一种镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】一种镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体及其制备工艺，其组分为(RExFe100-x-yBy)100-u(Mg100-zCuz)u，RE稀土元素包括钕Nd和镨Pr、铈Ce、镧La中的一种或两种元素，采用向RExFe100-x-yBy主合金中晶界添加镁铜合金的方式，镁Mg和铜Cu不仅不向磁体主相中扩散，还能够协同作用改善晶界组织结构，实现材料矫顽力iHc和磁能积(BH)max在不掺Dy/Tb条件下的双提高，使镁铜晶界改性烧结钕铁硼的综合磁性能((BH)max(MGOe)+iHc(kOe)≥65。本发明的制造方法中主合金RExFe100-x-yBy和辅合金Mg100-zCuz可以分别采用熔炼方法制备，后经制粉、混粉、取向成型、烧结和处理等过程制备永磁材料，该制备工艺简单，容易实现大规模的工业化生产。
【专利说明】一种镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体及其制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及永磁材料【技术领域】，具体涉及不掺Dy/Tb且综合磁性能{(BH)max (MGOe) \HC (kOe)≥65的镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体及其制备工艺。
【背景技术】
[0002]烧结钕铁硼(Nd-Fe-B)是具有高剩磁、高磁能积和高矫顽力的特种金属功能材料，被广泛用于电子信息、电机工程、计算机、风力发电、汽车等领域。自问世以来，Nd-Fe-B产业发展迅速，1984年世界产量仅为32吨，2012年的产量已超过15万吨。NdFeB的发展主要源于材料的高磁能积，但是磁体的实际内禀矫顽力W却常为理论值(75 kOe)的1/3-1/30，这导致了材料的工作温度和稳定性相对较低，制约了 NdFeB的进一步发展和应用。为解决这一问题，必须提高Nd-Fe-B的矫顽力。目前，提高矫顽力的方法主要有两大类，一则是熔炼前向磁体中掺加低熔点元素Me (Me = Al、Ga、Cu、Sn)的方法，二则是通过添加Dy和Tb来替代Nd的方式。前一方法能小幅地提高磁体的矫顽力，但Me却固溶在Nd2Fe14B内而产生磁稀释作用，明显地降低磁体的剩磁和磁能积；后一方法能够明显地提升材料的矫顽力，但该方法却也以牺牲材料的磁能积为代价，同时稀缺的Dy/Tb还会大幅度地增加磁体的生产成本。上述方法常使Nd-Fe-B磁体的综合磁性能指标(BH) (MGOe) +,Hc (kOe)小于65，该现状不能满足社会对高磁性(你Wmax (MGOe)+况(kOe)≥65) NdFeB的旺盛需求。所以，必需找到一种方法(或一系列合金)在不增加成本不削弱Nd-Fe-B剩磁和磁能积的基础上提闻材料的矫顽力。
【发明内容】
[0003]针对上述技术现状中存在的问题，本发明的目的提供一种基于镁(Mg)和铜(Cu)不向Nd2Fe14B主相中扩散且能协同优化Nd-Fe-B晶界组织的特性，结合镁铜(Mg-Cu)合金低熔点的镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体及其制备工艺。
[0004]本发明技术方案是:镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体，该钕铁硼磁体的表示组成为:(RExFei(l(l_x_yBy)1Q(l_u(Mg1(l(l_zCuz)u ;RE 稀土元素包括钕 Nd 和镨 Pr、铈 Ce、镧 La 中的一种或两种元素，X为RE元素在金中的原子百分比，12.8 at.%≤x≤14.0at.%，y为硼B元素在金中的原子百分比，5.7 at.% ≤6.2 at.%, z为Cu 在 Mg1(l(l_zCuz 合金中的原子百分比，14.5 at.%≤ z ≤ 42.0 at.%, u 为 Mg1(l(l_zCuz 合金在整个材料成分体系中的质量比例，0.1 wt.% ≤u≤ 0.8 wt.%。
[0005]进一步,所述RE稀土元素中的Nd占RE稀土元素稀中的原子百分比为80_95%。
[0006]本发明的另一目的提供了上述(RExFe1QQ_x_yBy) 1(l(l-u(Mg1(l(l_zCu丄永磁材料的制备方法，具体步骤如下:
步骤1:按照成分配比分别制备RExFe1(l(l_x_yBy主合金和Mg1(l(l_zCuz辅合金，其中，RExFe100^yBy主合金先采用熔炼-速凝甩带工艺制成速凝薄带，后经氢爆(HD)过程进行粗破碎，粗破碎的RExFe1(l(l_x_yBy合金屑经气流磨工序，制得平均颗粒尺寸为2-4 μ m的主合金粉末；辅合金先进行真空熔炼制备出Mg1(l(l_zCuz合金锭，并经鄂破碎后进行球磨，制得平均颗粒尺寸为1-3 μ m的辅合金粉；
步骤2:将步骤I制备得到RExFe1(l(l_x_yBy主合金和Mg1(l(l_zCuz辅合金粉按照设计的质量比称取，在氮气保护的条件下加入混料机进中行混料，混料时加入合金粉末总重量百分比为0.2% -0.5 wt.%的汽油，混合1.5h，制得均匀的混合粉末；
步骤3:将步骤2制备得到的混合粉末在1.5-2.0 T的磁场中进行取向压型，模压压力为140-200 MPa，获得压块并在油压机上进行190-220 MPa的等静压，制备出三维应力分布均匀的压坯；
步骤4:将步骤3制备得到的三维应力分布均匀的压坯放入真空度为10_4pa高真空烧结炉内进行烧结，烧结温度为1040-1090°C，保温2.5-4.5h，之后通入氩气进行快冷，冷却速度为200°C /min，冷却至室温即获得钕铁硼磁体。
[0007]步骤5:对步骤4制备得到的钕铁硼磁体进行二级回火热处理，首先在830-900°C的温度范围内回火1.5-3.5 h，后向回火炉中通入氩气把磁体快速降温致室温；然后再升温致450-6201:进行1.5-3.5 h的二级回火，制备出你公max (MGOe) +及(kOe≥65的镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体。
[0008]本发明中主合金的制粉过程里，熔炼工艺、速凝甩带工艺、氢爆破碎工艺和气流磨工艺的具体内容分别见周寿增、董清飞编著的《超强永磁体——稀土体系永磁材料》，北京:冶金工业出版社，2004.2 第二版，pl58-159, p498_504，p326_332，p508_511，pl70_172。
[0009]本发明的有 意效果是，由于采用上述技术方案，本发明制得的磁体与未经镁铜合金晶界改性的磁体相比，晶界清晰，在不掺Dy和Tb不降低磁能积的情况情况下提高矫顽力，具有更高的综合磁性能和更低的材料成本；同时与现有磁体制备方法相比，利用低熔点的镁铜合金进行晶界改性，降低了烧结和热处理温度，可以节约大量的能源。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例1的Mg85.5Cu14.5添加量为0.6wt.%的烧结钕铁硼的微观组织图。
[0011]图2为发明实施例1的Mg85.5Cu14.5添加量为0.6wt.%的烧结钕铁硼的退磁曲线。【具体实施方式】
[0012]以下将结合实施例对本发明做进一步说明，本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
[0013]实施例1:
(I)熔炼:主合金和辅合金分别制备，主合金Ndn.2Pr2.3Fe8a6B5.9按化学比例配料后，装入真空熔炼炉后，将炉内空气抽至10_3Pa后，开始加温熔炼，并经铜辊(表面线速度1.8m/s)进行速凝甩片，获得0.25-0.35mm厚的甩片；辅合金Mg85.5Cu14.5按比例配料后装入真空感应炉内，将炉内空气抽至10_3Pa后开始加温熔炼，炉内配料发红时,关闭真空阀,充氩气,等材料熔清后进行浇注，制备辅合金铸锭。
[0014](2)制粉和混粉:主合金和辅合金分别制粉，主合金Ndn.2Pr2.3Fe8Q.6B5.9的速凝甩片，后经氢爆(HD)过程进行粗破碎，粗破碎的Ndn.2Pr2.3Fe8a6B5.9合金屑经气流磨工序，制得平均颗粒尺寸为2-4 μ m的主合金粉末；Mg85.5Cu14.5辅合金锭在破碎机经鄂破碎后进行球磨制粉，球粉比8:1,转速300r/min,球磨24-48h,制得平均颗粒尺寸为1_3 μ m的辅合金粉；制粉完成后，把0.6wt%的辅合金和0.2wt.的汽油一起加入到王合金中，在混料机上进行混合1.5h，获得辅合金粉分散均匀的混合粉。
[0015](3)成型:将混合均匀的粉末放在带磁场的压机上，进行取向压制，取向磁场1.8T，压制压力200MPa，获得密实的压坯，上述过程在完全密封且充有氮气的手套箱中完成的，之后对压坯进行真空封装，放入带充满机油的料盒中，并在压机上，在压力为190 MPa进行等静压压制，获得三维应力分布均匀的压块。
[0016](4)烧结:压块放入真空度为10_4pa高真空烧结炉内进行烧结，烧结温度1050°C，保温时间2.5h，之后通入氩气进行快冷，起始冷却速度为200°C /min，获得钕铁硼磁体。
[0017](5)热处理:把烧结磁体放置在真空退火炉中，加热到890°C保温2.5h，后向回火炉中通入氩气把磁体快速降温致室温；然后再升温至500°C进行2.5h的二级回火，最终制备出镁铜合金晶界改性的烧结钕铁硼磁体。
[0018]对比例1:
采用传统制备方法制备出成分配方与实施例1相同未经镁铜合金晶界改性的烧结磁体，对比例I中镁、铜元素在熔炼环节中加入，其熔炼甩片、氢爆-气流磨、磁场取向成型、烧结和热处理的制备工艺参数与主合金Ndn.2Pr2.3Fe8a6B5.9的制备步骤中的参数完全相同。
[0019]采用NM10000H磁化特性自动测量仪测量磁体在20°C时的磁性能，结果如表1所示。
【权利要求】
1.一种镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体，其特征在于，该钕铁硼磁体的表示组成为:(RExFeiQQ_x_yBy) 100-u(Mg100-zCuz)u ；RE 稀土元素包括钕 Nd 和镨 Pr、铈 Ce、镧 La 中的一种或两种元素，X为RE元素在RExFe1QQ_x_yBy合金中的原子百分比，12.8 at.% ≤ x≤14.0 at.%，y为硼B元素在金中的原子百分比，5.7 at.%≤y≤6.2 at.%, z为Cu在Mg1(l(l_zCuz 合金中的原子百分比，14.5 at.% ≤ z ^ 42.0 at.%, u 为 Mg1(l(l_zCuz 合金在整个材料成分体系中的质量百分比，0.1 wt.% ≤ u ≤0.8 wt.%。
2.如权利要求1所述的镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体，其特征在于，所述RE稀土元素中的Nd在RE稀土元素中的原子百分比为80-95%。
3.一种制备如权利要求1或2所述的镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体方法，其特征在于，具体步骤如下: 步骤1:按照设计成分分别制备RExFe1(l(l_x_yBy主合金和Mg1(l(l_zCuz辅合金，其中，RExFe100^yBy主合金先采用熔炼-速凝甩带工艺制成速凝薄带，后经氢爆(HD)过程进行粗破碎，粗破碎的RExFe1(l(l_x_yBy合金屑经气流磨工序，制得平均颗粒尺寸为2-4 μ m的主合金粉末；辅合金先进行真空熔炼制备出Mg1(l(l_zCuz合金锭，并经鄂破碎后进行球磨，制得平均颗粒尺寸为1-3 μ m的辅合金粉； 步骤2:将步骤I制备得到RExFe1(l(l_x_yBy主合金和Mg1(l(l_zCuz辅合金粉按照设计的质量比称取，在氮气保护的条件下加入混料机进中行混料，混料时加入合金粉末总重量百分比为0.2% -0.5 wt.%的汽油，混合1.5h，制得均匀的混合粉末； 步骤3:将步骤2制备得到的混合粉末在1.5-2.0 T的磁场中进行取向压型，模压压力为140-200 MPa，获得压块并在油压机上进行190-220 MPa的等静压，制备出三维应力分布均匀的压坯； 步骤4:将步骤3制备得到的三维应力分布均匀的压坯放入真空度为10_4pa高真空烧结炉内进行烧结，烧结温度为1040-1090°C，保温2.5-4.5h，之后通入氩气进行快冷，冷却速度为200°C /min，冷却至室温即获得钕铁硼磁体； 步骤5:对步骤4制备得到的钕铁硼磁体进行二级回火热处理，首先在830-900°C的温度范围内回火1.5-3.5 h，后向回火炉中通入氩气把磁体快速降温致室温；然后再升温致450-620°C进行1.5-3.5 h的二级回火，制备出你公max (MGOe) +及(kOe)≤65的镁铜晶界改性高磁性烧结钕铁硼磁体。
【文档编号】H01F1/08GK103971875SQ201410205409
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】倪俊杰 申请人:聊城大学