一种具有改进的晶体结构的高性能稀土永磁材料的制作方法

本发明属于稀土永磁材料技术领域，尤其涉及一种具有改进的晶体结构的高性能稀土永磁材料。

背景技术：

稀土永磁材料可分为钕铁硼永磁材料、钐钴永磁材料、铝镍钴永磁材料、铁氧体永磁材料等。稀土永磁材料作为制造业升级和社会智能化的关键材料，在航空航天、轨道交通、新能源汽车、高端医疗器械等方面有着广泛的应用。

钕铁硼永磁材料因具有高剩磁、高矫顽力、高磁能积的特点，自发现以来成为最受市场青睐的稀土永磁材料之一。根据制备方法，钕铁硼永磁材料可以分为烧结钕铁硼、热压/热变形钕铁硼和粘结钕铁硼。目前，烧结钕铁硼磁体的磁性能实验室水平可以达到：剩磁br＝15.5kgs，内禀矫顽力hcj＝8.2koe，最大磁能积(bh)max＝59.5mgoe；商业水平可以达到：剩磁br＝14.2kgs，内禀矫顽力hcj＝10.2koe，最大磁能积(bh)max＝52mgoe。目前国内热压/热变形钕铁硼磁体的最大磁能积达到53.97mgoe，是钢铁研究总院的研发成果。北矿磁材所研发的粘结钕铁硼磁粉内禀矫顽力hcj可以达到12～20koe，最大磁能积(bh)max达到35～45mgoe。这些代表国内外最高水平的磁体，都具有成分均匀一致的晶体结构特点。

高性能钕铁硼磁体是研究者们不懈的追求，但目前技术所能达到的实验值还远低于其理论值，比如内禀矫顽力hcj，其最大实验值仅为理论值的12％，所以还有很大的提升空间。如何进一步提升永磁材料的性能，是很多研发与生产人员共同面临的挑战。

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具有改进的晶体结构的高性能稀土永磁材料，通过可控制地在主相晶粒内部和晶界相形成成分偏析，使得磁性能如矫顽力得到有效提高。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种具有改进的晶体结构的高性能稀土永磁材料，该稀土永磁材料的微观组织结构包括具有成分偏析的r2(fe,m)14b主相晶粒和富含稀土的晶界相；

其中，r2(fe,m)14b主相晶粒中，r为nd与选自la、ce、pr、gd、tb、dy、ho和y中的一种或几种稀土元素的组合，m为al、ti、v、cr、cu、co、ga、nb、zr、mo和w中的一种或几种；

所述成分偏析的r2(fe,m)14b主相晶粒满足以下条件：

(1)不同主相晶粒的各个稀土元素的平均含量分别高于或低于整个材料该稀土元素的平均含量；

(2)同一主相晶粒内部的位于不同区域的各个稀土元素的平均含量分别高于或低于该主相晶粒的该稀土元素的平均含量；

(3)在主相晶粒边缘有一层偏析层，该偏析层中的不同稀土元素的含量自晶粒内部向外呈梯度递增分布或梯度递减分布。

优选地，所述r为nd和ce与选自la、pr、gd、tb、dy、ho和y中的一种或几种稀土元素的组合，且ce与总稀土的重量比ce/r≥5％。

所有主相晶粒中ce的平均含量低于整个材料中ce的平均含量。

晶界相中ce含量富集高于所有主相晶粒中ce的平均含量。

晶界相中ce的平均含量比所有主相晶粒中ce的平均含量高50％以上。

优选地，所述r为nd和la与选自ce、pr、gd、tb、dy、ho和y中的一种或几种稀土元素的组合，且la与总稀土的重量比la/r≥3％。

优选地，所述r为nd和y与选自la、ce、pr、gd、tb、dy和ho中的一种或几种稀土元素的组合，且y与总稀土的重量比y/r≥3％。

优选地，所述主相晶粒和晶界相中含有dy或tb，且晶界相中dy或tb的含量比主相晶粒中dy或tb稀土元素的平均含量高2倍以上。

所述稀土永磁材料的内禀矫顽力比同成分但各主相晶粒成分相对均匀的永磁材料相应的内禀矫顽力高1koe以上。

所述稀土永磁材料的内禀矫顽力比同成分但各主相晶粒成分相对均匀的永磁材料相应的内禀矫顽力高1.5～10koe。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的具有改进的晶体结构的高性能稀土永磁材料，其微观结构特征是具有成分偏析的主相晶粒和富含稀土的晶界相。这种特殊的微观组织结构，尤其是具有成分偏析的的晶体结构，对于增大永磁材料的形核场及产生高磁晶各向异性场区域的钉扎效应，从而增强磁体的内禀矫顽力，具有显著的增益效果。

本发明的高性能稀土永磁材料，其内禀矫顽力比同成分但各主相晶粒成分相对均匀的永磁材料相应的内禀矫顽力高1koe以上，这可以有效降低原料成本，同时可以实现更高性能。

在含有dy或tb的永磁材料的实施例的微观结构中，所述富含稀土的晶界相中dy或tb的含量比晶粒中相应稀土元素的平均含量高2倍以上，这有助于在主相晶粒外缘形成高各向异性场的dy2fe14b或tb2fe14b偏析层，结合主相晶粒中成分的偏析特征，进一步增加磁体的形核场，从而有效提高磁体矫顽力。

附图说明

图1为本发明实施例1(r为nd、pr、dy)的高性能稀土永磁材料的微观组织示意图；

图2为本发明实施例2(r为nd、pr、ce)的高性能稀土永磁材料的微观组织示意图；

图3为本发明实施例3(r为nd、la、ce、gd)的高性能稀土永磁材料的微观组织示意图；

图4为本发明实施例4(r为nd、y、dy)的高性能稀土永磁材料的微观组织示意图。

其中的附图标记为：

a、b、c为主相晶粒内部的不同区域

a第一区域

b第二区域

c第三区域

1第一主相晶粒

2第二主相晶粒

3第三主相晶粒

4第四主相晶粒

5第五主相晶粒

6偏析层

7晶界相

具体实施方式

本发明的一种高性能稀土永磁材料，其微观组织结构包括主相晶粒和晶界相，所述主相晶粒为具有成分偏析的r2(fe,m)14b主相晶粒，所述晶界相为稀土富集相。

所述r2(fe,m)14b主相晶粒中，r为nd与选自la、ce、pr、gd、tb、dy、ho和y中的一种或几种稀土元素的组合。

所述r2(fe,m)14b主相晶粒中，m为al、ti、v、cr、cu、co、ga、nb、zr、mo和w金属中的一种或几种。

所述成分偏析的r2(fe,m)14b主相晶粒，不同的r2(fe,m)14b主相晶粒的同一稀土元素的平均含量不同。比如存在两个不同的r2(fe,m)14b主相晶粒，一个主相晶粒中的第一稀土元素的平均含量相对较高，第二稀土元素的平均含量相对较低；另一个主相晶粒中的第一稀土元素的平均含量相对较低，第二稀土元素的平均含量相对较高。

所述成分偏析的r2(fe,m)14b主相晶粒，同一r2(fe,m)14b主相晶粒内部的位于不同区域的同一稀土元素的平均含量不同。比如同一主相晶粒内部存在的两个不同区域，位于第一区域的稀土元素的平均含量相对较高，位于第二区域的稀土元素的平均含量相对较低。

所述成分偏析的r2(fe,m)14b主相晶粒，在晶粒边缘有一层偏析层，该偏析层中的不同稀土元素的含量自内向外呈梯度递增分布或梯度递减分布。比如由偏析层靠近晶粒内部的一侧向偏析层靠近晶界相的一侧，第一稀土元素的含量逐渐增加，第二稀土元素的含量逐渐减少。

优选地，所述r2(fe,m)14b主相晶粒中，r包含有ce，即r为nd和ce与选自la、pr、gd、tb、dy、ho和y中的一种或几种稀土元素的组合，且按重量比ce/r≥5％，具体重量比可根据实际情况或需求设定。

所述主相晶粒分为两大类：一类主相晶粒中的ce含量低于所有主相晶粒中ce的平均含量，另一类主相晶粒中的ce含量高于所有主相晶粒中ce的平均含量。

所有主相晶粒中ce的平均含量低于整个材料中ce的平均含量。

同一主相晶粒内部的位于不同区域的ce含量呈不均匀分布。

主相晶粒在晶粒边缘有一层ce含量自内向外呈梯度分布的偏析层。

所述晶界相中ce的平均含量远高于所有主相晶粒中ce的平均含量。晶界相中ce的平均含量比所有主相晶粒中ce的平均含量高50％以上。

优选地，所述r2(fe,m)14b主相晶粒中，r中包含有la或y，即r为nd和la与选自ce、pr、gd、tb、dy、ho和y中的一种或几种稀土元素的组合，或者r为nd和y与选自la、ce、pr、gd、tb、dy和ho中的一种或几种稀土元素的组合，且按重量比la/r≥3％或y/r≥3％，具体重量比可根据实际情况或需求设定。

下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。但是需要注意的是，以下实施例只为说明目的，本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，为本发明高性能稀土永磁材料的一种微观组织结构；

该微观组织结构由成分偏析的r2(fe,m)14b主相晶粒及富含稀土的晶界相组成。r2(fe,m)14b主相晶粒中，r为nd、pr和dy的组合，且按重量比nd/r＝72.97％，pr/r＝23.92％，dy/r＝3.11％；m为al、cu和zr的组合。

具有上述微观组织结构的高性能稀土永磁材料是通过如下工艺实现的：将(pr,nd)2(fe,m)14b与(pr,nd,dy)2(fe,m)14b两种合金粉末，按照一定比例均匀混合，在磁场中取向压制成型后，在1080度烧结2小时，再经过900度、550度二级回火处理。

不同的r2(fe,m)14b主相晶粒中的同一的稀土元素的平均含量不同，如第一主相晶粒1中按重量比nd/r＝74.03％，pr/r＝24.95％，dy/r＝0.82％；第二主相晶粒2中按重量比nd/r＝71.89％，pr/r＝23.88％，dy/r＝4.23％；第三主相晶粒3中按重量比nd/r＝70.33％，pr/r＝24.04％，dy/r＝5.63％；第四主相晶粒4中按重量比nd/r＝71.8％，pr/r＝24.58％，dy/r＝3.12％；第五主相晶粒5中按重量比nd/r＝74.59％，pr/r＝23.62％，dy/r＝1.79％。

同一主相晶粒内部不同区域的稀土元素成分不均匀，如第二主相晶粒2中，第一区域a按重量比nd/r＝73.64％，pr/r＝23.83％，dy/r＝2.53％；第二区域b按重量比nd/r＝71.32％，pr/r＝23.39％，dy/r＝5.29％；第三区域c按重量比nd/r＝71.19％，pr/r＝22.68％，dy/r＝6.13％。

在主相晶粒边缘有一层不同稀土元素的含量自内向外呈梯度分布的偏析层6，如第三主相晶粒3中，由偏析层6靠近主相晶粒内部的一侧向偏析层靠近晶界相的一侧，稀土元素nd和pr的含量逐渐增加，稀土元素dy的含量逐渐减少。

该永磁材料的内禀矫顽力比同成分但各主相晶粒成分相对均匀的永磁材料的内禀矫顽力高2.9koe。

实施例2

如图2所示，为本发明高性能稀土永磁材料的一种微观组织结构；

该微观组织结构由成分偏析的r2(fe,m)14b主相晶粒及富含稀土的晶界相组成；r2(fe,m)14b主相晶粒中，r为nd、pr和ce的组合，且按重量比nd/r＝54.51％，pr/r＝13.69％，ce/r＝31.8％；m为ga和cu的组合。采用与实施例1相同的工艺制备。

r2(fe,m)14b主相晶粒主要分为两大类：一类如第一主相晶粒1和第四主相晶粒4，主相晶粒中的ce含量(指ce/r)分别为5.1％与27.8％，低于所有主相晶粒中ce的平均含量；一类如第二主相晶粒2和第三主相晶粒3，主相晶粒中的ce含量分别为35.7％与42.3％，高于所有主相晶粒中ce的平均含量。

同一主相晶粒内部不同区域的ce含量分布不均匀，如第三主相晶粒3中，第一区域a的ce含量为23.9％，第二区域b的ce含量为49.61％，第三区域的c的ce含量为45.82％。

在主相晶粒边缘有一层ce含量自内向外呈梯度分布的偏析层6，如第一主相晶粒1中，由偏析层6靠近晶粒内部的一侧向偏析层靠近晶界相的一侧，ce含量逐渐增加；主相晶粒2中，由偏析层靠近晶粒内部的一侧向偏析层靠近晶界相的一侧，ce含量逐渐减少。

富含稀土的晶界相中ce富集，ce平均含量ce/r为45.97％(ce占晶界相中所有元素成分的比例大于20％)，远高于所有主相晶粒ce的平均含量ce/r：31.8％(ce占主相晶粒中所有元素成分的比例约为9％)。

该永磁材料的内禀矫顽力比同成分但各主相晶粒成分相对均匀的永磁材料的内禀矫顽力高1.8koe。

实施例3

如图3所示，为本发明高性能稀土永磁材料的一种微观组织结构。

该微观组织结构由成分偏析的r2(fe,m)14b主相晶粒及富含稀土的晶界相组成。

r2(fe,m)14b主相晶粒中，r为nd、la、ce和gd的组合，且按重量比nd/r＝49.28％，la/r＝17.15％，ce/r＝32.25％，gd/r＝1.32％；m为al、ga、mo和nb的组合。采用与实施例1相同的工艺制备。

不同的r2(fe,m)14b主相晶粒中的同一的稀土元素的平均含量不同，如第一主相晶粒1中按重量比nd/r＝46.31％，la/r＝18.23％，ce/r＝34.09％，gd/r＝1.37％；第二主相晶粒2中按重量比nd/r＝50.32％，la/r＝16.7％，ce/r＝31.57％，gd/r＝1.41％；第三主相晶粒3中按重量比nd/r＝47.19％，la/r＝17.9％，ce/r＝33.66％，gd/r＝1.25％；第四主相晶粒4中按重量比nd/r＝51.33％，la/r＝16.56％，ce/r＝30.8％，gd/r＝1.31％。

同一主相晶粒内部不同区域的稀土元素成分不均匀，如第四主相晶粒4中，第一区域a按重量比nd/r＝58.35％，la/r＝14.85％，ce/r＝24.92％，gd/r＝1.88％；第二区域b按重量比nd/r＝51.31％，la/r＝16.38％，ce/r＝30.97％，gd/r＝1.34％；第三区域c按重量比nd/r＝79.98％，la/r＝6.98％，ce/r＝10.52％，gd/r＝2.52％。

在主相晶粒边缘有一层不同稀土元素的含量自内向外呈梯度分布的偏析层6，如第二主相晶粒2中，由偏析层6靠近主相晶粒内部的一侧向偏析层靠近晶界相的一侧，稀土元素nd、la、ce的含量逐渐增加，稀土元素gd的含量逐渐减少；第三主相晶粒3中，由偏析层6靠近晶粒内部的一侧向偏析层靠近晶界相的一侧，稀土元素nd、gd的含量逐渐增加，稀土元素la、ce的含量逐渐减少。

该永磁材料的内禀矫顽力比同成分但各主相晶粒成分相对均匀的永磁材料的内禀矫顽力高1.5koe。

实施例4

如图4所示，为本发明高性能稀土永磁材料的一种微观组织结构。该微观组织结构由成分偏析的r2(fe,m)14b主相晶粒及富含稀土的晶界相组成；r2(fe,m)14b主相晶粒中，r为nd、y和dy的组合，且按重量比nd/r＝67.42％，y/r＝32.1％，dy/r＝0.48％；m为al、ga、cu和zr的组合。

具有上述微观组织结构的高性能稀土永磁材料是通过如下工艺实现的：将(nd0.9y0.1)2(fe,m)14b与(nd0.5y0.5)2(fe,m)14b两种合金粉末，按照一定比例均匀混合，在磁场中取向压制成型后，在1060度烧结4小时。然后采用晶界扩散工艺，进行渗dy处理，最后再经过890度、520度二级回火处理。

不同的r2(fe,m)14b主相晶粒中的同一稀土元素平均成分不均匀，如第一主相晶粒1中按重量比nd/r＝82.55％，y/r＝16.9％，dy/r＝0.55％；第二主相晶粒2中按重量比nd/r＝74.52％，y/r＝25.1％，dy/r＝0.38％；第三主相晶粒3中按重量比nd/r＝86.99％，y/r＝12.58％，dy/r＝0.43％；第四主相晶粒4中按重量比nd/r＝60.87％，y/r＝38.61％，dy/r＝0.52％。

同一晶粒内部不同区域的稀土元素成分不均匀，如第四主相晶粒4中，第一区域a按重量比nd/r＝57.33％，y/r＝42.22％，dy/r＝0.45％；第二区域b按重量比nd/r＝59.84％，y/r＝39.59％，dy/r＝0.57％；第三区域c按重量比nd/r＝69.97％，y/r＝29.55％，dy/r＝0.48％。

在主相晶粒边缘有一层不同稀土元素的含量自内向外呈梯度分布的偏析层6，如第三主相晶粒3中，由偏析层6靠近晶粒内部的一侧向偏析层靠近晶界相的一侧，稀土元素nd、dy的含量逐渐增加，稀土元素y的含量逐渐减少。

富含稀土的晶界相中dy的含量比主相晶粒中dy的平均含量高18.5倍。

该永磁材料的内禀矫顽力比同成分但各主相晶粒成分相对均匀的永磁材料的内禀矫顽力高7.8koe。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益成效进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为说明目的，并不限于本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。