本发明涉及稀土永磁材料领域，涉及一种用于磁体晶界扩散的低成本扩散源合金和一种晶界扩散磁体及其制备方法。
背景技术：
：钕铁硼永磁材料因其优异的综合磁性能而广泛应用于机电、信息、机器人和智能制造等领域。然而，普通无重稀土烧结钕铁硼磁体的居里温度较低，高温磁性能差，不能满足(混合)电动汽车牵引电机、风能发电机等在高温条件下的使用要求，限制了磁体的应用范围。传统解决此问题的方法为母合金熔炼添加重稀土元素dy、tb或者晶界添加重稀土元素dy、tb的氟化物、氢化物或低熔点合金。此方法能有效提高磁体的高温稳定性，但会大量消耗重稀土资源，增加原材料成本。同时，由于重稀土原子和铁原子的磁性耦合方式为反铁磁耦合，重稀土元素的大量加入将会使磁体的剩磁和磁能积大幅下降。为了节约资源，降低成本，同时避免剩磁和磁能积大幅下降，可以采用晶界扩散技术。该技术工艺简单、成本低廉、重稀土使用量少、磁体矫顽力提升幅度大、剩磁和磁能积下降幅度小，在制造小尺寸高矫顽力磁体时具有成本优势。目前，用于晶界扩散的扩散源主要有重稀土金属、氧化物、氟化物、氢化物和低熔点合金。在这些扩散源中，低熔点合金的成本优势较大，且晶界扩散后磁体矫顽力提高明显，具有较高的性价比。但在目前的扩散源合金中，重稀土元素的含量较高，扩散源合金的成本还能进一步降低。现有技术中，中国发明专利申请号no.201710130288.8公开了‘一种晶界扩散制备高矫顽力钕铁硼磁体的方法’，其利用热浸镀方法在钕铁硼磁体的表面包覆一薄层低熔点金属或低熔点合金，其中低熔点合金成分组成为r-m，r为la、ce、pr、nd、gd、tb、dy、ho和y中的一种及以上，m为cu、al、ga、zn、sn、ag中的一种及以上。但是该申请文件中，廉价的稀土元素ce仅为该低熔点合金中的选择性元素，而不是必要元素。技术实现要素：针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于磁体晶界扩散的低成本扩散源合金、附着该低成本扩散源合金的晶界扩散磁体及它们的制备方法。为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种低成本扩散源合金，该扩散源合金的化学成分包括元素ce、轻稀土元素lre、重稀土元素hre和金属元素m，按原子百分数表示为cex(lreahre1-a)ym100-x-y；其中，0＜x≤20，15≤y≤99.9且15＜x+y≤99.9，0≤a≤1.0；lre为la、pr、nd和y中一种或多种；hre为tb、dy和ho中一种或多种；m为al、cu、zn、ga、ag、pb、bi和sn中的一种或多种。优选地，0.1≤x≤20，15≤y≤94.9且17≤x+y≤95，0≤a≤0.97。所述扩散源合金在使用时的状态为：扩散源合金的熔融合金液、或扩散源合金的快淬薄带、或扩散源合金的速凝片、或扩散源合金的薄片、或扩散源合金的粉末、或扩散源合金的合金粉末与溶剂混合得到的扩散源合金浆液。所述扩散源合金由包括但不限于下述方法制备得到：(1)由合金元素熔炼为熔融合金液用于晶界扩散；(2)合金元素熔炼为熔融合金液后，通过快淬方法制备为薄带用于晶界扩散；(3)合金元素熔炼为熔融合金液后，通过速凝工艺制备成速凝片，然后氢破碎和/或机械破碎为合金粉用于晶界扩散，或直接将速凝片用于晶界扩散；(4)将合金元素加热到熔融状态，浇铸为铸锭，然后通过下述方式之一制备得到：①铸锭经过氢破碎和/或机械破碎制成扩散源合金粉末；②将铸锭感应熔化，通过快淬工艺制备成薄带用于晶界扩散；③将铸锭切成薄片用于晶界扩散；④将铸锭加热为熔融状态用于晶界扩散。一种表面附着低成本扩散源合金的晶界扩散磁体，该晶界扩散磁体为在原始磁体表面附着扩散源合金后，经扩散处理和回火处理制备获得，或仅由扩散处理制备获得，所述原始磁体为烧结态或回火态的钕铁硼磁体或铈磁体。一种晶界扩散磁体的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将原始磁体加工成所需尺寸；(2)清洗掉原始磁体表面的油污，并打磨掉原始磁体表层氧化物；(3)在原始磁体表面附着扩散源合金；(4)附着扩散源合金的磁体在750℃～1000℃扩散处理0.5-24h，制备得到晶界扩散磁体，或者在750℃～1000℃扩散处理0.5～24h后，再在400℃～700℃回火处理0.5～8h，制备得到晶界扩散磁体。在步骤(4)中，附着扩散源合金的磁体在850℃～980℃扩散处理4h～24h后，再在430℃～640℃回火处理2h～6h，制备得到晶界扩散磁体。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)在传统扩散源中，不管是采用氢化物、氟化物、氧化物、稀土金属，还是低熔点合金作扩散源，扩散源中重稀土含量高，造成稀土元素的大量浪费。本发明对扩散源合金的成分进行合金成分优化，采用轻稀土元素，特别是廉价的稀土元素铈为必要成分，部分取代重稀土元素，降低扩散源中重稀土元素的含量，使扩散源合金的原料成本降低，提高晶界扩散磁体的性价比。(2)通过采用轻稀土元素特别是ce部分取代重稀土元素，调节扩散源合金的熔点，通过提高重稀土元素扩散效率，使晶界扩散磁体的矫顽力温度系数得到改善，提高了晶界扩散磁体的高温稳定性。进一步，本发明与现有技术中国发明专利申请号no.201710130288.8的区别在于，该现有技术并未说明ce在晶界扩散过程中所起到的作用，也未说明扩散含ce扩散源合金后，带来除磁体矫顽力增加外的其他的有益效果。但是本发明采用轻稀土元素，特别是廉价的稀土元素ce为必要成分，部分取代重稀土元素，降低扩散源中重稀土元素的含量，使扩散源合金的原料成本降低，提高了晶界扩散磁体的性价比。其中，ce的作用为降低和调整合金熔点，增加晶界扩散磁体晶界相的厚度和连续性，减弱晶粒间的交换耦合作用。最重要的是，它能够通过提高重稀土元素扩散效率，改善晶界扩散磁体的矫顽力温度系数，提高晶界扩散磁体的高温稳定性。具体实施方式下面结合实施例对本发明进行进一步说明。一种用于磁体晶界扩散的低成本扩散源合金，扩散源合金的化学成分包括元素ce、轻稀土元素lre、重稀土元素hre和金属元素m，按原子百分数表示为cex(lreahre1-a)ym100-x-y，其中，0＜x≤20，15≤y≤99.9且15＜x+y≤99.9，0≤a≤1.0；所述lre为la、pr、nd和y中的一种或多种；hre为tb、dy和ho中的一种或多种；m为al、cu、zn、ga、ag、pb、bi和sn中的一种或多种。在该扩散源合金中，hre的作用为提高磁体晶粒的各向异性场，ce、lre和m的作用为调整扩散源合金的熔点，此外，ce、lre和hre还能增加晶界扩散磁体晶界相的厚度和连续性，减弱晶粒间的交换耦合作用；本扩散源合金的特色之处在于该扩散源合金中必须含有ce，其主要作用为降低和调整合金熔点，可以根据扩散工艺需要获得最佳的合金熔点和扩散温度，显著提高重稀土元素扩散效率，改善晶界扩散磁体的矫顽力温度系数，提高晶界扩散磁体的高温稳定性；晶界扩散磁体为附着了扩散源合金的钕铁硼磁体或铈磁体，经扩散处理和回火处理制备得到。所述扩散源合金由包括但不限于下述方法制备：(1)由合金元素熔炼为熔融合金液用于晶界扩散；(2)合金元素熔炼为熔融合金液后，通过快淬工艺制备成薄带用于晶界扩散；(3)合金元素熔炼为熔融合金液后，通过速凝工艺制备成速凝片，然后氢破碎和/或机械破碎为合金粉用于晶界扩散，或直接将速凝片用于晶界扩散；(4)由合金元素加热到熔融状态，浇铸为铸锭，然后通过下述方式之一制备；①铸锭经过氢破碎和/或机械破碎制成扩散源合金粉末；②将铸锭感应熔化，通过快淬工艺制备成快淬带用于晶界扩散；③将铸锭切成薄片用于晶界扩散；④将铸锭加热为熔融状态用于晶界扩散。一种晶界扩散磁体，该磁体为在原始磁体表面附着扩散源合金后，经扩散处理和回火处理制备获得，或仅经过扩散处理制备获得，所述原始磁体为烧结态或回火态的钕铁硼磁体或铈磁体。所述的扩散源合金成分可以根据原始磁体中ce和重稀土dy、tb的含量以及原始磁体的性能进行选择。如在原始磁体中ce含量比较多、dy和tb含量比较少、矫顽力比较低时，扩散源合金中ce、lre和m含量可以适当增加、rhe含量可以适当减少；在原始磁体中ce含量比较少、dy和tb含量比较多、矫顽力比较高时，扩散源合金中ce、lre和m含量可以适当减少、rhe含量可以适当增多。所述晶界扩散磁体制备过程如下：(1)将烧结态或回火态的钕铁硼磁体或铈磁体(原始磁体)加工成所需尺寸；(2)清洗掉原始磁体表面的油污，并打磨掉原始磁体表层氧化物；(3)在打磨掉表层氧化物的原始磁体表面附着扩散源合金；(4)附着扩散源合金的磁体在750℃～1000℃扩散处理0.5～24h，制备得到晶界扩散磁体，或者在750℃～1000℃扩散处理0.5～24h后，再在400℃～700℃回火处理0.5～8h，制备得到晶界扩散磁体。本发明的特点是将轻稀土元素加入到扩散源合金中，一方面降低了原材料成本，另一方面使扩散源合金的熔点降低，有利于重稀土元素的扩散，从而改善了晶界扩散磁体的矫顽力温度系数，提高晶界扩散磁体的高温稳定性。实施例1制备扩散源合金：采用电弧炉熔炼扩散源合金ce5pr7nd28tb30cu20al10(原子百分数)，制备得到合金铸锭，将合金铸锭进行粗破碎，然后在0.4mpa的氢压下进行氢破，最后在乙醇的保护下球磨24h，获得扩散源合金浆液。其中，乙醇与合金的质量比为1:1。制备晶界扩散磁体：(1)将钕铁硼磁体(原始磁体)切成φ10mm*5mm的圆柱。(2)清洗掉钕铁硼磁体表面的油污，并用砂纸打磨掉钕铁硼磁体表面的氧化层。(3)将圆柱形磁体浸入扩散源合金浆液中，捞出并在手套箱中吹干，得到附着扩散源合金粉末磁体。(4)附着扩散源合金粉末磁体在850℃扩散处理24h；然后在500℃回火处理2h，得到晶界扩散磁体。制备比较例1磁体：比较例1磁体除扩散源合金成分为pr7nd28tb35cu20al10(原子百分数)外，其他制备步骤与实施例1晶界扩散磁体的制备步骤相同。实施例1原始磁体、比较例1磁体和实施例1晶界扩散磁体室温磁性能和矫顽力温度系数(23～140℃)如表1所示。表1br(kgs)(bh)max(mgoe)hcj(koe)β(％/℃)实施例1原始磁体14.2049.9812.15-0.588比较例1磁体13.8447.3420.32-0.547实施例1晶界扩散磁体13.9548.2321.27-0.544实施例2制备扩散源合金：采用电弧炉熔炼扩散源合金ce0.1pr80tb10dy4.9cu2.5al2.5(原子百分数)，制备得到合金铸锭，将合金铸锭进行粗破碎，然后在0.4mpa的氢压下进行氢破，最后在乙醇的保护下球磨24h，获得扩散源合金浆液。其中，乙醇与合金的质量比为1:1。制备晶界扩散磁体：(1)将铈磁体(原始磁体)切成φ10mm*5mm的圆柱。(2)清洗掉表面的油污，并用砂纸打磨掉表面的氧化层。(3)将圆柱形磁体浸入合金浆液中，捞出并在手套箱中吹干，得到附着合金粉末磁体。(4)附着合金粉末磁体在980℃扩散处理10h，然后在500℃回火处理2h，得到晶界扩散磁体。制备比较例2磁体：比较例2磁体除扩散源合金成分为pr80tb10dy5cu2.5al2.5(原子百分数)外，其他实验步骤与实施例2晶界扩散磁体的制备步骤相同。实施例2原始磁体、比较例2磁体和实施例2晶界扩散磁体室温磁性能性能和矫顽力温度系数(23～120℃)如表2所示。表2br(kgs)(bh)max(mgoe)hcj(koe)(％/℃)实施例2原始磁体12.5737.8414.37-0.633比较例2磁体12.3936.5718.41-0.591实施例2晶界扩散磁体12.4437.0219.26-0.588实施例3制备扩散源合金：采用电弧炉熔炼扩散源合金ce20dy56cu12al12(原子百分数)，制备得到合金铸锭，将合金铸锭进行粗破碎，然后在0.4mpa的氢压下进行氢破，最后在乙醇的保护下球磨24h，获得扩散源合金浆液。其中，乙醇与合金的质量比为1:1。制备晶界扩散磁体：(1)将铈磁体(原始磁体)切成φ10mm*5mm的圆柱。(2)清洗掉表面的油污，并用砂纸打磨掉表面的氧化层。(3)将圆柱形磁体浸入合金浆液中，捞出并在手套箱中吹干，得到附着合金粉末磁体。(4)附着合金粉末磁体在940℃扩散处理4h。(5)扩散处理磁体在640℃回火处理2h，得到晶界扩散磁体。制备比较例3磁体：比较例3磁体除扩散源合金成分为dy76cu12al12(原子百分数)外，其他实验步骤与实施例3晶界扩散磁体的制备步骤相同。实施例3原始磁体、比较例3磁体和实施例3晶界扩散磁体室温磁性能性能如表3所示。表3br(kgs)(bh)max(mgoe)hcj(koe)实施例3原始磁体12.0134.4312.23比较例3磁体11.8933.9715.07实施例3晶界扩散磁体11.8033.5615.65实施例4制备扩散源合金：采用电弧炉熔炼扩散源合金ce10pr14nd56dy2al18(原子百分数)，制备得到合金铸锭，将合金铸锭进行粗破碎，然后在0.4mpa的氢压下进行氢破，最后在乙醇的保护下球磨24h，获得扩散源合金浆液。其中，乙醇与合金的质量比为1:1。制备晶界扩散磁体：(1)将铈磁体(原始磁体)切成φ10mm*5mm的圆柱。(2)清洗掉表面的油污，并用砂纸打磨掉表面的氧化层。(3)将圆柱形磁体浸入合金浆液中，捞出并在手套箱中吹干，得到附着合金粉末磁体。(4)附着合金粉末磁体在940℃扩散处理10h，然后在430℃回火处理6h，得到晶界扩散磁体。制备比较例4磁体：比较例4磁体除扩散源合金成分为pr14nd56dy12al18(原子百分数)外，其他实验步骤与实施例4晶界扩散磁体的制备步骤相同。实施例4原始磁体、比较例4磁体和实施例4晶界扩散磁体室温磁性能性能如表4所示。表4br(kgs)(bh)max(mgoe)hcj(koe)实施例4原始磁体10.2425.139.030比较例4磁体10.0524.1710.47实施例4晶界扩散磁体10.1224.5110.84实施例5制备扩散源合金：采用电弧炉熔炼扩散源合金ce2nd14dy1cu83(原子百分数)，制备得到合金铸锭，将合金铸锭进行粗破碎，然后在0.4mpa的氢压下进行氢破，最后在乙醇的保护下球磨24h，获得扩散源合金浆液。其中，乙醇与合金的质量比为1:1。制备晶界扩散磁体：(1)将铈磁体(原始磁体)切成φ10mm*5mm的圆柱。(2)清洗掉表面的油污，并用砂纸打磨掉表面的氧化层。(3)将圆柱形磁体浸入合金浆液中，捞出并在手套箱中吹干，得到附着合金粉末磁体。(4)附着合金粉末磁体在940℃扩散处理10h，得到晶界扩散磁体。制备比较例5磁体：比较例5磁体除扩散源合金成分为nd14dy3cu83(原子百分数)外，其他实验步骤与实施例5晶界扩散磁体的制备步骤相同。实施例5原始磁体、比较例5磁体和实施例5晶界扩散磁体室温磁性能性能如表5所示。表5br(kgs)(bh)max(mgoe)hcj(koe)实施例5原始磁体9.18012.62.376比较例5磁体9.10618.883.509实施例5晶界扩散磁体9.13419.393.875上述的对实施例的描述是为便于该
技术领域：
的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本
技术领域：
的人员显然可以容易地对这些实施例作出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本
技术领域：
人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。当前第1页12