl13,将所述Ce基快淬带进行机械破碎，形成粒径为50微米?300微米的Ce基 快淬粉。
[0032] 在步骤Slll中，先按照Ce基快淬粉中各元素的配比配制原料，再进行熔炼得到熔 融态Ce-Fe-_B-M母合金。在熔炼的过程中，原料中的各原子会发生一系列的化学变化，而 形成具有一定配比的主相和富Ce相。所述惰性气氛是指氮气、氩气、氖气、氪气等气氛。
[0033] 在步骤S112中，通过快淬，得到非晶态、或纳米晶与非晶共存的Ce基快淬带，以 便于制备具有高磁性能的稀土材料。
[0034] 在步骤Sl 13中，所述Ce基快淬带通过机械破碎形成Ce基快淬粉，以便于在后续 的热压成型中与Re-Fe-B快淬粉形成更好的接触。
[0035] 所述Re-Fe-B快淬粉可参照上述Ce基快淬粉的制备方法进行制备，也可直接从市 场购得，在此不再赘述。
[0036] 在步骤S2中，通过将所述Ce基快淬粉与所述Re-Fe-B快淬粉混合，使得所述Ce 基快淬粉均匀分布于所述Re-Fe-B快淬粉中。所述混合可在三维混料机中进行。在所述混 合磁粉中所述Ce基快淬粉所占的质量比例为10%?50%。在所述混合磁粉中所述Ce基 快淬粉所占的质量比例优选为10 %?20 %，此时得到的稀土永磁材料的磁体性磁能积大 于39MG0e，内禀矫顽力大于12k0e，剩磁大于12. 6kGs。
[0037] 在步骤S3中，通过所述热压成型和热变形成型工艺制备成片状晶结构的多主相 稀土永磁材料。具体为：热压成型使合金致密化，得到热压毛坯；在热变形过程中，热压毛 坯在高温和压力作用下，（Nd,Ce) 2 (Fe,Co) 14B相晶粒通过溶解-传质-再结