一种提高钕铁硼永磁材料矫顽力的辅助合金及应用方法与流程

本发明涉及磁性材料制备领域，具体涉及一种提高钕铁硼永磁材料矫顽力的辅助合金及应用方法。

背景技术：

烧结钕铁硼在现有永磁材料中具有最高的饱和磁能积和最大的内禀矫顽力。烧结钕铁硼通过粉末冶金工艺制备而成，其显微结构主要包括主相(nd2fe14b相)、富钕相和少量的富硼相。其中富钕相，一般沿主相晶界分布，厚度约2nm，在烧结过程中，起到液相助烧结作用，同时还可以起到去磁交换耦合作用，有利于矫顽力的提高。

目前，钕铁硼永磁材料被广泛应用于电子、汽车、计算机、能源、机械、医疗器械等众多领域。传统高性能钕铁硼永磁材料制造工艺主要利用dy、tb等稀土重元素取代钕铁硼中nd元素来提高矫顽力。然而由于dy、tb等稀土重元素较为稀缺，造成了生产成本的大幅提高。近年来有报道研究采用gd替代nd元素也能大幅提高矫顽力，从而可以降低高性能钕铁硼永磁材料的生产成本。但是如果在熔炼合金的时候直接加入gd金属，由于gd金属熔点较高，难以熔炼很难达到成分均匀一致，同时纯度也很难达到生产高性能钕铁硼所需原材料的要求。因此，现有技术在钕铁硼矫顽力的提高上普遍存在生产成本高昂或材料综合性能不达标的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高钕铁硼永磁材料矫顽力的辅助合金，按照一定比例添加于主合金中，经烧结后达到改善钕铁硼磁体晶界的显微结构、提高其内禀矫顽力和方形度的效果，解决了现有技术在钕铁硼矫顽力的提高上普遍存在的生产成本高昂或材料综合性能不达标的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种提高钕铁硼永磁材料矫顽力的辅助合金，所述辅助合金的通式为(pr1-xrx)6fe13-ymyal，其中r为la、ce、nd中的一种或组合，所述m为cu、ga中的一种或组合；通式中x、y取值范围分别为：0≤x≤0.5，0≤y≤1。

辅助合金的应用方法，包括如下步骤：

步骤1，配制并熔炼钕铁硼主合金制备成速凝铸片；

步骤2，配制并熔炼辅助合金；

步骤3，对主、辅助合金分别进行氢爆破碎以及后续的脱氢处理；

步骤4，将主、辅助合金分别加入抗氧化剂，分别进行混合处理；

步骤5，将主、辅助合金分别气流磨制粉，辅助合金与主合金按照一定的重量比例z来进行配粉，随后进行混料处理，其中0＜z≤0.05；

步骤6，将混粉置于磁场中垂直取向，经过磁场压型和冷等静压成型后成为坯件：

步骤7，将压型坯件真空烧结，再进行两次回火时效处理，即得到钕铁硼永磁材料的毛坯块。

作为优选地，步骤2的辅助合金熔炼过程中，铜辊线速度范围为1.1-2m/s，浇注温度为1300-1500℃，精炼时间为3-5min。

作为优选地，步骤3中，脱氢处理的温度为500-600℃，处理时间为2-5h。

作为优选地，步骤4中，抗氧化剂的添加量为氢碎片重量的1‰-3‰。

作为优选地，步骤5中，制粉得到的粉体平均粉体粒度为3-6μm，混料时间为1-6h。

作为优选地，重量比例z的取值范围为0.01＜z≤0.03。

作为优选地，步骤6中，取向磁场大小为1.0-3.0t，磁场压型压强为5-10mpa，冷等静压压强为100-240mpa。

作为优选地，步骤7中，真空烧结温度为1030℃，时间为5h；一级回火：900℃，保温3h后降温至80℃以下；二级回火510℃，保温5h后风冷至80℃以下。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的辅助合金在避免使用高价的重稀土元素tb、dy的同时，还能改善磁体的晶界显微结构，使矫顽力显著提高，同时具有明显的成本优势以及材料综合性能优势；

(2)本发明辅助合金应用于钕铁硼磁性材料的制备过程简单，制备具有成本优势；

(3)本发明的辅助合金中不含有b原子，与主相钕铁硼相不同属于nd2fe14b系列，其能够增强主相的磁性主要原因来自于具有空间群为i4/mcm的体心四方结构la6co11ga3，其晶胞参数a＝b＝8.146、c＝23.141，将co换成fe，则a值会增大达到8.5，c＝12.4，而作为主相的nd2fe14b，其晶体结构为空间群为p42/mcm的四方结构，其晶胞参数为a＝b＝0.88，c＝12.18。al原子比si原子大，完全提到后其a值也会增大。因此两者的晶格参数具有很强的匹配性，可以使本发明中(pr1-xrx)6fe13-ymyal相包裹在主相周围，可以从附图1、附图2看出，起到防止主相氧化，增加液相的作用，因此使得性能得以提高。

附图说明

图1为实施例5的断面sem图：

图2为实施例12的断面sem图。

具体实施方式

一种钕铁硼永磁材料，包括钕铁硼主合金及辅助合金，该辅助合金的通式为(pr1-xrx)6fe13-ymyal，其中r为la、ce、nd中的一种或组合，所述m为cu、ga中的一种或组合；通式中x、y取值范围分别为：0≤x≤0.5，0≤y≤1。

一种提高钕铁硼永磁材料矫顽力的辅助合金，包括如下步骤：

步骤1，配制并熔炼钕铁硼主合金，将钕铁硼主合金制备成速凝铸片；

步骤2，配制并熔炼辅助合金，辅助合金的通式为(pr1-xrx)6fe13-ymyal，其中r为la、ce、nd中的一种或组合，所述m为cu、ga中的一种或组合，通式中x、y取值范围分别为：0≤x≤0.5，0≤y≤1；熔炼辅助合金，要求铜辊线速度范围在1.1-2m/s，浇注温度1300-1500℃，精炼时间3-5min。

步骤3，对主、辅助合金分别进行氢爆破碎以及后续的脱氢处理；脱氢处理的温度为500-600℃，时间为2-5h。

步骤4，将主、辅助合金分别加入抗氧化剂，分别进行混合处理；抗氧化剂的添加量为氢碎片重量的1‰-3‰。

步骤5，将主、辅助合金分别气流磨制粉，辅助合金与主合金按照一定的重量比例z来进行配粉，随后进行混料处理，其中0＜z≤0.05，随后进行混料处理；平均粉体粒度为3-6μm，混料时间为1-6h。

步骤6，将混粉置于磁场中垂直取向，经过磁场压型和冷等静压成型后成为坯件；取向磁场大小为1.0-3.0t，磁场压型压强为5-10mpa，冷等静压压强为100-240mpa。

步骤7，将压型坯件真空烧结，再进行两次回火时效处理，得到所需要的毛坯块；其中真空烧结温度为950-1150℃，时间为2-6h；一级回火：800-950℃，保温2-4h后降温至80℃以下；二级回火450-550℃，保温2-6h后风冷至80℃以下。

下面结合各实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。、实施例1

步骤1，配制并熔炼钕铁硼主合金，其分子式为(pr0.17nd0.53ce0.25gd0.05)2.6(fe0.98cu0.002ai0.015zr0.003)14b1.06。

步骤2，配制并熔炼辅助合金，辅助合金的分子式为(pr0.5ce0.2nd0.3)6fe12.5cu0.5al，熔炼辅助合金，要求铜辊线速度为1.4m/s，浇注温度1400-1430℃，精炼时间5min。

步骤3，对主、辅助合金分别进行氢爆破碎以及后续的脱氢处理；脱氢处理的温度为560℃，时间为3h。

步骤4，将主、辅助合金分别加入抗氧化剂，分别进行混合处理；抗氧化剂的添加量为氢碎片重量的2‰。

步骤5，将主、辅助合金分别气流磨制粉，按照(主合金∶辅助合金＝100∶1)进行配粉，随后进行混料处理；平均粉体粒度为4.5μm，混料时间为1-6h，视混料重量而定。

步骤6，将混粉置于磁场中垂直取向，经过磁场压型和冷等静压成型后成为坯件；取向磁场大小为1.5t，磁场压型压强大小为8mpa，冷等静压压强大小为180mpa。

步骤7，将压型坯件真空烧结，再进行两次回火时效处理，得到所需要的毛坯块；其中真空烧结温度为1030℃，时间为5h；一级回火：900℃，保温3h后降温至80℃以下；二级回火510℃，保温5h后风冷至80℃以下。

对比例1

为实施例1中主合金不添加辅助合金直接获得样品。

实施例2

除步骤5中主辅助合金重量比变为(主合金∶辅助合金＝100∶3)，其他步骤及工艺条件同同实施例1。

实施例3

除步骤5中主辅助合金重量比变为(主合金∶辅助合金＝100∶5)，其他步骤及工艺条件同实施例1。

将上述方法制备的钕铁硼永磁体使用nim-10000h大块稀土永磁无损检测系统对磁性能进行测试，测试结果见表1：

表1磁性能数据

通过表1可以看出，本发明方法制备的钕铁硼永磁体较传统单合金工艺制备的钕铁硼永磁体磁性能良好，尤其是内禀矫顽力显著提高。

实施例4

步骤1，配制并熔炼钕铁硼主合金，其分子式为(pr0.22nd0.65gd0.07ho0.06)2.55(fe0.98cu0.002al0.015nb0.003)14b1.06；

步骤2，配制并熔炼辅助合金，辅助合金的分子式为(pr0.6la0.2nd0.2)6fe12.5cu0.3ga0.2al，熔炼辅助合金，要求铜辊线速度为1.4m/s，浇注温度1400-1430℃，精炼时间5min。

步骤3，对主、辅助合金分别进行氢爆破碎以及后续的脱氢处理；脱氢处理的温度为570℃，时间为3h。

步骤4，将主、辅助合金分别加入抗氧化剂，分别进行混合处理；抗氧化剂的添加量为氢碎粉重量的2‰。

步骤5，将主、辅助合金分别气流磨制粉，按照(主合金∶辅助合金＝100∶1)进行配粉，随后进行混料处理；平均粉体粒度为4.5μm，混料时间为1-6h。

步骤6，将混粉置于磁场中垂直取向，经过磁场压型和冷等静压成型后成为坯件；取向磁场大小为1.5t，磁场压型压强大小为8mpa，冷等静压压强大小为180mpa。

步骤7，将压型坯件真空烧结，再进行两次回火时效处理，得到所需要的毛坯块；其中真空烧结温度为1060℃，时间为6h；一级回火：900℃，保温3h后降温至80℃以下；二级回火500℃，保温5h后风冷至80℃以下。

对比例2

为实施例4中主合金不添加辅助合金直接获得样品。

实施例5

除步骤5中主辅助合金重量比变为：(主合金∶辅助合金＝100∶3)，其他步骤及工艺条件同实施例4。

实施例6

除步骤5中主辅助合金重量比变为主合金∶辅助合金＝100∶5，其他步骤及工艺条件同实施例4。

将上述方法制备的钕铁硼永磁体使用nim-10000h大块稀土永磁无损检测系统对磁性能进行测试.测试结果见表2：

表2磁性能数据

通过表2可以看出，该方法制备的钕铁硼永磁体较传统的单合金工艺，磁性能良好，尤其是内禀矫顽力显著提高。

实施例7

步骤1，配制并熔炼钕铁硼主合金，其分子式为(pr0.17nd0.53ce0.25gd0.05)2.6(fe0.98cu0.002al0.015zr0.003)14b1.06。

步骤2，配制并熔炼辅助合金，辅助合金的分子式为pr6fe13al，熔炼辅助合金，要求铜辊线速度为1.4m/s，浇注温度1400-1430℃，精炼时间5min。

步骤3，对主、辅助合金分别进行氢爆破碎以及后续的脱氢处理；脱氢处理的温度为560℃，时间为3h。

步骤4，将主、辅助合金分别加入抗氧化剂，分别进行混合处理；抗氧化剂的添加量为氢碎片重量的2‰。

步骤5，将主、辅助合金分别气流磨制粉，按照(主合金∶辅助合金＝100∶3)进行配粉，随后进行混料处理；平均粉体粒度为4.5μm，混料时间为1-6h，视混料重量而定。

步骤6，将混粉置于磁场中垂直取向，经过磁场压型和冷等静压成型后成为坯件；取向磁场大小为1.5t，磁场压型压强大小为6mpa，冷等静压压强大小为180mpa。

步骤7，将压型坯件真空烧结，再进行两次回火时效处理，得到所需要的毛坯块；其中真空烧结温度为1030℃，时间为5h；一级回火：900℃，保温3h后降温至80℃以下；二级回火510℃，保温5h后风冷至80℃以下。

实施例8

除步骤5中主辅助合金重量比变为(主合金∶辅助合金＝100∶3)，其他步骤及工艺条件同实施例7。

实施例9

除步骤5中主辅助合金重量比变为(主合金∶辅助合金＝100∶5)，其他步骤及工艺条件同实施例7；

将上述方法制备的钕铁硼永磁体使用nim-10000h大块稀土永磁无损检测系统对磁性能进行测试，测试结果见表3。

表3磁性能数据

通过表3可以看出，本发明方法制备的钕铁硼永磁体较传统单合金工艺制备的钕铁硼永磁体磁性能良好，尤其是内禀矫顽力显著提高。

实施例10

步骤1，配制并熔炼钕铁硼主合金，其分子式为(pr0.22nd0.65gd0.07ho0.06)2.55(fe0.98cu0.002al0.015nb0.003)14b1.06；

步骤2，配制并熔炼辅助合金，辅助合金的分子式为(pr0.5nd0.5)6fe12.5ga0.5al，熔炼辅助合金，要求铜辊线速度为1.4m/s，浇注温度1400-1430℃，精炼时间5min。

步骤3，对主、辅助合金分别进行氢爆破碎以及后续的脱氢处理；脱氢处理的温度为560℃，时间为3h。

步骤4，将主、辅助合金分别加入抗氧化剂，分别进行混合处理；抗氧化剂的添加量为氢碎片重量的2‰。

步骤5，将主、辅助合金分别气流磨制粉，按照主合金∶辅助合金＝100∶1进行配粉，随后进行混料处理；平均粉体粒度为4.5μm，混料时间为1-6h，视混料重量而定。

步骤6，将混粉置于磁场中垂直取向，经过磁场压型和冷等静压成型后成为坯件；取向磁场大小为1.5t，磁场压型压强大小为8mpa，冷等静压压强大小为180mpa。

步骤7，将压型坯件真空烧结，再进行两次回火时效处理，得到所需要的毛坯块；其中真空烧结温度为1060℃，时间为6h；一级回火：900℃，保温3h后降温至80℃以下；二级回火500℃，保温5h后风冷至80℃以下。

实施例11

除步骤5中主辅助合金重量比变为(主合金∶辅助合金＝100∶5)，其他步骤及工艺条件同实施例10。

实施例12

除步骤5中主辅助合金重量比变为(主合金∶辅助合金＝100∶5)，其他步骤及工艺条件同实施例10；

将上述方法制备的钕铁硼永磁体使用nim-10000h大块稀土永磁无损检测系统对磁性能进行测试，测试结果见表4：

表4磁性能数据

通过表4可以看出，该方法制备的钕铁硼永磁体较传统的单合金工艺，磁性能良好，尤其是内禀矫顽力显著提高。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。