专利名称：一种块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方法
技术领域：
一种块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方法，涉及稀土永磁材料和快速凝 固技术领域。
背景技术：
近年来，随着多极磁化技术微型化的进展，薄片型NdFeB类磁体成为MEMS中微电 机、磁阀等器件的更好选择。它们一般是厚度在0. 2mm 2mm、平面面积50mmX50mm的磁 片，要求具有较高的磁性能和热稳定性。至今，这类磁片的加工仍是采取对烧结NdFeB类永 磁体进行精密机械加工的方法。但该方法除了带来材料大量浪费之外，还因引起磁体表面 晶界相的变化带来磁体表层的矫顽力大幅下降的问题。对于厚度较小、小于Imm的磁片此 不利影响更为严重。在现有技术中，采用铜模真空吸铸制备薄片型NdFeB类磁体存在以下两大问题 其一磁性太低。由于铜模真空吸铸时熔体的冷却速度只有 102K/min，传统R-Fe B永磁 合金无法籍此方法获得纳米晶组织。为此，近年人们研究了一种可以采用铜模真空吸铸得 到块体非晶或纳米晶的贫R、富B的钕铁硼永磁合金。这种合金的特点是B元素含量高达 19 20at%以提高其非晶形成能力，而Nd元素含量则控制在3 5at%的低水平，还添加 Y元素进一步提高非晶形成能力，添加Co元素提高热稳定性，添加Ti，&元素等细化晶粒、 提高磁性能。例如，J. Olszewski在Journal of Rare Eareths期刊2009年第4期上发 表的论文 Microstructure andmagnetic properties of Fe-Co-Nd-Y-B alloys obtained by suction casting method 中研究了 Fe67Co5Nd3Y6B19 和 Fe64Co5Nd6Y6B19 合金铜模真空吸铸 0. 5mm厚的薄片磁体。Fe61ColtlNd3Y6B2tl非晶铸片经过948K退火30min得到RE2Fe14B、Fe2B 和REhFe4B4组成的纳米复合磁体，其磁性能为矫顽力120kA/m，饱和磁化强度1. 29T。而 Fe64Co5Nd6Y6B19铸片由纳米晶R2Fe14B和R^Fe4B4复合而成，其磁性能太低矫顽力260kA/m， 饱和磁化强度0. 89T。其二非晶形成能力太差。如2010 年 H. W. Chang 在 Journal of Alloys and Compounds 的 2010 年 489 期上发表的论文 Magnetic property enhancement of directly quenched Nd-Fe-Bbulk magnets with Ti substitution Φ ff ^ 7 IHH^2S
0. 7讓的NdyFe85_x_yTixB15(x = 0-4, y = 8-10)园棒磁体。该研究将B含量降低至15&1%而 同时将Nd含量增加至8-lOat %，在提高Nd2Fe14B体积百分数的同时合金的非晶形成能力大 幅度降低，获得的NdyFe85_yB15(y = 8-10)的铸态组织晶粒尺寸竟然达到500_800歷，矫顽力 只有为IkOe。通过添加3站％的Ti将铸态组织的晶粒虽然可细化至80-150nm，其最佳磁性 能仍然偏低，剩磁只有0. 65T，矫顽力820kA/m，磁能积只有70. 8kJ/m3。因此，现有技术形成一个尴尬的两难境地由于吸铸时铜模的 冷却能力所限，为保 证合金的非晶形成能力不得不采取低Nd和高B原子分数的合金成分，但磁体的磁性能太低 无法满足工程要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有铜模真空吸铸钕铁硼类块体非晶或纳米复合永磁材 料磁性能不高的缺点，发明一种采用热力学过冷熔体真空吸铸制备的高性能块体纳米复合 永磁材料的方法。本发明一种块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方法，其制备步骤如下先 配制并熔炼R-Fe-B-M合金铸锭，其中R为稀土元素、且必须包含Nd、Pr中至少一种元 素，R含量为7at% _14at%，硼元素B为10at% -17at%, M为过渡族元素中至少一种元 素；然后将该合金铸锭熔化，并通过循环过热结合熔融玻璃净化法、磁悬浮熔炼结合循环 过热法中至少一种方法使合金熔体获得稳定深过冷度，将其冷却至设定过冷度，立即采用 金属模真空吸铸法将过冷熔体吸铸成所设计形状的铸件；其中，循环冷却过热温度范围 为1300°C -1700°C ；最后对上述铸件进行热处理，热处理温度473 1173K，时间Imin 480min。本发明一种块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方法，其制备步骤如下先配 制并熔炼R-Fe-B-M合金铸锭，其中R为稀土元素、且必须包含NcUPr中至少一种元素，R含 量为7at% -14at%，硼元素B为IOat% -17at%,M为过渡族元素中至少一种元素；然后将 该合金铸锭熔化，并通过循环过热结合熔融玻璃净化法、磁悬浮熔炼结合循环过热法中至 少一种方法使合金熔体获得稳定深过冷度，并使熔体自发凝固；其中，循环冷却过热温度范 围为1300°C -1700°C;之后重新熔化具有深过冷能力的上述合金并将其冷却致设定过冷度，立即采用金属模真空吸铸法将过冷熔体吸铸成所设计形状的铸件；最后对上述铸件进行热 处理,热处理温度473 1173K，时间Imin 480min。采用上述块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方法中，热处理后永磁材料由 R2 (Fe，Μ) 14B、(Fe，Μ) 3Β 和 a_Fe 三相纳米晶组成。与现有技术相比，本发明可以制备出磁性能更高的块状磁体，且原材料浪费少等 优点。实施例1按照Nc^Dya3Fe73Ti3B147名义成分并计入稀土 Nd、Dy的烧损后配制合金，经过 真空熔炼后铸成铸锭。在可精确控温的真空吸铸炉的石英坩埚将B2O3玻璃净化剂加热至 1300°C保温20min，以充分除气。合金铸锭在熔融玻璃保护下升温至1400°C后保温30min， 并进行过热-冷却循环处理。当获得稳定大过冷度后，再重新熔化并过热至1660°C，之后冷 却至1420°C，如此循环冷却过热1 4次后使之冷却并自发凝固，获得具有深过冷能力的铸 锭。重新熔化所需数量的上述铸锭，用惰性Ar气流吹过冷却熔体至设定的过冷度40°C时， 立即采用铜模或钼模真空吸铸法将过冷熔体吸铸成厚度为1.5mm的片形铸件。该铸片经过 573K、120min热处理后，其磁性能为剩磁1.0T，矫顽力810kA/m，磁能积(BH)max85kJ/m3。实施例2按照Pr9.5Dy0.3Tb0.3Fe70Co6Ti3B10.7名义成分并计入稀土 Nd、Dy和Tb的烧损后配制 合金，经过真空熔炼后铸成铸锭。在可精确控温的真空吸铸炉的石英坩埚将玻璃净化剂加 热至1300°C保温20min，以充分除气。合金铸锭在熔融玻璃保护下升温至1350°C后保温 30min，并在1600°C -1350°C之间进行过热-冷却循环处理。当获得稳定大过冷度后，在设 定过冷度42°C时，立即采用铜模或钼模真空吸铸法将过冷熔体吸铸成直径1. Omm的圆柱形铸件。该铸片经过773K、IOOmin热处理后，其磁性能为剩磁1. 1T、矫顽力850kA/m，磁能积 90kJ/m3 。
权利要求
一种块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方法，其特征是(1)配制并熔炼R-Fe-B-M合金铸锭，其中R为稀土元素、且必须包含Nd、Pr中至少一种元素，R含量为7at％-14at％，硼元素B为10at％-17at％，M为过渡族元素中至少一种元素；(2)将该合金铸锭熔化，并通过循环冷却过热结合熔融玻璃净化法、磁悬浮熔炼结合循环冷却过热法中至少一种方法使合金熔体获得稳定深过冷度，将其冷却至设定过冷度，立即采用金属模真空吸铸法将过冷熔体吸铸成所设计形状的铸件；其中，循环冷却过热温度范围为1300℃-1700℃；(3)对上述铸件进行热处理，热处理温度473～1173K，时间1min～480min。
2.一种块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方法，其特征是(1)配制并熔炼R-Fe-B-M合金铸锭，其中R为稀土元素、且必须包含Nd、Pr中至少一 种元素，R含量为7at% _14at%，硼元素B为IOat% _17at%，M为过渡族元素中至少一种 元素；(2)将该合金铸锭熔化，并通过循环过热结合熔融玻璃净化法、磁悬浮熔炼结合循环过 热法中至少一种方法使合金熔体获得稳定深过冷度，并使熔体自发凝固；其中循环冷却过 热温度范围为1300°C -1700°C ；(3)重新熔化具有深过冷能力的上述合金并将其冷却致设定过冷度，立即采用金属模 真空吸铸法将过冷熔体吸铸成所设计形状的铸件；(4)对上述铸件进行热处理，热处理温度473 1173K，时间Imin 480min。
3.如权利要求1或权利要求2所述的一种块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方 法，其特征是热处理后永磁材料由R2 (Fe, M) 14B、(Fe, Μ) 3Β和a_Fe三相纳米晶组成。
全文摘要
一种块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方法，属于稀土永磁材料和快速凝固技术领域。该方法步骤如下(1)配制并熔炼贫稀土R、富硼的R-Fe-B-M合金铸锭，其中稀土元素R为7at％-14at％，B为10at％-17at％；(2)并通过循环过热结合熔融玻璃净化法、磁悬浮熔炼结合循环过热法中至少一种方法使合金熔体获得稳定深过冷度；(3)将具有一定热力学过冷度的合金熔体通过金属模真空吸铸成设计形状铸件，该铸件由R2(Fe，M)14B、(Fe，M)3B和a-Fe三相纳米晶组成。
文档编号B22D18/06GK101844219SQ20101016930
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月22日 优先权日2010年4月22日
发明者何爱玲, 刘新才, 刘艳君, 孙志月, 张文旺, 潘晶 申请人:宁波大学