本发明涉及磁性材料
技术领域：
，更具体地说，它涉及一种碳纤维增强钕铁硼磁体及其制备方法。
背景技术：
：稀土钕铁硼系永磁材料是当今和今后相当长一段时间内最重要的永磁材料，它的出现开辟了稀土永磁领域的新开端。ndfeb永磁材料自诞生以来，由于其价格低廉、资源丰富受到广泛关注。近年来在烧结ndfeb磁体生产中出现的一些新的工艺技术，使磁体的性能不断得到提高。它不仅具有高磁能积、高性价比等优异特性，而且容易加工成各种尺寸。现已广泛应用于航空、航天、微波通讯技术、电子、电声、汽车工业、石油化工、磁分离技术、仪器仪表、磁医疗技术及其他需用永久磁场的装置和设备中，特别适用于研制高性能、小型化、轻型化的各种换代产品。nd-fe-b材料的主要技术性能指标是剩磁br、矫顽力hc(内禀矫顽力hcj和磁感矫顽力hcb)、磁能积(bh)max和居里温度tc。永磁材料的研究者和生产者的主要任务就是最大限度地挖掘材料的潜力，提高永磁材料的br、hc、(bh)max和tc。但随着磁体磁性能的不断提高，ndfeb的脆性问题逐渐暴露出来，从发展趋势看，ndfeb永磁材料的使用范围将不断扩大，其服役条件将越来越苛刻，对它的强韧性提出了更高的要求。其一，强韧性差使稀土永磁体在加工过程中容易开裂、掉渣。这大大降低了磁体的成品率和加工精度，提高了磁体的加工成本，同时也限制了磁体在高精度仪器仪表行业的应用。其二，由于稀土永磁材料的强韧性差，抗震、抗冲击能力相应也较差，使得材料在对抗震、抗冲击力要求较高的场合的应用也受到限制，如航空仪表和高速电机等领域，如汽车用电机转速将超过10千转/分。因此，如何提高稀土永磁材料的强韧性已成为重要的研究课题。ndfeb磁体的烧结过程是液相参与烧结，其富nd液相对磁体的致密化和磁硬化起着重要作用。在烧结ndfeb的显微结构中，富nd相主要呈薄层状沿晶界分布，而此种晶界富nd相的硬度仅有262hv，远低于基体的硬度，所以ndfeb磁体的断裂是以沿晶断裂方式进行，强韧性很差。文献(专利申请号：200510049962.7)，提出了晶界相中添加纳米氧化物提高矫顽力的方法，其制备方法和原理是将纳米氧化物改性的非磁性晶界相，均匀分散于主相nd2fe14b晶粒界面，改善显微结构，提高磁体矫顽力。本发明是利用碳纤维的高强度提高磁体强韧性，工作原理是由于碳纤维熔点很高，长度为0.1-50μm，在烧结晶粒长大过程中，碳纤维部分浸入晶粒内，部分在晶界处，这样在磁体沿晶界断裂经过碳纤维时，深入晶粒中的碳纤维阻止了裂纹沿晶界继续扩散，而转入强度很高的晶粒内，从而大幅提高磁体的强韧性，这与文献(专利申请号：200510049962.7)工作原理不同。因此开发了碳纤维增强钕铁硼磁体及其制备方法。技术实现要素：本发明的目的是提供一种碳纤维增强钕铁硼磁体及其制备方法。为实现上述目的，通过以下技术手段实现：一种碳纤维增强钕铁硼磁体，以质量百分数计包括80～99％的主合金和1～20％经过碳纤维改性的晶界相合金，其中经过碳纤维改性的晶界相合金包括70～95％的晶界相合金和5～30％的碳纤维；主合金以原子百分数计，其成分为(ndare1-a)xfe100-x-y-zmybz，nd为钕元素，re为除nd外的其他镧系中的稀土元素或者sc、y；fe为铁元素，m为nb、v、ti、co、cr、mo、mn、ni、ga、zr、ta、ag、au、al、pb、cu、si元素中的一种或几种，b为硼元素；a、x、y、z满足以下关系：0.9≤a≤1、12≤x≤16、0≤y≤1.5、5.5≤z≤6.5；晶界相合金以原子百分数计，其成分为nddfe100-d-e-fberf，其中13.5≤d≤30，4≤e≤7，0≤f≤15，r为dy、tb、nb、co、ga、zr、c、al、cu、si元素中一种或几种。一种碳纤维增强钕铁硼磁体的制备方法，包括如下步骤：1)主相合金采用铸造工艺制成钕铁硼铸锭合金，通过氢爆法或者破碎机将主相合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为2-10μm的主相合金粉末；2)晶界相合金采用快淬工艺制成快淬带，通过破碎机将晶界合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为2-10μm的晶界相合金粉末；3)在晶界相合金粉末中加入相应份量的碳纤维、1-10重量份的抗氧化剂，在混料机中均匀混合得到碳纤维改性的晶界相合金粉末；4)将碳纤维改性的晶界相合金粉末与主相合金粉末、汽油在混料机中均匀混合成混合粉末，其中汽油占总重量的0.5-5％；5)混合粉末在1.2-2.0t的磁场中压制成型坯件；6)将成型坯件放入高真空烧结炉内，在1050-1125℃烧结2-4h，再经过500-650℃热处理回火2-4h，制得烧结磁体。进一步优化为：所述的碳纤维直径为5-100nm，长度0.1-50μm。进一步优化为：所述的抗氧化剂为聚环氧乙烷烷基醚、聚环氧乙烷单脂肪酸酯或聚环氧乙烷烯丙基醚。本发明与现有技术相比的优点在于：本发明是利用碳纤维的高熔点，在烧结晶粒长大过程中，碳纤维部分浸入晶粒内，部分在晶界处，这样在磁体沿晶界断裂经过碳纤维时，深入晶粒中的碳纤维阻止了裂纹沿晶界继续扩散，而转入强度很高的晶粒内，从而大幅提高磁体的强韧性。本发明制得的磁体强韧性比采用双合金工艺而不添加碳纤维制得的磁体强韧性高，主相和晶界相粉末不易氧化，工艺过程适合于批量化生产。具体实施方式下面通过具体实施例对发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的本发明的保护范围。本发明采用双合金法，通过碳纤维的添加，将碳纤维均匀分散在晶界相中，对晶界相改性以提高烧结钕铁硼的强韧性。具体方法如下：1)主相合金采用铸造工艺制成钕铁硼铸锭合金，通过氢爆法或者破碎机将主相合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为2-10μm的主相合金粉末，主相合金的成分为(ndare1-a)xfe100-x-y-zmybz，nd为钕元素，re为除nd外的其他镧系中的稀土元素或者sc、y；fe为铁元素，m为nb、v、ti、co、cr、mo、mn、ni、ga、zr、ta、ag、au、al、pb、cu、si元素中的一种或几种，b为硼元素；a、x、y、z满足以下关系：0.9≤a≤1、12≤x≤16、0≤y≤1.5、5.5≤z≤6.5；2)晶界相合金采用快淬工艺制成快淬带，通过破碎机将晶界合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为2-10μm的晶界相合金粉末，晶界相合金的成分为nddfe100-d-e-fberf，其中13.5≤d≤30，4≤e≤7，0≤f≤15，r为dy、tb、nb、co、ga、zr、c、al、cu、si元素中一种或几种；3)在晶界相合金粉末中加入相应份量的碳纤维、1-10重量份的抗氧化剂，在混料机中均匀混合得到碳纤维改性的晶界相合金粉末，所述的碳纤维直径为5-100nm，长度0.1-50μm，所述的抗氧化剂为聚环氧乙烷烷基醚、聚环氧乙烷单脂肪酸酯或聚环氧乙烷烯丙基醚；4)将碳纤维改性的晶界相合金粉末与主相合金粉末、汽油在混料机中均匀混合成混合粉末，其中汽油占总重量的0.5-5％；5)混合粉末在1.2-2.0t的磁场中压制成型坯件；6)将成型坯件放入高真空烧结炉内，在1050-1125℃烧结2-4h，再经过500-650℃热处理回火2-4h，制得烧结磁体。以上所述的铸造工艺、快淬工艺、氢爆法工艺的具体内容详见周寿增、董清飞《超强永磁体-稀土体系永磁材料》一书。实施例1一种碳纤维增强钕铁硼磁体，以质量百分数计包括80％的主合金和20％经过碳纤维改性的晶界相合金，其中经过碳纤维改性的晶界相合金包括70％的晶界相合金和30％的碳纤维；制备方法如下：1)主相合金采用铸造工艺制成钕铁硼铸锭合金，主相合金成分为nd13.12fe80.31b5.83(dy0.22al0.24nb0.28)(at％)，通过破碎机将主相合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为10μm的主相合金粉末；2)晶界相合金采用快淬工艺制成快淬带，晶界相合金的成分为nd17.2fe75.58b6.38dy0.64ga0.2(at％)，通过破碎机将晶界合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为10μm的晶界相合金粉末；3)在晶界相合金粉末中加入相应份量碳纤维、10重量份的抗氧化剂，在混料机中均匀混合得到碳纤维改性的晶界相合金粉末，所述的碳纤维直径为100nm，长度15μm，所述的抗氧化剂为聚环氧乙烷烷基醚；4)将碳纤维改性的晶界相合金粉末与主相合金粉末、汽油在混料机中均匀混合成混合粉末，其中汽油占总重量的5％；5)混合粉末在1.5t的磁场中压制成型坯件；6)将成型坯件放入高真空烧结炉内，在1125℃烧结4h，再经过650℃热处理回火4h，制得烧结磁体。7)采用双合金工艺，按照上述方法添加晶界相合金占总重量20％组成混合粉末，但不添加碳纤维，采用相同的磁场取向压型和烧结、回火工艺制备成磁体。对所得的磁体进行性能测试，抗弯试验采用三点弯曲试验法，试样线切割成尺寸为4mm×7mm×30mm。抗弯强度的测定是在shimadzu电子拉伸机上进行，测量跨距20mm，横梁移动速度0.05mm/min，加载方向与试样成型时磁场取向垂直。通过jb-5冲击测试机测定冲击功，采用v型开槽，样品尺寸为10mm×10mm×55mm，性能如表一。表一，采用不同工艺制备的磁体性能制备工艺抗弯强度(mpa)冲击功(kj/m2)双合金工艺未添加碳纤维2486.47双合金工艺添加碳纤维2897.87从中可以看出，采用双合金工艺添加碳纤维制得的烧结钕铁硼磁体强韧性比采用双合金工艺不添加碳纤维制得的磁体强韧性高，因此通过双合金工艺添加碳纤维可以制备出高强韧性的烧结钕铁硼磁体。实施例2一种碳纤维增强钕铁硼磁体，以质量百分数计包括90％的主合金和10％经过碳纤维改性的晶界相合金，其中经过碳纤维改性的晶界相合金包括80％的晶界相合金和20％的碳纤维；制备方法如下：1)主相合金采用铸造工艺制成钕铁硼铸锭合金，主相合金成分为nd14.2fe78.15b5.81(tb0.31al0.24co1nb0.28)(at％)，通过破碎机将主相合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为8μm的主相合金粉末；2)晶界相合金采用快淬工艺制成快淬带，晶界相合金的成分为nd16.7fe76.27b6.31(dy0.84ga0.2cu0.32)(at％)，通过破碎机将晶界合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为10μm的晶界相合金粉末；3)在晶界相合金粉末中加入相应份量的碳纤维、8重量份的抗氧化剂，在混料机中均匀混合得到碳纤维改性的晶界相合金粉末，所述的碳纤维直径为80nm，长度25μm，所述的抗氧化剂为聚环氧乙烷单脂肪酸酯；4)将碳纤维改性的晶界相合金粉末与主相合金粉末、汽油在混料机中均匀混合成混合粉末，其中汽油占总重量的2.5％；5)混合粉末在1.8t的磁场中压制成型坯件；6)将成型坯件放入高真空烧结炉内，在1105℃烧结3h，再经过600℃热处理回火3h，制得烧结磁体。7)采用双合金工艺，按照上述方法添加晶界相合金占总重量10％组成混合粉末，但不添加碳纤维，采用相同的磁场取向压型和烧结、回火工艺制备成磁体。对所得的磁体进行性能测试，抗弯试验采用三点弯曲试验法，试样线切割成尺寸为4mm×7mm×30mm。抗弯强度的测定是在shimadzu电子拉伸机上进行，测量跨距20mm，横梁移动速度0.05mm/min，加载方向与试样成型时磁场取向垂直。通过jb-5冲击测试机测定冲击功，采用v型开槽，样品尺寸为10mm×10mm×55mm，性能如表二。表二，采用不同工艺制备的磁体性能制备工艺抗弯强度(mpa)冲击功(kj/m2)双合金工艺未添加碳纤维2255.16双合金工艺添加碳纤维2677.27从中可以看出，采用双合金工艺添加碳纤维制得的烧结钕铁硼磁体强韧性比采用双合金工艺不添加碳纤维制得的磁体强韧性高，因此通过双合金工艺添加碳纤维可以制备出高强韧性的烧结钕铁硼磁体。实施例3一种碳纤维增强钕铁硼磁体，以质量百分数计包括95％的主合金和5％经过碳纤维改性的晶界相合金，其中经过碳纤维改性的晶界相合金包括90％的晶界相合金和10％的碳纤维；制备方法如下：1)主相合金采用铸造工艺制成钕铁硼铸锭合金，主相合金成分为nd12.06fe81.3b5.95dy0.89(at％)，通过破碎机将主相合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为6μm的主相合金粉末；2)晶界相合金采用快淬工艺制成快淬带，晶界相合金的成分为nd27.83fe56.2b6.68dy2.47co6.82(at％)，通过破碎机将晶界合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为8μm的晶界相合金粉末；3)在晶界相合金粉末中加入相应份量的碳纤维、8重量份的抗氧化剂，在混料机中均匀混合得到碳纤维改性的晶界相合金粉末，所述的碳纤维直径为70nm，长度35μm，所述的抗氧化剂为聚环氧乙烷烯丙基醚；4)将碳纤维改性的晶界相合金粉末与主相合金粉末、汽油在混料机中均匀混合成混合粉末，其中汽油占总重量的1.5％；5)混合粉末在1.2t的磁场中压制成型坯件；6)将成型坯件放入高真空烧结炉内，在1050℃烧结3h，再经过500℃热处理回火3h，制得烧结磁体。7)采用双合金工艺，按照上述方法添加晶界相合金占总重量5％组成混合粉末，但不添加碳纤维，采用相同的磁场取向压型和烧结、回火工艺制备成磁体。对所得的磁体进行性能测试，抗弯试验采用三点弯曲试验法，试样线切割成尺寸为4mm×7mm×30mm。抗弯强度的测定是在shimadzu电子拉伸机上进行，测量跨距20mm，横梁移动速度0.05mm/min，加载方向与试样成型时磁场取向垂直。通过jb-5冲击测试机测定冲击功，采用v型开槽，样品尺寸为10mm×10mm×55mm，性能如表三。表三，采用不同工艺制备的磁体性能制备工艺抗弯强度(mpa)冲击功(kj/m2)双合金工艺未添加碳纤维2345.47双合金工艺添加碳纤维2676.86从中可以看出，采用双合金工艺添加碳纤维制得的烧结钕铁硼磁体强韧性比采用双合金工艺不添加碳纤维制得的磁体强韧性高，因此通过双合金工艺添加碳纤维可以制备出高强韧性的烧结钕铁硼磁体。实施例4一种碳纤维增强钕铁硼磁体，以质量百分数计包括93％的主合金和7％经过碳纤维改性的晶界相合金，其中经过碳纤维改性的晶界相合金包括92％的晶界相合金和8％的碳纤维；制备方法如下：1)主相合金采用铸造工艺制成钕铁硼铸锭合金，主相合金成分为nd12.69fe81.42b5.7dy0.4(at％)，通过破碎机将主相合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为4μm的主相合金粉末；2)晶界相合金采用快淬工艺制成快淬带，晶界相合金的成分为nd23.74fe64.78b6.89(dy0.92co1.27cu0.35nb0.4al1.66)(at％)，通过破碎机将晶界合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为4μm的晶界相合金粉末；3)在晶界相合金粉末中加入相应份量的碳纤维、4重量份的抗氧化剂，在混料机中均匀混合得到碳纤维改性的晶界相合金粉末，所述的碳纤维直径为60nm，长度15μm，所述的抗氧化剂为聚环氧乙烷烯丙基醚；4)将碳纤维改性的晶界相合金粉末与主相合金粉末、汽油在混料机中均匀混合成混合粉末，其中汽油占总重量的3.5％；5)混合粉末在1.2t的磁场中压制成型坯件；6)将成型坯件放入高真空烧结炉内，在1100℃烧结4h，再经过550℃热处理回火4h，制得烧结磁体。7)采用双合金工艺，按照上述方法添加晶界相合金占总重量7％组成混合粉末，但不添加碳纤维，采用相同的磁场取向压型和烧结、回火工艺制备成磁体。对所得的磁体进行性能测试，抗弯试验采用三点弯曲试验法，试样线切割成尺寸为4mm×7mm×30mm。抗弯强度的测定是在shimadzu电子拉伸机上进行，测量跨距20mm，横梁移动速度0.05mm/min，加载方向与试样成型时磁场取向垂直。通过jb-5冲击测试机测定冲击功，采用v型开槽，样品尺寸为10mm×10mm×55mm，性能如表四。表四，采用不同工艺制备的磁体性能制备工艺抗弯强度(mpa)冲击功(kj/m2)双合金工艺未添加碳纤维2434.87双合金工艺添加碳纤维2676.57从中可以看出，采用双合金工艺添加碳纤维制得的烧结钕铁硼磁体强韧性比采用双合金工艺不添加碳纤维制得的磁体强韧性高，因此通过双合金工艺添加碳纤维可以制备出高强韧性的烧结钕铁硼磁体。实施例5一种碳纤维增强钕铁硼磁体，以质量百分数计包括91％的主合金和9％经过碳纤维改性的晶界相合金，其中经过碳纤维改性的晶界相合金包括90％的晶界相合金和10％的碳纤维；制备方法如下：1)主相合金采用铸造工艺制成钕铁硼铸锭合金，主相合金成分为nd14.3fe78.15b5.81(tb0.21al0.24co1nb0.28)(at％)，通过破碎机将主相合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为5μm的主相合金粉末；2)晶界相合金采用快淬工艺制成快淬带，晶界相合金的成分为nd18.3fe74.48b6.38dy0.64ga0.2(at％)，通过破碎机将晶界合金破碎，破碎后经气流磨磨料，制得平均粒径为5μm的晶界相合金粉末；3)在晶界相合金粉末中加入相应份量的碳纤维、5重量份的抗氧化剂，在混料机中均匀混合得到碳纤维改性的晶界相合金粉末，所述的碳纤维直径为55nm，长度45μm，所述的抗氧化剂为聚环氧乙烷单脂肪酸酯；4)将碳纤维改性的晶界相合金粉末与主相合金粉末、汽油在混料机中均匀混合成混合粉末，其中汽油占总重量的4.5％；5)混合粉末在2.0t的磁场中压制成型坯件；6)将成型坯件放入高真空烧结炉内，在1120℃烧结2h，再经过650℃热处理回火2h，制得烧结磁体。7)采用双合金工艺，按照上述方法添加晶界相合金占总重量9％组成混合粉末，但不添加碳纤维，采用相同的磁场取向压型和烧结、回火工艺制备成磁体。对所得的磁体进行性能测试，抗弯试验采用三点弯曲试验法，试样线切割成尺寸为4mm×7mm×30mm。抗弯强度的测定是在shimadzu电子拉伸机上进行，测量跨距20mm，横梁移动速度0.05mm/min，加载方向与试样成型时磁场取向垂直。通过jb-5冲击测试机测定冲击功，采用v型开槽，样品尺寸为10mm×10mm×55mm，性能如表五。表五，采用不同工艺制备的磁体性能制备工艺抗弯强度(mpa)冲击功(kj/m2)双合金工艺未添加碳纤维2234.74双合金工艺添加碳纤维2666.97从中可以看出，采用双合金工艺添加碳纤维制得的烧结钕铁硼磁体强韧性比采用双合金工艺不添加碳纤维制得的磁体强韧性高，因此通过双合金工艺添加碳纤维可以制备出高强韧性的烧结钕铁硼磁体。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12