一种粘结型稀土磁粉及其制备设备的制作方法
【专利摘要】一种粘结型稀土磁粉，以重量百分比记为，基本表达式为RExFe100-x-y-zByMz，其中，RE为钕元素，Fe为铁元素，B为硼元素，M为钴元素；x为13～25.8，y为0.1～2.1，z为0.1～4。本发明可制备出具有高磁能积，低内禀矫顽力的粘结钕铁硼永磁材料。
【专利说明】一种粘结型稀土磁粉及其制备设备【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有高性能的稀土永磁材料及其制备设备，更涉及一种粘结钕铁硼稀土永磁材料及其制备设备，尤其是一种具有高磁能积、低内禀矫顽力的粘结钕铁硼稀土永磁材料的磁粉及其制备设备。
【背景技术】
[0002]钕铁硼永磁材料是目前磁性最强的永磁体，具有高磁能积、高性价比等优异特性。钕铁硼具有体积小、重量轻和磁性强的特点，是迄今为止性能价格比最佳的磁体。钕铁硼因其节能环保的特性，广泛用于信息技术、汽车、核磁共振、风力发电和电机等领域。提高粘结钕铁硼磁体的性能，提高各向同性粘结钕铁硼磁粉性能，磁能积达到15MG0e以上的高磁能积产品，已经成为本领域技术攻关的项目。
[0003]而在机器人、家电等一些小微型步进电机中需要使用磁能积要高的磁体，但内禀矫顽力低，随着粘结钕铁硼磁体日益广泛应用于这些小微型步进电机中，研制出内禀矫顽力低，但磁能积高的粘结钕铁硼材料意义重大，但是现有技术的粘结钕铁硼永磁体内禀矫顽力低的，其最大磁能积只能达到5~8MG0e,不能满足市场对高磁能积的需求。
[0004]CN101241789A公开了一种稀土永磁磁粉及其制备方法，其基本表达式为
[0005](RhLaa) uFe100_u_x_yMxBy，
[0006]其中，R为金属Nd、金属Pr、NdPr合金或者以La、Ce、Nd为主的混合稀土金属合金，La为金属镧元素，Fe为金属铁元素，M为金属Zr、Hf、Nb、V中的一种或以上，B为硼元素。其中0.05≤a≤0.7，8≤u≤14，I≤X≤5，3≤y≤10。CN101241789A的配方添加了极高的稀土量以及添加了近5%的Zr元素，这不仅增加了快淬粘结钕铁硼磁粉的成本，而且由于添加过多的Zr元素更易诱发磁体生锈，且该专利不能满足高磁能积、低矫顽力的磁性倉泛。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种粘结型稀土磁粉及其制备设备，其是具有低内禀矫顽力、闻磁能积、闻剩磁的粘结钦铁砸稀土永磁材料。
[0008]为此，根据本发明的一个方面，提供了一种粘结型稀土磁粉，其特征在于，以重量百分比记为，基本表达式为RExFe1(l(l_x_y_zByMz,其中，RE为钕元素,Fe为铁元素,B为硼元素,M为钴元素；x为13~25.8, y为0.1~2.1, z为0.1~4。
[0009]优选地，所述X为14~23.5，y为0.2~1.8，z为0.4~3.6。
[0010]优选地，所述X为16.2~22.7，y为0.3~1.6，z为0.6~3.1。
[0011 ] 优选地，没有添加Zr元素。
[0012]优选地，氩气压力及快淬速度分别控制在0.1xlO4~4xl04Pa及2~32m/s。
[0013]优选地，通过以下工艺制备，即:将配好的料放入真空熔炼炉中进行熔炼得到合金锭，将表面去皮去氧化层的合金锭放入真空快淬炉中进行快淬，控制的工艺参数有温度、气压、真空度、辊面线速等，再将快淬后的产品晶化破碎。
[0014]优选地，热退火工艺优选在200°C?780°C的温度范围，热退火时间优选在0.1?35min。
[0015]根据本发明的另外一个方面，提供了一种粘结型稀土磁粉的制备设备，其特征在于，包括配料装置，其具有按重量百分比进行配料的比例控制器和至少四个配料器；真空熔炼炉，其容纳配好的料，进行熔炼得到合金锭，具有熔炼装置和去皮去氧化层装置；真空快淬炉，其容纳将表面去皮去氧化层的合金锭，进行快淬，具有温度控制器、气压控制器、真空度控制器、辊面线速控制器；晶化破碎装置，其将快淬后的产品晶化破碎。
[0016]优选地，还具有200°C?780°C的热退火温度控制器和0.1?35min的热退火时间控制器。
[0017]优选地，包括钕元素配料器、铁元素配料器、硼元素配料器和钴元素配料器。
[0018]优选地，以重量百分比记，所述比例控制器使钕元素、硼元素、钴元素的比例控制在(13?25.8): (0.1?2.1): (0.1?4)。优选地，所述比例控制器以重量百分比记使钕元素、硼元素、钴元素的比例控制在(14?23.5): (0.2?1.8): (0.4?3.6)。优选地，所述比例控制器以重量百分比记使钕元素、硼元素、钴元素的比例控制在(16.2?22.7): (0.3?1.6): (0.6 ?3.1)。
[0019]根据本发明，提供了具有高磁能积，低内禀矫顽力的粘结钕铁硼永磁材料，基本表达式为RExFe1(l(l_x_y_zByMz,其中，RE为钕元素,Fe为铁元素,B为硼元素,M为钴元素；x为13?25.8，y为0.1?2.1，z为0.1?4。优选地，所述x为14?23.5，y为0.2?1.8，z为
0.4?3.6。更优选地，所述X为16.2?22.7，y为0.3?1.6，z为0.6?3.1。
[0020]根据本发明，不仅能够获得高磁能积，低矫顽力的产品，且降低了生产成本，并解决了产品易生锈问题。
[0021]根据本发明，没有添加Zr元素，在现有技术中，制备钕铁硼永磁材料往往通过添加Zr元素来细化晶粒，提高钕铁硼合金的磁性能，但是Zr元素容易诱发磁体生锈，从而影响磁体的整体性能。而本发明在保证了钕铁硼磁体高磁性能的前提下，未添加Zr元素。
[0022]根据本发明，通过在钕铁硼永磁合金中添加Co，不仅能提高非晶相稳定性，细化晶粒，同时钴可以取代Fe原子，增强铁磁交换，提高钕铁硼永磁合金居里温度。
[0023]根据本发明，为了获得高磁能积，低矫顽力的永磁粉，在独特有配方的前提下，还通过最优化快淬工艺中氩气压力和快淬速度这些对内禀矫顽力及磁能积影响尤为显著的因素，通过实际数据分析可知在氩气压力及快淬速度分别控制在0.1xlO4?4xl04Pa及2?32m/s的最优工艺条件下，可获得本发明的高磁能积，低内禀矫顽力粘结钕铁硼永磁粉。
[0024]根据本发明的配方，可以制备出粘结钕铁硼磁粉的最大磁能积可达123KJ/m3，剩磁可达930mT，内禀矫顽力为581KA/m，其具有高磁能积,低内禀矫顽力的性能特点,适用于机器人、家电等一些小微型步进电机。
[0025]根据本发明，在未添加过渡金属元素Zr前提下制得低内禀矫顽力、高磁能积的粘结钕铁硼永磁材料。
[0026]根据本发明，在成分配方的基础上通过控制快淬过程中各项工艺参数来达到制备高性能粘结钕铁硼目的，首先将配好的料放入真空熔炼炉中进行熔炼得到合金锭，将表面去皮去氧化层的合金锭放入真空快淬炉中进行快淬，其中，可控工艺参数有，温度，气压，真空度，棍面线速等，再将快洋后的广品晶化破碎等工艺制备出一种具有闻磁能积，闻剩磁，低内禀矫顽力的粘结型稀土永磁材料，其中热退火工艺优选在200°C?780°C的温度范围，热退火时间优选在0.1?35min。
[0027]根据本发明，粘结型稀土磁粉制备设备中的喷咀作为生产中一个重要技术指标，本发明喷咀采用碳化硅材质，经过真空热压烧结和机械加工成底端带螺纹的柱流状形式，高度为190?250mm,底面直径为25?30mm,底部小孔尺寸为1.2?1.5mm。制成的柱流喷咀与传统的椭圆形喷咀、扁平喷咀及扇形喷咀等其他喷咀相比，具有更好的耐高温性能、导热性、抗热震性和抗氧化性。在真空或气体保护下其最大工作温度可达到1800?2000°C，比传统的喷咀提高了 500°C以上，可以连续工作72h以上。
[0028]根据本发明，上述成分配方、喷嘴材质、形状大小、快淬速度、保温温度等都是直接影响晶粒大小、分布的因素，本发明在最优化条件下得到产品微观结构如图一结果所示，产品表面光滑、形貌规则分布较均匀，直接影响产品的主要磁性能。因为快淬钕铁硼永磁材料的微观结构对磁粉、磁体的性能有显著影响，这是由于快淬钕铁硼磁粉呈鳞片状，倘若尺寸偏大，则不利于压缩致密；若快淬粉颗粒分布不均，大颗粒与小颗粒混合时磁粉的晶界易被破坏，增加表面，导致吸附的氧增多，降低磁性能。因此，只有当钕铁硼磁粉颗粒分布均匀，大小基本相同时，获得的粘结钦铁砸磁性能较闻。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为根据本发明制备的稀土磁粉在扫描电子显微镜下组织结构图，从图中可以看出，产品表面光滑，形状大小规则不一。
[0030]图2是根据本发明制备的稀土磁粉的制备设备的结构原理示意图。
[0031]图3为根据本发明制备的粘结钕铁硼磁粉在室温下的磁滞曲线图，从图中可以看出，本产品检测出最大磁能积为122KJ/m3，内禀矫顽力是589kA/m。
[0032]图4为根据本发明制备粘结钕铁硼磁粉的居里温度图，从图中可以看出，本产品居里温度为664K。
【具体实施方式】
[0033]图1本发明产品在扫描电子显微镜下组织结构图，可以看出，产品表面光滑，形状大小规则不一。
[0034]如图2所示，根据本发明的粘结型稀土磁粉的制备设备，包括配料装置80，其具有按重量百分比进行配料的比例控制器和至少四个配料器；真空熔炼炉100，其容纳配好的料，进行熔炼得到合金锭，具有熔炼装置10和去皮去氧化层装置20 ;真空快淬炉200，其容纳将表面去皮去氧化层的合金锭，进行快淬，具有温度控制器、气压控制器、真空度控制器、辊面线速控制器；晶化破碎装置300，其将快淬后的产品晶化破碎。
[0035]优选地，具有200°C?780°C的热退火温度控制器和0.1?35min的热退火时间控制器。优选地，第一配料器81为钕元素配料器、第二配料器82为铁元素配料器、第三配料器83为硼元素配料器、第四配料器84为钴元素配料器。
[0036]优选地，所述比例控制器以重量百分比记使钕元素、硼元素、钴元素的比例控制在(13?25.8): (0.1?2.1): (0.1?4)。优选地，所述比例控制器以重量百分比记使钕元素、硼元素、钴元素的比例控制在(14?23.5): (0.2?1.8): (0.4?3.6)。优选地，所述比例控制器以重量百分比记使钕元素、硼元素、钴元素的比例控制在(16.2?22.7): (0.3?1.6): (0.6 ?3.1)。
[0037]图3为本发明粘结钕铁硼磁粉在室温下的磁滞回线图，其中，样本编号是20130917-04821507,Br 为正值 9594.9G,质量为 0.49765g,密度为 7.6200g/cm3。试验开始时间是2013年9月17日上午10点07分15秒，试验结束时间是2013年9月17日上午10点12分34秒，用时5分18秒。试验结果是:(BH)niaxS 15.375E+6G0e,Hci为负值-7354.6G。图2中的单位(BH)max表示最大磁能积，Hci表示内禀矫顽力，Moment/Mass (emu/g)表示磁矩/质量，emu/g表示单位质量被磁化的程度,g表示克,Hint (G)表示考虑退磁因子后的磁感应强度。
[0038]图4为本发明产品粘结钕铁硼磁粉的居里温度曲线图，M(emu/g)表示磁化强度。Tc/K表示居里温度。
[0039]本发明特点是:
[0040](I)本发明没有添加Zr元素，在现有技术中，制备钕铁硼永磁材料往往通过添加Zr元素来提高钕铁硼合金的磁性能，但是Zr元素容易诱发磁体生锈，从而影响磁体的整体性能。而本发明在保证了钕铁硼磁粉高性能的前提下，未添加Zr元素。
[0041](2)本发明通过在钕铁硼永磁合金中添加Co，不仅能提高非晶相稳定性，细化晶粒，同时钴可以取代Fe原子，增强铁磁交换，提高钕铁硼永磁合金居里温度。
[0042](3)本发明为了获得高磁能积，低矫顽力的永磁粉，在研制独有配方的前提下，还通过最优化快淬工艺中氩气压力和快淬速度这些对内禀矫顽力及磁能积影响尤为显著的因素，通过数据分析可知在氩气压力及快淬速度分别控制在0.1xlO4?4xl04Pa及2?32m/s的最优工艺条件下，可获得本发明的高磁能积，低内禀矫顽力的粘结钕铁硼永磁粉。
[0043](4)本产品配方制备出钕铁硼磁粉的最大磁能积可达123KJ/m3，剩磁可达930mT，内禀矫顽力为581KA/m，本产品具有高磁能积，低内禀矫顽力的性能特点，适用于机器人、家电等一些小微型步进电机。
[0044]实施例1:
[0045]按上述成分配方配比各成分，纯度为99.9%的稀土 Nd，重量百分比为24%，Fe-B合金(其中B含量为19%)，B的重量百分比为2.1%, Co的重量百分比为2.0%，剩余为Fe含量。将各成分混合均匀，在惰性气体氩气的保护下，放入真空熔炼炉中冶炼，熔炼完成后得到30公斤成分均匀的合金锭，进行快淬处理，4xl04Pa的氩气压力及30m/s的快淬速度下，快淬炉温度控制在1400°C，得到金属薄带后破碎过40目筛网，在700°C温度下晶化10分钟，将制备的样品用振动样品磁强计(VSM)测出其磁性能，性能如表I所示。
[0046]实施例2:
[0047]按照以下配方，纯度为99.9%的Nd，重量百分比为24%，Fe-B合金(其中B含量为19%)，B的重量百分比为2.1%，Co的重量百分比为2.0%，剩余为Fe含量。重复样品I的制备过程，4xl04Pa的氩气压力及30m/s的快淬速度下，将快淬温度控制在1100°C，700°C下晶化10分钟，将制备出的样品用振动样品磁强计(VSM)测出其磁性能，性能如表I所示。
[0048]通过以上实施例可以看出，在实施例1的各项参数下得到的粘结钕铁硼磁粉具有高磁能积、低矫顽力。同实施例2对比，在其他参数相同的情况下，改变快淬温度直接影响到磁粉性能，对比可知，快淬温度控制在1400°C较1100°C更有利于本发明的实施。
[0049]实施例3:
[0050]按照以下配方，纯度为99.9%的Nd，重量百分比为18.6%, Fe-B合金(其中B含量为19%)，B的重量百分比为2.1%, Co的重量百分比为2.0%，剩余为Fe含量。重复样品I的制备过程，4xl04Pa的氩气压力及30m/s的快淬速度下，快淬温度控制在1400°C，700°C温度下晶化10分钟，其中将制备出的样品用振动样品磁强计(VSM)测出其磁性能，性能如表1所示。
[0051]对比实施例1、3可知，在其他参数相同情况下，当稀土 Nd重量百分比从24%降到18.6%，磁粉的主要磁性能也大幅度下降，可知，稀土钕含量是影响磁粉性能的一个主要因素之一，且钕重量百分比为24%时更有利于本发明所需磁性能磁粉的制备。
[0052]表1
【权利要求】
1.一种粘结型稀土磁粉，其特征在于，以重量百分比记为，基本表达式为RExFe1(l(l_x_y_zByMz,其中，RE为钕元素，Fe为铁元素，B为硼元素，M为钴元素；x为10.21?.28.32，y 为 0.31 ?7.2，z 为 0.05 ?6.43 (优选 x 为 13 ?25.8，y 为 0.1 ?2.1，z 为 0.1 ?4)。
2.如权利要求1所述的稀土磁粉，其特征在于，所述X为12.31?27.53，y为0.2?.5.76，z 为 0.11 ?5.13 (优选地，所述 X 为 15.55 ?26.93，y 为 0.3 ?3.35，z 为 0.56 ?.3.29)，优选地，所述X为14?23.5，y为0.2?1.8，z为0.4?3.6 (优选地，所述x为.16.2 ?22.7，y 为 0.3 ?1.6，z 为 0.6 ?3.1)。
3.如权利要求1所述的稀土磁粉，其特征在于，没有添加Zr元素。
4.如权利要求1所述的稀土磁粉，其特征在于，氩气压力及快淬速度分别控制在.0.1xlO4 ?4xl04Pa 及 2 ?32m/s。
5.如权利要求1所述的稀土磁粉，其特征在于，通过以下工艺制备，即:将配好的料放入真空熔炼炉中进行熔炼得到合金锭，将表面去皮去氧化层的合金锭放入真空快淬炉中进行快淬，控制的工艺参数有温度、气压、真空度、辊面线速等，再将快淬后的产品晶化破碎(由此制备出具有高磁能积、高剩磁、低内禀矫顽力的稀土永磁材料)。
6.如权利要求5所述的稀土磁粉，其特征在于，热退火工艺的温度在100?820°C(优选200?780°C )，热退火时间在0.1?35min (优选2?32min)。
7.一种粘结型稀土磁粉的制备设备，其特征在于，包括配料装置，其具有按重量百分比进行配料的比例控制器和至少四个配料器；真空熔炼炉，其容纳配好的料，进行熔炼得到合金锭，具有熔炼装置和去皮去氧化层装置；真空快淬炉，其容纳将表面去皮去氧化层的合金锭，进行快淬，具有温度控制器、气压控制器、真空度控制器、辊面线速控制器；晶化破碎装置，其将快淬后的产品晶化破碎。
8.如权利要求7所述的制备设备，其特征在于，还具有100?820°C(优选200?780V )的热退火温度控制器和0.1?35min (优选2?32min)的热退火时间控制器。
9.如权利要求7所述的制备设备，其特征在于，包括钕元素配料器、铁元素配料器、硼元素配料器和钴元素配料器。
10.如权利要求7所述的制备设备，其特征在于，以重量百分比记，所述比例控制器使钕元素、硼元素、钴元素的比例控制在(10.21?28.32): (0.31?7.2): (0.05?6.43);优选地，控制在(12.31?27.53): (0.2?5.76): (0.11?5.13);优选地，控制在(15.55?.26.93): (0.3?3.35): (0.56?3.29),或者，所沭比例控制器以重量百分比记使钕元素、硼元素、钴元素的比例控制在(13?25.8): (0.1?2.1): (0.1?4);优选地，控制在(14?.23.5): (0.2 ?1.8): (0.4 ?3.6);优选地，控制在(16.2 ?22.7): (0.3 ?1.6): (0.6 ?.3.1)。
【文档编号】B22F9/06GK103779027SQ201410039811
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】陈鑫, 杨安 申请人:江西江钨稀有金属新材料有限公司