一种高性能烧结钕铁硼稀土永磁材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于烧结钕铁硼稀土永磁材料领域，特别涉及一种高性能烧结钕铁硼稀土 永磁材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 烧结钕铁硼永磁材料正在推动计算机硬盘技术、核磁共振成像技术、电动车、风力 发电、工业永磁电机、消费电子（CD、DVD、手机、音响、复印机、扫描仪、摄像机、照相机、冰箱、 电视机、空调机等等）技术及磁力机械、磁悬浮技术、磁传动技术等的迅速发展。
[0003] 随着应用市场不断拓宽与深入，对烧结钕铁硼永磁材料的要求也越来越高。性能 要高，成本要低。为此，新的烧结钕铁硼新技术也不断出现，如SC技术、双合金技术、边界结 构控制技术、低温烧结和细化晶粒技术等等。
[0004] 现在得到大家认可的烧结钕铁硼中相的结构是由主相R2Fe14B相和晶界相（富R相 和B相）组成。主相R 2Fe14B在材料中所占的比率越大，磁性能就越高；据此，稀土的含量就 要尽可能接近主相的含量。当稀土降低时又容易形成铁，达不到设计的主相要求。晶 界相太少又形不成液相烧结。
[0005] 中国专利ZL200610089124. 7公开了北京工业大学的岳明等人用纳米Dy、Tb粉做 第二相，与第一相混合制作高矫顽力钕铁硼的技术。在相同条件下，节省了重稀土的用量。
[0006] 中国专利ZL201010240913. 2通过金属渗入剂沿着晶界渗入，并与Pr和/或Nd发 生置换，包围在主相的周围，在提高矫顽力的同时，对磁能积的降低较少，显著减少重稀土 的用量，保护了地球上的稀缺资源。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种高性能烧结钕铁硼稀土永磁材料及其制 备方法，该方法改善在烧结过程中形成的边界缺陷并使重稀土元素尽量多的成为边界区， 起到提尚矫顽力同时尽可能小的影响剩磁，提尚材料的磁性能；在取得相等磁性能的如提 下显著减少了重稀土的用量，降低了成本。
[0008] 本发明的一种高性能烧结钕铁硼稀土永磁材料，所述材料包括形成主相的第一磁 粉，形成边界区的第二磁粉和形成晶界相的第三磁粉；其中，第一磁粉以R 2T14B相为主相，R 选自除Dy和/或Tb以外的稀土类元素中的一种或者几种，T选自过渡族元素中的一种或 者几种；第二磁粉以R' 2T14B相为边界区，R'为Dy和/或Tb，T选自过渡族元素中的一种或 者几种。
[0009] 所述第一磁粉按质量百分比计，成分为RxT1Q。 (x+y+z)NbyMwBz，其中24彡x彡35， 0? 1彡y彡2.0,0.90彡z彡1.20,0. 1彡w彡10 ;R选自除Dy、Tb以外的稀土类元素中的 一种或者几种，T为Fe和/或Co, M为Cu、Al、Zr、Ti、Cr、Mo中的一种或几种。
[0010] 所述第二磁粉按质量百分比计，成分为R' xFe1QMx+y+z)NbyMwBz，其中20彡X彡60， 0? 1 彡 y 彡 2. 0,0? 90 彡 z 彡 1. 20,0. 1 彡 w 彡 10 ;R' 为选自 Dy 和 / 或 Tb，M 为 Cu、Al、Zr、 Ti、Cr、Mo中的一种或几种。
[0011] 所述第二磁粉按质量百分比计，成分为RxFe1Q。 (x+y+z)MyBz，其中20彡x彡60， 0. 1彡y彡15,0. 90彡z彡1.20;R选自除Dy、Tb以外的稀土类元素中的一种或者几种，M 为&1、六1、2厂！1、0、]\1〇中的一种或几种。
[0012] 所述第二磁粉占材料总重量0. 1-10%，第二磁粉占材料总重量1-15%。
[0013] 本发明的一种高性能烧结钕铁硼稀土永磁材料的制备方法，包括：
[0014](1)按第二磁粉占材料总重量0. 1-10 %、第二磁粉占材料总重量1-15 %、其余 为由第一磁粉制得的主相合金磁体的配比混合，进行氢爆处理，使混合粉末的平均粒径在 100 ym以下；使用气流磨工艺使混合磁粉的平均粒度控制在2-5 ym ;
[0015] ⑵将混合后的磁粉在磁场中在150_200Mpa的压强下等静压，得到坯件；
[0016] (3)将坯件放入高真空烧结炉内1000°C -1140°C烧结2-5小时（为防止在烧结过 程中重稀土过多的扩散到主相与晶界相中，同时为了防止晶粒异常长大，因此采用低温烧 结方式，保温时间适当延长，以确保烧结完全），随后于850-950°C -级回火2-3小时，最后 于450-60(TC二级回火2-5小时，即得高性能烧结钕铁硼稀土永磁材料。
[0017] 所述步骤（1)中第一磁粉预先经压型、等静压、真空烧结和热处理得到主相合金 磁体。
[0018] 俄歇电子能谱分析拟合得到烧结钕铁硼边界以及晶界中央到主相晶粒区的成分 变化。得出晶界中央是富Nd相，具有fee结构，B含量低，0、Nd含量高，厚度为5-10nm，与磁 体的Nd含量有关，是变化的。晶界相两侧有反常衬度，其厚度为10-20nm，其Nd含量较高， 〇和C含量较高，构成晶界相与主相之间的过渡区，即边界区。边界区的成分偏离2:14:1相 的成分，结构也不完整，即有缺陷，也成为缺陷区，因此边界区是低HA区，在反磁化场的作 用下，该区容易形成反磁化畴核，因此是磁钢的Hej远低于理论值的重要原因之一。
[0019] 本发明采用了独立制造烧结钕铁硼三种组织结构，再进行复合烧结，降低边界缺 陷，并使重稀土元素尽可能的保留在边界区，提高Hej，同时减小重稀土元素对永磁体剩磁 的影响。
[0020] 在本发明中，借助三相合金烧结法，只需向烧结钕铁硼磁体中加入少量的重稀土 元素就能大大改善钕铁硼磁体的内禀矫顽力Hej。这是因为在多相合金烧结法中，主相合金 基本不熔化，边界区结构中的重稀土以及晶界相的稀土元素很难扩散到主相中，因此只需 要少量的重稀土元素就可以大大改善磁体的内禀矫顽力Hej，同时重稀土元素在边界区也 不会过多的损害钕铁硼磁体的剩磁Br。因此在磁体剩磁性能基本不受影响或受很小影响的 前提下，仅仅打入少量的重稀土元素，通过本发明就可以大大改善磁体的Hej。
[0021 ] 为了细化主相和边界区结构相的晶粒，第一第二磁粉中本发明都加入了元素Nb， 使得合金在熔炼铸片的过程中少出现甚至不出现异常长大的晶粒。氢破和气流磨的工艺过 程中就可以减少穿晶断裂，增加晶界破碎，对后续烧结后的晶粒形状和大小都有较大的影 响。
[0022] 本发明采用低温烧结（1000°C -1140°C烧结2-5小时），为了确保烧结完全，可以适 当延长烧结时间。
[0023] 烧结后进行二级回火处理，根据具体情况可再在850-950°C -级回火2-3小时，也 可再在450-600°C二级回火2-5小时，制得烧结磁体。
[0024] 由于烧结后的冷却过程中冷却速度比较快，部分固溶在富Nd液相中的基体相来 不及完全析出，因而边界结构区为非平衡组织，该区域的成分与晶体结构均不同于主相，这 里具有低的磁晶各向异性场HA，从而导致磁体的矫顽力较低。而且由于冷却速度快，富Nd 相分布不均，产生大量颗粒团聚，主相数量的减少及富Nd相不能完全沿主相晶界析出导致 的磁去耦作用降低，使得烧结态磁体磁性能（特别是矫顽力）不佳。回火后磁体矫顽力的 显著提高，当较高温度即940°C回火时，在晶界交隅处的富Nd相重新变为液相，然后在边界 结构区流动，消除了富Nd相的团聚，其分布更充分、均匀，因而可更好地隔离主相晶粒，去 除晶粒之间的磁交换耦合作用；富钕相中的Fe原子向主相扩散，而过渡层多余的Nd原子 向富钕相扩散，结果使得外延层和主相结构趋于一致，但成分是以重稀土取代轻稀土形成 的边界结构为主；主相晶粒边缘也有部分溶于富Nd液相，主相的尖锐棱角等缺陷消除，晶 界变得规整、平滑，增加了反磁化畴形核的难度，减小主相晶粒的退磁场。然后在较低的二 级回火温度