一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法技术

一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法，属于稀土永磁材料制备领域。其特征是通过对高丰度稀土永磁材料进行晶界扩渗，扩渗源成份为(NdxPr100‑x)a(DyyTb100‑y)b(AlzCu100‑z)100‑a‑b(x＝0‑100,y＝0‑100,z＝5‑30；a+b＝60‑90,a>b≥5，重量分数)。具体工艺步骤是：真空冶炼扩渗源合金，将扩渗源合金制成薄带或粉末并附着在高丰度稀土永磁体表面，随后在真空炉中，600‑900℃扩散处理1‑8小时，450‑550℃退火处理1‑5小时。本发明专利技术的优点是通过晶界扩渗少量复合中重稀土－铜铝合金，既可改善晶界相的分布提高去磁耦合作用，又可改善内禀性能，磁性能特别是矫顽力提升效果显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于稀土永磁材料制备领域，特别涉及一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法。技术背景钕铁硼永磁材料自二十世纪八十年代问世以来，有力的促进了现代科学技术与信息产业向集成化、小型化、轻量化、智能化方向的发展。烧结钕铁硼广泛应用于计算机硬盘音圈电机(VCM)、核磁共振成像仪(MRI)、消费电子(CD、DVD、手机、音响、复印机、扫描仪、摄像机、照相机、冰箱、电视机、空调机等)、磁分离设备等领域，并且不断扩展，如风力发电、电动车等。凭借稀土的资源优势，中国烧结钕铁硼相关技术发展迅猛，然而在产量和性能大幅提高的同时，也存在一些问题，稀土的储量和利用都很不平衡，像Dy、Tb等重稀土储量相对低、价格高企；Nd、Pr等稀土元素由于钕铁硼材料的迅猛发展而被大量应用。La、Ce与Nd、Pr都为4f原子，晶体结构均为六方密排结构，因此均能与Fe，B元素形成R2Fe14B型化合物。La、Ce等轻稀土元素储量很高，资源丰富，价格显著低于Nd/Pr，仅为Nd/Pr的1/10-1/5，适量La与Ce对Nd/Pr的替代对于减少Nd/Pr和Dy/Tb用量，节约宝贵的中、重稀土资源，促进稀土资源的综合利用，降低烧结钕铁硼磁体的生产成本具有重要的意义。然而由于材料的内禀性能局限，如La2Fe14B和Ce2Fe14B的饱和磁化强度和各向异性场分别为1.38T/1.17T和20T/36T，明显低于Pr2Fe14B和Nd2Fe14B的1.56T/1.60T和87T/67T，因此La、Ce等轻稀土元素替代Nd/Pr不可避免会降低钕铁硼磁体的部分磁性能。La、Ce等高丰度稀土元素替代Nd/Pr能显著降低钕铁硼磁体的成本，如何进一步提高高丰度稀土永磁材料的磁性能显得尤为重要。组织结构对稀土永磁材料的磁性能特别是矫顽力起至关重要的作用，通过进一步优化组织结构特别是边界结构是改善磁体性能的有效途径。Wan等人使用双合金的方法引入Pr-Cu晶界相制备不含Dy的烧结Nd-Fe-B磁体，磁体矫顽力从14kOe提高到引入Pr68Cu32晶界相的21kOe，主要是由于晶界相的分布更加均匀，对2:14:1主相晶粒起到了更好的磁隔绝的作用(Wan F,Zhang Y,Han J,et al.Coercivity enhancement in Dy-free Nd–Fe–B sintered magnets by using Pr-Cu alloy[J].Journal ofApplied Physics,2014,115(20):203910.)。相关专利报道了轻稀土－铜合金(包小倩,卢克超,汤明辉,李纪恒,高学绪.晶界扩渗轻稀土-铜合金制备高矫顽力钕铁硼磁体的方法,201510335273.6)和轻稀土－铝合金(孙爱芝,路振文,马斌,郎惠珍,喻玺,杜君峰.一种提高烧结NdFeB磁体矫顽力的方法，201510801123.X.)对烧结钕铁硼磁体的磁性能改善效果显著，主要也是得益于高润湿性轻稀土－铜铝晶界相的均匀分布。而重稀土Dy/Tb由于其2:14:1相优异的各向异性(Dy2Fe14B和Tb2Fe14B的各向异性场分别为150T和220T)，一直是提高烧结钕铁硼永磁材料矫顽力的最有效途径，然而Dy/Tb重稀土的添加存在两个问题，一是原料成本大幅提高，二是饱和磁化强度的急剧下降，因为Dy2Fe14B和Tb2Fe14B的饱和磁化强度分别为0.712T和0.703T，不到Pr2Fe14B
和Nd2Fe14B的1.56T和1.60T的一半，也远低于La2Fe14B和Ce2Fe14B的1.38T和1.17T。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有技术当中加Dy/Tb重稀土导致的原料成本大幅提高和饱和磁化强度的急剧下降问题。一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法，其特征是对高丰度稀土永磁材料晶界扩渗复合中重稀土－铜铝合金，扩渗源的成份为(NdxPr100-x)a(DyyTb100-y)b(AlzCu100-z)100-a-b(x＝0-100,y＝0-100,z＝5-30；a+b＝60-90,a>b≥5，重量分数)。具体工艺步骤为：a.真空熔炼扩渗源合金并制成粉末或薄带；b.将扩渗源合金附着在高丰度稀土永磁体表面；c.600－900℃真空扩渗处理1－8h；d.450－550℃真空退火热处理1－5h；e.得到高性能高丰度稀土永磁体。本专利技术主要针对低成本高丰度稀土永磁材料(La,Ce或La,Ce混合稀土占稀土总量10－80％重量分数的烧结钕铁硼磁体)，旨在通过晶界扩渗处理，一方面改善磁体的边界结构，另一方面优化内禀性能，从而提高高丰度稀土永磁材料的磁性能。设计的扩渗源合金成份为复合中重稀土－铜铝合金，主要考虑以下五个方面：其一，一定成份范围的稀土－铜铝合金不仅熔点较低，而且与2:14:1相具有很好的润湿性，有利于晶界相的充分分布和磁隔绝作用；其二，稀土元素为中稀土Nd/Pr和重稀土Dy/Tb的联合配伍，既可利用(Dy/Tb)2Fe14B的超高各向异性，又可利用(Nd/Pr)2Fe14B的高饱和磁化强度；其三，Al和Cu应联合配伍，Al元素能改善高丰度稀土永磁材料的液相表面能，但Al元素进入2:14:1相，而Cu与Fe排斥，不进入2:14:1相，而是主要分布在晶界，由于Al元素进入2:14:1相会降低剩磁，因此Al添加不宜太多；其四：复合中重稀土－铜铝合金中，复合中重稀土的含量为60－90％重量分数，这主要是从相结构及其特点出发，同时这一成份范围的合金熔点相对较低，有利于促进晶界扩散；其五：复合中重稀土中以中稀土Nd/Pr为主，重稀土Dy/Tb为辅，这既是从饱和磁化强度考虑，也是从原料成本上考虑，但Nd、Pr可以单独也可联合配伍，Dy、Tb可以单独也可联合配伍。本专利技术的优点如下：1.La,Ce等高丰度稀土替代Nd/Pr，可大幅降低稀土永磁材料的生产成本；2.La,Ce等高丰度稀土替代Nd/Pr，可促进稀土资源的平衡利用；3.高丰度稀土永磁材料晶界扩渗少量低熔点复合稀土－铜铝合金，既改善了晶界相的分布提高去磁耦合作用，又改善了内禀性能，磁性能特别是矫顽力提升效果显著；4.高丰度稀土永磁材料晶界扩渗少量低熔点复合中重稀土－铜铝合金，可以提高重稀土Dy/Tb提高矫顽力的效率，是制备高性价比稀土永磁材料的有效途径。具体实施方式实施例一：的N38磁体(Ce占稀土含量20％重量分数)晶界扩
渗(Pr75Dy25)80(Al20Cu80)20(重量分数)选择N38商用磁体(Ce占稀土含量的20％重量分数)，加工成尺寸为的样品。通过速凝工艺制备厚度为(Pr75Dy25)80(Al20Cu80)20薄带，直接覆盖在N38磁体的上下表面并置于料舟内，将料舟置于炉内，抽真空至(3－5)×10-3Pa，开始快速加热至860℃，保温5h，再经过470℃/2h真空退火热处理。磁体矫顽力从晶界扩渗前的不到11.0kOe提高到扩渗后的近17.0kOe，而剩磁几乎不下降，组织观察表明，晶界相的分布更加均匀，基本呈薄层状分布，有效地阻碍了相邻晶粒间的交换耦合作用，同时晶界附近的稀土元素扩散也改善了2:14:1相的内禀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法，其特征是对高丰度稀土永磁材料晶界扩渗复合中重稀土－铜铝合金，扩渗源成份为(NdxPr100‑x)a(DyyTb100‑y)b(AlzCu100‑z)100‑a‑b(x＝0‑100,y＝0‑100,z＝5‑30；a+b＝60‑90,a>b≥5，重量分数)；具体工艺步骤是：a.真空熔炼扩渗源合金并制成薄带或粉末；b.将扩渗源合金附着在高丰度稀土永磁体表面；c.进行真空扩渗处理；d.进行退火热处理；e.得到高性能高丰度稀土永磁体。

【技术特征摘要】
1.一种提高高丰度稀土永磁材料磁性能的制备方法，其特征是对高丰度稀土永磁材料晶界扩渗复合中重稀土－铜铝合金，扩渗源成份为(NdxPr100-x)a(DyyTb100-y)b(AlzCu100-z)100-a-b(x＝0-100,y＝0-100,z＝5-30；a+b＝60-90,a>b≥5，重量分数)；具体工艺步骤是：a.真空熔炼扩渗源合金并制成薄带或粉末；b.将扩渗源合金附着在高丰度稀土永磁体表面；c.进行真空扩渗处理；d.进行退火热处理；e.得到高性能高丰度稀土永磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：包小倩，高学绪，汤明辉，卢克超，孙璐，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11