专利名称：稀土永久磁铁及其制造方法
技术领域：
本发明属于一种永久磁铁合金及其制造方法，主要是一种含有价格最便宜，储量最丰富的稀土金属Ce的Nd-Ce-Fe-B系铁基廉价高磁能的永久磁铁合金及其利用粉末冶金的方法来制造该种磁铁的方法。
自1983年R-Fe-B(R为稀土金属)系永久磁铁合金问世以来，特别是Nd-Fe-B系合金，由于它的最大磁能积(BH)max超过了以往任何一种永久磁铁材料，而且合金中的主要成分是稀土金属中储量丰富，价格较便宜的金属钕，用铁代替了以前永磁合金中往往含有的价格昂贵的钴金属，合金的原料成本大幅度下降，应用的领域和使用效果越来越广，越来越好，在各种磁选机，直流电机，薄型扬声器和电子钟表等领域都获得了满意的应用效果，因而引起了永磁合金工作者的极大注意，投入了大量的研究和生产，就合金中稀土金属元素包括Y在内的全部16种稀土金属都已作了大量的工作。添加第四种金属元素如V、Ta、Nb、Al等也发表了很多文章和专利。但就其稀土金属中储量最多，价格最便宜的铈的添加，其专门的研究和成果甚少。就如中国专利CN-GK85101455也是就16种稀土金属都范范地提出了一个很宽的范围，并且文章中主要应用的是Nd、Pr、Dy、Tb和Ho，更集中的是Nd-Fe-B系，对Ce没有专门的论述。日本公开特许公报昭62-93337中也提供一种Nd-Pr-Ce-Fe-B永磁合金及其制造方法，合金中虽添加了Ce，但含有价格高，储量少的Pr元素，而且合金的最终回火需采用从烧结温度到400℃，每隔100℃保温1小时的多级时效制度，整个回火时效需时很长。为了进一步的降低Nd-Fe-B系永磁合金的成本，本发明从现有技术所提供的很宽的Nd-Fe-B系成分范围选取一种只用Ce来取代部分Nd，并且添加少量Al，从而获得一种廉价的Nd-Ce-Fe-B系永磁合金，并且通过对此具体较窄成分组成的永磁合金，提供了一种合适的工业化制造的有效工艺，达到了合金具有较高永磁性能的目的。
本发明的目的是提供一种廉价的Nd-Ce-Fe-B系永久磁铁合金，合金中的稀土金属除Nd外，只含有储量最多，价格最便宜的稀土金属铈，并且提供了该系合金获得高永磁性能三段烧结和时效-后烧的工业化制造方法。
本发明是这样实现的，为了进一步降低Nd-Fe-B系永磁合金的成本，从诸多已经发表的现有技术中所应用的稀土金属中只选取稀土金属中储量最多，价格最便宜的稀土金属铈来取代部分钕，并且随着铈的加入，再添加少量的铝来调整永磁性能，最后针对此具体较窄成分范围采用三段烧结和最终时效-后烧的回火制度，从而获得了成本大幅度下降，且具有很高永磁性能的Nd-Ce-Fe-B系永磁合金。
本发明Nd-Ce-Fe-B系永磁合金中，除钕之外，只含有稀土金属铈，各成分的含量(原子%，本文中以下相同)如下，R(稀土金属)为15-19，B5-8，Al0.2-1.0，余铁，R中Ce的含量占R总量的5-37。用稀土金属铈来代替部分钕完全是为了降低该永磁合金的成本，因为铈是稀土金属中储量最为丰富的元素，铈的价格比钕低三倍，这样，该Nd-Ce-Fe-B系合金的成本就比Nd-Fe-B降低3-25%。但是，加入铈以后，合金的内禀矫顽力有所下降，为了把合金的矫顽力再重新调整上来，再添加少量的铝在合金中。实验发现是有效的。这时，添加的铝是取代了合金中部分的铁，实验发现用铝取代铁，可使铁的次点阵的磁晶各向异性出现最大值，结果合金的矫顽力被提高上来了。另外，由于合金中同时添加了铈和铝，又出现剩磁感应强度Br的下降矛盾，Br的降低，必然使(BH)max也下降。为了将合金的Br和(BH)max提高上来，本发明发现采用三段烧结制度可以将Br提高，三段烧结的主要效果是提高了压制体的密度，使之达到合金理论密度的98-99%，并使之充分地固溶呈均匀化状态。第一段是在真空中1030-1070℃保温20-40分钟使压制体充分放气，这是获得理想烧结密度的前提，第二段是在氩气保护下1070-1100℃的高温下保温15-25分钟，烧结达到理想的密度，第三段是在氩气中1040-1060℃保温0.5-1.0小时，是为了固溶均匀化，获得均匀的组织状态。
三段烧结之后，为了进一步提高在本发明成分的永磁合金的性能，特别是通过提高内禀矫顽力和退磁曲线的矩形比的途径来提高合金的永磁性能，本发明提供了时效-后烧的热处理制度。时效处理是在氩气中530-620℃保温0.8-1.0小时，后烧是在氩气中650-950℃保温0.5-1.0小时，在这种时效-后烧热处理时，合金组织状态的效果主要是获得最佳的高矫顽力的相结构状态。
本发明廉价Nd-Ce-Fe-B系永磁合金，如以达到成本低为主要目的，同时保证永磁性能在一个相当高的水平上，其最佳的成分(原子%)为Nd10.3Ce5.7B6(Fe1-0.005Al0.005)78，此合金经真空中1060℃烧结30分钟，氩气中1080℃烧结20分钟最后降至1050℃氩气中烧结0.8小时的最佳三段烧结以后，再经氩气中600℃保温1小时和氩气中900℃保温1小时的最佳时效-后烧热处理以后，结果合金的Br达11850Gs，jHc为8650Oe和(BH)max为29.5M.G.Oe的永磁性能，而合金的成本比Nd-Fe-B合金降低25%，本发明廉价Nd-Ce-Fe-B系永磁合金，如以提供一个具有很高永磁性能为主要目的，同时保证此Nd-Fe-B系合金成本低，其最佳成分为Nd15.2Ce0.8B6(Fe1-0.005Al0.005)78，此合金经真空中1060℃烧结30分钟，氩气中1080℃烧结20分钟，最后降温到1050℃氩气中烧结0.8小时以后，再经氩气中600℃保温1小时和氩气中900℃保温1小时的最佳时效-后烧热处理以后，其合金的Br达13300Gs，jHc为8000Oe，(BH)max为41.7M.G.O，同时合金的成本比Nd-Fe-B系降低3%。本发明廉价Nd-Ce-Fe-B系合金中用Ce代替部分Nd，Ce占稀土金属R总量的5-37，在Ce为5时，该系合金永磁性能最高，在Ce为37时该系合金成本最低，而其他成分最佳含量为B6，Fe77.61，Al0.39。即此时合金即具有廉价的特点，又具有高的永磁性能。
本发明的三段烧结制度和时效-后烧热处理工艺是保证本发明廉价Nd-Ce-Fe-B系永磁合金具有高永磁性能的工业化制造方法，三段烧结的第一段是在真空下1030-1070℃保温20-40分钟，其主要作用是使压制坯体中的气体充分的放出，从而为下一段的高温烧结达到理论密度的98-99%奠定基础，这一段的温度不能过低，太低了必然延长保温时间，会引起稀土元素的挥发，温度也不能过高，太高的温度也将引起稀土元素的大量损失，最佳温度为1050℃，最佳时间为30分钟。第二段是在氩气下1070-1100℃保温15-25分钟，进行高温烧结，温度低于1070℃没有烧结作用，即烧后磁体的密度达不到要求，温度高于1100℃会使晶粒长大，导致合金矫顽力降低，最佳温度为1080℃，最佳时间为20分钟。第三段是在氩气下1040-1060℃保温0.5-1小时，主要作用是使磁体的组织和成分均匀化，最佳制度为1050℃保温0.8小时。时效-后烧工艺的主要作用是前者可以提高合金的内禀矫顽力，后者可提高退磁曲线的矩形比，通常时效是在580-620℃保温0.8-1.5小时，最佳制度为600℃保温一小时，后烧是在850-950℃保温0.5-1.5小时，最佳制度为氩气中900℃保温1小时。
实施本发明合金是采用纯度为99%的纯铁，99%的金属铈，99%的金属钕，含硼量为10-20%的硼铁和金属铝，将原材料在感应电炉中氩气保护下熔炼。合金锭破碎至60目粗粉，然后振动球磨成3μm左右的细粉，细粉在磁场中取向予压成型，磁场强度13KOe，压力为100kg/cm2，予压成型后，再施以等静压，压力4T/cm2，然后压制体经本发明的三段烧结和时效-后烧热处理快冷至室温，即得到了本发明的廉价Nd-Ce-Fe-B系永磁合金体。
与现有的Nd-Fe-B系永磁合金相比，本发明的廉价Nd-Ce-Fe-B系合金成本降低了3-25%，并且由于采用三段烧结和时效-后烧的热处理工艺使该合金的永磁性能具有很高的水平Br＝11.8-13.3KG(1.18-1.33T)，jHC＝8.0-11.2KOe(636.8-891.5Am-1)，(BH)max＝29.5-41.7MGOe(234.8-331.9KJm-3)。
下面以实施例进一步说明本发明。
原子比分别为表1所示的各成分的钢锭在真空感应电炉中氩气保护下冶炼获得，钢锭被破碎至60目粗粉，粗粉再经振动球磨成3μm的细粉，将细粉置于磁场中取向并予压成型，磁场取向方向与压力方向垂直，取向磁场为13KOe，予压压力100kg/cm2，予压后毛坯再施以等静压压力4T/cm2，制成尺寸为φ10×10mm的压制体，该压制体在真空中经1050℃30分钟，氩气下1080℃20分钟，氩气下1050℃0.8小时的三段烧结，最后经600℃1小时氩气时效和900℃1小时氩气中后烧处理，快冷至室温，经磁性测量得表1所示诸值。可见，在本发明Nd-Ce-Fe-B系合金成分范围内，不但合金成本有不同程度的降低(3-25%范围)，而且经本发明所提供的最佳三段烧结和时效-后烧热处理后，各永磁合金的性能都达到了工业中实际可应用的水平，并且(BH)max可达41.7MGOe这个数值对于一种廉价的稀土永磁合金来说是相当高了。
表2示出了原子比为Nd15.2Ce0.8B6(Fe1-0.005Al0.005)78永磁合金，经本发明所提供的范围内三段烧结和时效-后烧热处理，其具体作法如表2所示的三段烧结制度以后，快冷到时效处理的温度，然后进行后烧，后烧后快冷至室温，最后测定各永磁性能如表2示。由于采用本发明的三段烧结和时效-后烧热处理工艺，本合金都具有相当高的永磁性能，最大磁能积都在41.0MGOe以上。
权利要求
1.一种廉价的含有R(R为稀土金属)，Fe，B和Al的稀土永久磁铁合金，其特征在于R中含有Ce和Nd两种稀土金属，并且各组分的化学成分(原子%，以下相同)为R15-19，B5-8，Al0.2-1.0，余Fe，R中Ce的含量占R总量的5-37。
2.根据权利要求1所述的稀土永磁铁合金，其特征在于成本最低的合金化学成分为Nd10.3Ce5.7B6(Fe1-0.005Al0.005)78。
3.根据权利要求1所述的稀土永磁铁合金，其特征在于具有最高永磁性能的合金的化学成分为Nd15.2Ce0.8B6(Fe1-0.005Al0.005)78。
4.廉价的含有R15-19，B5-8，Al0.2-1.0，余Fe，并且R中Ce的含量占R总量的5-37的稀土永久磁铁合金的制造方法，其中包括冶炼，粉碎，压型，烧结和最终回火，其特征在于采用三段烧结制度，第一段在真空中1030-1070℃保温20-40分钟，第二段在氩气中1070-1100℃保温15-25分钟，第三段是降低温度后在氩气中1040-1060℃，保温0.5-1.0小时，冷却到室温后再于氩气保护下进行时效-后烧热处理，时效处理在580-620℃，保温0.8-1.5小时，后烧处理在850-950℃保温0.5-1.5小时。
5.根据权利要求4所述的稀土永久磁铁合金的制造方法，其特征在于三段烧结和时效-后烧处理的最佳制度如下，三段烧结第一段在真空中1050℃保温30分钟，第二段在氩气中1080℃，保温20分钟，第三段在氩气中1050℃，保温0.8小时，然后经600℃，保温1小时氩气中时效处理，最后再于氩气保护下，900℃后烧1小时。
全文摘要
本发明提供一种廉价的Nd-Fe-B系永久磁铁合金及其制造方法，将Nd-Fe-B系合金中的Nd用部分Ce取代，达到降低成本的目的。同时添加Al和采用三段烧结和时效-后烧的热处理工艺，使合金的永磁性能大幅度提高，获得了一种廉价的高性能Nd—Ce—Fe—B系永磁合金，并提供了相应的制造方法。
文档编号C22C33/02GK1035737SQ8810000
公开日1989年9月20日 申请日期1988年1月3日 优先权日1988年1月3日
发明者吴灵葳, 赵凤山, 李学东 申请人:冶金工业部钢铁研究总院