一种高性能钕铁硼永磁体及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及稀土永磁材料技术领域，尤其涉及一种高性能钕铁硼永磁体，还涉及 一种高性能钕铁硼永磁体的生产方法。
【背景技术】
[0002] 作为一类稀土永磁材料，钕铁硼永磁体由于具有优异的磁性能而被称为"磁王"。 烧结钕铁硼永磁体广泛应用于计算机技术、自动化技术、电机工程、医疗设备、音响设备、网 络信息、通讯、机械、交通等领域。应用高性能烧结钕铁硼永磁体，不仅可提高磁性器件的工 作性能，而且亦可实现器件的小型化或者微型化，降低能耗。然而，该类永磁材料亦存在化 学稳定性、温度稳定性、强韧性比较差的弱点，限制了其应用领域的进一步扩大。高性能永 磁材料通常用高斯单位制中的磁能积的数值（以MGOe为单位）与内禀矫顽力的数值（以 kOe为单位）的相加值A表示永磁材料的综合磁性能指标（BH)max/MG0e+Hcj/k0e = A，而 永磁材料的磁能积取决于剩余磁化强度与矫顽力，在矫顽力足够高的条件下，永磁体的磁 能积可表示为：
[0003]
[0004] 烧结Nd-Fe-B永磁材料的剩磁Br和最大磁能积（BH)max主要由烧结Nd-Fe-B永 磁材料的氧含量、密度，Nd2Fel4B相（主相）的体积百分数以及晶粒取向度决定。提高烧 结Nd-Fe-B磁体最大磁能积的关键是提高磁体的剩磁；考虑影响剩磁的各种因素，得出下 面的关系式：B产（I s· β) · (p/p0) · (l-α)
[0005] 其中：Is为Nd2Fel4B相的饱和磁化强度；β为Is的温度系数；P / p 0为相对 密度；α为非磁性相的体积分数；f为Nd2Fel4B晶粒的取向度。根据这个方程，可以推断 出提高烧结Nd-Fe-B永磁材料的剩磁能够采用以下措施：1)提高磁体的相对密度，增加 Nd2Fel4B相的体积百分含量；2)优化磁体的微观结构；3)提高Nd2Fel4B相晶粒的取向度。
[0006] 现有技术中，添加 Dy、Co、Nb、Zr、Ga等元素，优化合金成分设计，同时应用合适的 表面处理方法，有利于克服烧结钕铁硼永磁体的这些性能方面的不足之处，以达到实际应 用的要求。例如中国专利CN 102832003 A公开了一种钕/铁/硼基永磁体，其包含以下 组分：16-25wt% 的 Nd ;4-10wt% 的 Dy ;0-L 2wt% 的 Tb ;2-13wt% 的组分 R，其中组分 R 选 自Pr、Ce、Gd或Y或其组合；1.4-9wt%的组分T，其中组分T选自Co、Cu或A1、或其组合； 0· 1-0. 6wt%的组分M，其中组分M选自Zr、Ti或Mo、或其组合；0· 9-1. lwt%的B ;以及余量 至10(^%的？6。制备方法为：（1)形成合金带，所述合金包含16-25￥1:%的制 ；4-1〇￥1:% 的Dy ;0-L 2wt%的Tb ;2-13wt%的组分R，其中组分R选自Pr、Ce、Gd或Y、或其组合； I. 4-9wt%的组分T，其中组分T选自Co、Cu或A1、或其组合；(λ 1-0. 6wt%的组分M，其中组 分M选自Zr、Ti或Mo、或其组合；0. 9-1. lwt%的B ;以及余量至100wt%的Fe和，（2)由所 述合金带得到精细粉末，（3)将所述精细粉末在磁场中排列，并压制成生坯，（4)将所述生 坯通过冷等静压进一步压制成更高密度的坯体，以及（5)对生坯进行烧结，然后对烧结的 压块进行热处理和退火。该技术方案烧结的钕/铁/硼基永磁体在组成中添加少量的Dy 和非常少的Tb或没有Tb时，仍具有高的矫顽力和良好的热稳定性，是一种矫顽力高和热稳 定性良好且原材料成本低的烧结的钕/铁/硼基永磁体。
[0007] 再如中国专利CN 102723166 A公开了一种钕铁硼永磁体，其特征在于：所述钕铁 硼永磁体包括新料及废料，所述新料成分中镨钕含量为40~90%，其余为铁、钴、铌、铜、 铝、硼，所述镨钕中镨和钕的重量比为1 :3 ;所述废料为各种钕铁硼永磁体的边角料，其稀 土总含量为20~40% ;所述新料及废料按重量比为：新料< 40%，废料多60%。
[0008] 但是，以上技术方案中均为了获得高性能磁体，降低Nd元素含量，以获得体积分 数高的磁性主相，但随之而来的是铸锭中。a -Fe的大量析出，a -Fe的塑性好，增加了铸锭 的韧性，使随后的破碎和制粉过程变得困难，而且降低粉末的取向。如果采用气流磨制粉， 强韧性的a-Fe难以破碎，可能改变最终设计成分，相对提高了磁体的Nd含量。此外还产 生富Nd区，使得在烧结期间局部区域的晶粒过于长大，它非常容易氧化并使磁体退化。这 些都严重影响磁性能的提高。为此需采用合适的工艺减少或消除铸锭中的a-Fe。
【发明内容】
[0009] 为克服现有技术中存在的钕铁硼永磁体的材料材料可加工性差、抗氧化性较差、 磁性能不高，一致性较差，以及现有手机用振动磁环性能较低的问题，本发明提供了一种高 性能钕铁硼永磁体及其生产方法。
[0010] 为了解决上述问题，本发明提供的技术方案为：一种高性能钕铁硼永磁体，其创 新点在于：其包含以下重量分数的组分：〇. 98~1.05wt%硼铁合金、0~0. 2wt%镝铁 合金、68. 95-69. 52wt %纯铁和29. 5~29. 8wt %稀土元素；其中，硼铁合金（Β:0· 95~ I. 12wt% )、镝铁合金（Dy :0 ~1.0 wt% )、纯铁（Fe :66· 38 ~69. 75wt% )和稀土元素 （RE : 29. 3 ~31. 5wt% ) 〇
[0011] 在此基础上，其包含以下重量分数的组分：硼铁合金〇.99wt%、镝铁合金 0· 2wt %、纯铁 27. 82wt % 和稀土元素（70. 99wt % )。
[0012] 在此基础上，所述稀土元素包括钕、镨钕、钴、铜、镓、锆和钛元素；其中，稀土元素 钕/镨钕、钴、铜、镓、锆和钛的各自比例为：29. 3~31.5% :0~1% :0~0.25% ):0~ 0· 3% :0 ~0· 3% :0 ~0· 3%〇
[0013] 在此基础上，所述硼铁合金中硼和铁的重量比为19. 3~19. 8% :80. 2~80. 7% ; 镝铁合金中镝和铁的重量比为19. 0~20. 1 % :79. 9~81 %。
[0014] 在此基础上，镨钕中镨和钕的重量比为20~25% :75~80%。
[0015] 本发明另一个目的是提供一种高性能钕铁硼永磁体的生产方法，其创新点在于： 所述生产方法具体步骤如下：
[0016] 1)将配比量的硼铁合金、镝铁合金和纯铁进行原料预处理，除去其中的铁锈和其 他杂质；
[0017] 2)在完成了预处理的原料中按配比量加入稀有元素，混合均匀形成混合料；其 中，稀有元素包括钕/镨钕、钴、铜、镓、错和钛；
[0018] 3)将步骤2)混合料装料后，先将炉抽真空至0. 4Pa以下，预热20~30min后，充 入2. 7*104Pa的氩气，接着进行大功率熔化，熔化时间为25~35min，熔清后静定3~5min 后进行浇涛；
[0019] 4)将步骤3)中真空熔炼完成的钕铁硼合金熔液倒入莫来石中间包，进过循环 水冷的铜辊轮进行冷却浇铸，最后到水冷盘中进行冷却，冷却时通人〇. 〇3MPa氩气补气冷 却；辊轮表面线速度控制1. 0-1. 5m/s，铜轮冷却水温控制25-45°C，制备的速凝片控制在 0. 25-0. 45mm ；
[0020] 5)将已完成冷却的钕铁硼合金置于氢气环境中，进行氢碎处理，使钕铁硼合金变 成粗粉；
[0021] 6)经过氢碎后的钕铁硼合金粗粉采用高压气流进行气流磨粉；使钕铁硼合金粗 粉相互碰撞后成为细粉；
[0022] 7)经过气流磨粉后的钕铁硼磁粉通过磁场取向成型方法进行磁场取向和材料压 制成型；
[0023] 8)确定了磁场取向和成型后的材料放到真空烧结炉中在密闭、真空和充满氩气的 环境下依次进行烧结、回火及冷却工艺，并通过循环水系统进行冷却；
[0024] 9)经过烧结后的材料经过性能检测、机加工和磁化检测，最终形成钕铁硼永磁体。
[0025] 在此基础上，步骤8)中烧结工艺采用真空二步烧结法进行材料的烧结，具体步骤 为：先升温至300~350°C，保持温度6~8小时去氢；再升温至1060~1070°C烧结2~ 2. 5小时，最后降温至1030~1040°C保持温度烧结2~2. 5小时，烧结完成后采用风冷降 温冷却。
[0026] 在此基础上，所述步骤5)中的氢碎处理具体步骤为：将速凝片装料后，开排放阀 门至系统压力至常压，进行正负压测试，直至真空度达到3. 5E 1Pa,充氢气后5-15分钟，调 大氢气流量，当压力降至〇. 〇67MPa以下时打开氩气进行补充。吸氢结束后，打开排期阀，当 真空度至1.0 E2Pa后开始