本发明是一种采用放电等离子烧结技术的热压热变形法制备掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合稀土永磁体的方法，属于磁性材料
技术领域：
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背景技术：
：烧结NdFeB稀土永磁体是迄今为止磁性最强的永磁材料，广泛应用于电子、机电、仪表和医疗等诸多领域，是当今世界上发展最快，市场前景最好的永磁材料。而NdFeB型磁体具有高的饱和磁化强度，低的热稳定性(高温下矫顽力低)，其居里温度大约为580K，这限制了它在高温下的应用。随着电动汽车和混合动力汽车的快速发展，要求永磁体工作温度在200℃以上，因此，对NdFeB磁体的高温磁性能提出了更高的要求。为了更好的满足应用领域对高性能高温永磁体的需求，研究者采用多种方法进行了不懈努力。特别是提出了一种制备硬磁/硬磁型复合稀土永磁体的方法。因为每种类型的单相永磁体都各有其优势和劣势。比如，NdFeB型磁体具有高的磁性能，但使用温度较低；而SmCo型磁体的饱和磁化强度和磁能积低于NdFeB磁体，但具有高的居里温度和热稳定性，适合应用于高温领域。因此，如果将两者的各自优势结合起来制备NdFeB/SmCo5型复合永磁体，可以获得兼具较高磁性能和热稳定性良好的复合永磁体。国内外对此进行了初步研究。DapengWang和Shen等人通过将NdFeB粉末和SmCo5粉末混合后热压烧结制备出NdFeB/SmCo5各向同性的复合磁体，磁能积达14MGOe，并且复合磁体呈现单相永磁体的磁特征。内蒙古科技大学对NdFeB/SmCo5复合磁体申报了国家发明专利(专利号CN103390477A)，然而，其专利中没有给出任何磁性能数据。目前这种复合磁体的制备存在较大困难：一、两单相永磁体的制备工艺并不能完全匹配；二、高温下两种永磁体之间容易发生互相扩散，产生具有易基面磁晶各向异性的产物，如Sm2Fe14B和NdCo5，造成矫顽力严重降低，不能满足高温领域对磁体的使用要求。近期，北京大学的FangmingWan等人研制了在单相NdFeB磁体中掺杂低熔点的PrCu液相合金，获得了高矫顽力的磁体。其矫顽力的增加和晶界层的改变有关。最新研究表明，在传统的NdFeB磁体中，其晶界相并不是非磁性相，具有铁磁性的，其晶粒间存在交换耦合作用。因此，一旦反磁化畴在缺陷或者尖锐的边缘处形核，由于反磁化畴的扩展，反磁化过程很容易进行。然而，在掺杂非磁性的PrCu合金后，晶界处形成了厚的和磁性更弱的边界层，晶粒之间被更大地去磁耦合，所以在晶粒间的磁化翻转更不容易延续。另外，由于晶粒边界变的更加光滑，也阻碍了反磁化畴的形核。因此，掺杂PrCu合金的单相NdFeB磁体获得了高的矫顽力。上述掺杂PrCu合金的方法在单相NdFeB磁体中已经获得了良好效果，如文件CN102248157A公开了一种在磁粉中扩散PrCu合金的方法，但在硬磁/硬磁型双相复合磁体中还没有进行相关研究和报道。因此，本申请提出一种采用热变形方法制备掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5双相复合稀土永磁体的新方法。原有的NdFeB/SmCo5复合磁体在热变形过程中，高温下NdFeB和SmCo5两相之间存在一些扩散现象，产生一些杂相而严重降低矫顽力。另外，NdFeB和SmCo5之间存在变形不协调的现象，SmCo5比NdFeB相的变形更难进行，因此在热变形过程中SmCo5相容易出现微裂纹。如果在NdFeB和SmCo5混粉的时候混入低熔点的液相合金PrCu粉末，热变形的过程中PrCu相做为界面相，可以隔绝两个硬磁相，减小互扩散，并减弱两相之间的交换耦合作用，提高矫顽力；同时在热变形的过程中PrCu相液化后分散在晶界处，也可以协调两相的热变形，最终促进两相的热变形获得良好变形织构。具体方法是在NdFeB和SmCo5混粉的时候混入PrCu粉，然后采用放电等离子烧结设备(SPS)热压热变形制备掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合稀土永磁体。SPS具有高压、低温、快速的烧结优势，能够抑制晶粒长大，减少两种磁体的互扩散，并且能够在高压、低温的条件下使两种不同类型的磁体同时致密化，从而获得高矫顽力的纳米晶的NdFeB/SmCo5复合磁体。由于掺杂了低熔点的液相PrCu合金，因此获得的热变形复合磁体具有良好的变形织构和高的矫顽力。这种新型复合磁体具有两种硬磁相的优点，可以拓宽永磁材料的应用范围。技术实现要素：本发明的目的是提供一种采用SPS热变形法制备掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合稀土永磁体的方法。掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合稀土永磁体，其特征在于，在复合稀土永磁体中用于掺杂的PrCu合金占总重量比例为2～15wt.％，NdFeB和SmCo5的质量比不限制，优选1:4～4:1；复合磁体的变形量为60％～90％。PrCu合金中Pr的摩尔百分含量优选为10～90％。本发明是一种采用SPS技术热变形法制备掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合稀土永磁体的方法，该方法主要包括下列步骤：(1)熔炼，NdFeB为购置的纳米晶的NdFeB带状薄片；SmCo5铸锭采用悬浮熔炼炉制备；PrCu低熔点合金采用悬浮熔炼炉制备；(2)研磨NdFeB粉末，将NdFeB薄片研磨，过200目筛子获得NdFeB细粉；(3)制备SmCo5粉末，采用高能球磨法将SmCo5铸锭球磨成SmCo5非晶粉末；(4)制备PrCu粉末，将PrCu合金进行快淬得到快淬薄带，然后采用高能球磨法将PrCu薄带球磨成PrCu非晶粉末；(5)混粉，采用球磨法将NdFeB粉、SmCo5粉和PrCu粉按比例混粉；(6)粉末装模，将混合均匀的复合粉末装入WC硬质合金模具内；(7)热压复合磁体，使用放电等离子烧结设备，在真空、压力450～500MPa、650～680℃和保温30秒的条件下热压烧结，获得各向同性的纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合磁体；(8)热变形复合磁体，将热压复合磁体装石墨模具内，使用放电等离子烧结设备，在真空、压力30～60MPa，热变形温度为700～850℃，变形量为60～90％，获得各向异性的纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合永磁体；本发明的有益效果(1)相对于未掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5热变形复合稀土永磁体的方式，掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5热变形复合永磁体，热变形和退火热处理的过程中PrCu相做为界面相，可以隔绝两个硬磁相，减小互扩散，减弱两相之间的交换耦合作用，提高矫顽力；(2)在热变形的过程中PrCu相液化后分散在晶界处，可以协调两相的热变形，最终促进两相的热变形而获得良好变形织构；(3)获得的纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合永磁体，具有良好的磁性能、热稳定性、耐腐蚀性能及力学性能。具体实施方式以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于下述实施方式。实施例1(1)熔炼。NdFeB购置的纳米晶的NdFeB带状薄片；SmCo5铸锭采用悬浮熔炼炉制备；Pr10Cu90低熔点合金采用悬浮熔炼炉制备；(2)研磨NdFeB粉末。将NdFeB薄片研磨，过200目筛子获得NdFeB细粉；(3)制备SmCo5粉末。采用高能球磨法将SmCo5铸锭球磨成SmCo5非晶粉末；(4)制备PrCu粉末。将PrCu合金进行快淬得到快淬薄带，然后采用高能球磨法将PrCu薄带球磨成PrCu非晶粉末；(5)混粉。采用球磨法将NdFeB粉(80wt.％)、SmCo5粉(20wt.％)和PrCu粉混合均匀，PrCu粉末占总重量的2wt.％；(6)粉末装模。将混合均匀的复合粉末装入WC硬质合金模具内；(7)热压复合磁体。使用放电等离子烧结设备，在真空、压力450MPa、680℃和保温30秒的条件下热压烧结，获得各向同性的纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合磁体；(8)热变形复合磁体。将热压复合磁体装入石墨模具内，使用放电等离子烧结设备，在真空、压力60MPa，热变形温度为700℃，变形量为60％，获得各向异性纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合永磁体。对比例1(1)熔炼。NdFeB为购置的纳米晶的NdFeB带状薄片；SmCo5铸锭采用悬浮熔炼炉制备；(2)研磨NdFeB粉末。将NdFeB薄片研磨，过200目筛子获得NdFeB细粉；(3)制备SmCo5粉末。采用高能球磨法将SmCo5铸锭球磨成SmCo5非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法将NdFeB粉(80wt.％)和SmCo5粉(20wt.％)混合均匀；(5)其余步骤参照实施例1。实施例2(1)熔炼。NdFeB为购置的纳米晶的NdFeB带状薄片；SmCo5铸锭采用悬浮熔炼炉制备；Pr30Cu70低熔点合金采用悬浮熔炼炉制备；(2)研磨NdFeB粉末。将NdFeB薄片研磨，过200目筛子获得NdFeB细粉；(3)制备SmCo5粉末。采用高能球磨法将SmCo5铸锭球磨成SmCo5非晶粉末；(4)制备PrCu粉末。将PrCu合金进行快淬得到快淬薄带，然后采用高能球磨法将PrCu薄带球磨成PrCu非晶粉末；(5)混粉。采用球磨法将NdFeB粉(60wt.％)、SmCo5粉(40wt.％)和PrCu粉混合均匀，PrCu粉末占总重量的6wt.％；(6)粉末装模。将混合均匀的复合粉末装入WC硬质合金模具内；(7)热压复合磁体。使用放电等离子烧结设备，在真空、压力480MPa、650℃和保温30秒的条件下热压烧结，获得各向同性的纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合磁体；(8)热变形复合磁体。将热压复合磁体装入石墨模具内，使用放电等离子烧结设备，在真空、压力50MPa，热变形温度为750℃，变形量为70％，获得各向异性纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合永磁体。对比例2(1)熔炼。NdFeB为购置的纳米晶的NdFeB带状薄片；SmCo5铸锭采用悬浮熔炼炉制备；(2)研磨NdFeB粉末。将NdFeB薄片研磨，过200目筛子获得NdFeB细粉；(3)制备SmCo5粉末。采用高能球磨法将SmCo5铸锭球磨成SmCo5非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法将NdFeB粉(60wt.％)和SmCo5粉(40wt.％)混合均匀；(5)其余步骤参照实施例2。实施例3(1)熔炼。NdFeB为购置的纳米晶的NdFeB带状薄片；SmCo5铸锭采用悬浮熔炼炉制备；Pr60Cu40低熔点合金采用悬浮熔炼炉制备；(2)研磨NdFeB粉末。将NdFeB薄片研磨，过200目筛子获得NdFeB细粉；(3)制备SmCo5粉末。采用高能球磨法将SmCo5铸锭球磨成SmCo5非晶粉末；(4)制备PrCu粉末。将PrCu合金进行快淬得到快淬薄带，然后采用高能球磨法将PrCu薄带球磨成PrCu非晶粉末；(5)混粉。采用球磨法将NdFeB粉(40wt.％)、SmCo5粉(60wt.％)和PrCu粉混合均匀，PrCu粉末占总重量的10wt.％；(6)粉末装模。将混合均匀的复合粉末装入WC硬质合金模具内；(7)热压复合磁体。使用放电等离子烧结设备，在真空、压力500MPa、680℃和保温30秒的条件下热压烧结，获得各向同性的纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合磁体；(8)热变形复合磁体。将热压复合磁体装入石墨模具内，使用放电等离子烧结设备，在真空、压力40MPa，热变形温度为800℃，变形量为80％，获得各向异性纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合永磁体。对比例3(1)熔炼。NdFeB为购置的纳米晶的NdFeB带状薄片；SmCo5铸锭采用悬浮熔炼炉制备；(2)研磨NdFeB粉末。将NdFeB薄片研磨，过200目筛子获得NdFeB细粉；(3)制备SmCo5粉末。采用高能球磨法将SmCo5铸锭球磨成SmCo5非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法将NdFeB粉(40wt.％)和SmCo5粉(60wt.％)混合均匀；(5)其余步骤参照实施例3。实施例4(1)熔炼。NdFeB为购置的纳米晶的NdFeB带状薄片；SmCo5铸锭采用悬浮熔炼炉制备；Pr90Cu10低熔点合金采用悬浮熔炼炉制备；(2)研磨NdFeB粉末。将NdFeB薄片研磨，过200目筛子获得NdFeB细粉；(3)制备SmCo5粉末。采用高能球磨法将SmCo5铸锭球磨成SmCo5非晶粉末；(4)制备PrCu粉末。将PrCu合金进行快淬得到快淬薄带，然后采用高能球磨法将PrCu薄带球磨成PrCu非晶粉末；(5)混粉。采用球磨法将NdFeB粉(20wt.％)、SmCo5粉(80wt.％)和PrCu粉混合均匀，PrCu粉末占总重量的15wt.％；(6)粉末装模。将混合均匀的复合粉末装入WC硬质合金模具内；(7)热压复合磁体。使用放电等离子烧结设备，在真空、压力500MPa、680℃和保温30秒的条件下热压烧结，获得各向同性的纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合磁体；(8)热变形复合磁体。将热压复合磁体装入石墨模具内，使用放电等离子烧结设备，在真空、压力50MPa，热变形温度为850℃，变形量为90％，获得各向异性纳米晶的掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合永磁体。对比例4(1)熔炼。NdFeB为购置的纳米晶的NdFeB带状薄片；SmCo5铸锭采用悬浮熔炼炉制备；(2)研磨NdFeB粉末。将NdFeB薄片研磨，过200目筛子获得NdFeB细粉；(3)制备SmCo5粉末。采用高能球磨法将SmCo5铸锭球磨成SmCo5非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法将NdFeB粉(20wt.％)和SmCo5粉(80wt.％)混合均匀；(5)其余步骤参照实施例4。表1室温(20℃)下实施例和对比例的磁性能和密度对比性能矫顽力(kOe)剩磁(kGs)密度(g/cm3)实施例112.3210.337.55对比例19.6310.637.74实施例211.758.237.90对比例26.238.587.88实施例311.387.138.05对比例37.327.968.02实施例413.656.558.18对比例410.537.358.16总结本发明利用放电等离子烧结制备了一种掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合稀土永磁体。相对于未掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5热变形复合稀土永磁体的方式，掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5热变形复合稀土永磁体，热变形的过程中PrCu相做为界面相，可以隔绝两个硬磁相，减小互扩散，减弱两相之间的交换耦合作用，提高矫顽力；在热变形的过程中PrCu相液化后分散在晶界处，也可以协调两相的热变形，促进两相的热变形；掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5热变形复合磁体比未掺杂的NdFeB/SmCo5热变形复合磁体的性能明显提高。获得的纳米晶掺杂PrCu合金的NdFeB/SmCo5复合磁体具有良好的磁性能、热稳定性、耐腐蚀性能及力学性能。当前第1页1 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