一种钕铁硼永磁材料及其制备方法和电机技术

本发明专利技术提供了一种钕铁硼永磁材料，其含有钕铁硼主体合金和添加剂，所述添加剂含有稀土钴金属间化合物、氮化物和碳化物。本发明专利技术还提供了一种制备钕铁硼永磁材料的方法，该方法包括下述步骤：(1)将钕铁硼主体合金与添加剂混合，在磁场取向条件下压制成型，得到坯件；所述添加剂含有稀土钴金属间化合物、氮化物和碳化物；(2)将所述坯件在真空或惰性气体保护下进行烧结和回火。本发明专利技术还提供了包括如上所述的钕铁硼永磁材料的电机，该电机包括如上所述的钕铁硼永磁材料。通过上述技术方案，本发明专利技术能够在保持剩磁和磁能积基本不变的情况下，使钕铁硼永磁材料既具有改善的力学性能又具有提高的常温矫顽力及高温磁性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钕铁硼永磁材料及其制备方法和电机
本专利技术涉及材料
，具体地，涉及一种钕铁硼永磁材料、一种制备钕铁硼永磁材料的方法、该方法制备得到的钕铁硼永磁材料和一种电机。
技术介绍
钕铁硼永磁材料因其较低的成本和优异的磁性能，从1983年诞生以来得到了迅速的发展，其应用普及到航天航海、能源、医疗卫生、计算机、通讯和汽车工业等领域。高性能的钕铁硼永磁材料可以作为制造新能源汽车的动力电机和特种电机的转子/定子的主要材料。由于钕铁硼永磁材料具有体积小、磁性能高的优点，所以使用钕铁硼永磁材料的电机相对于铁氧体永磁电机体积可减小1/2，重量减少60％，而功率却能提高40％。因此，钕铁硼永磁材料已成为人们日常生活中不可缺少的磁性材料，特别是计算机、通讯等设备的普及和汽车用电机的高速发展，使其应用前景更加广阔。钕铁硼永磁材料是以Nd2Fe14B金属间化合物为基体的合金，金属间化合物普遍具有晶体结构复杂，滑移系少等特点，由此导致其韧塑性较差。这种材料的脆性，导致机械加工困难，在生产和使用过程中常出现剥落、掉边角、开裂等问题，并且其在抗震抗冲击要求较高场合的应用受到限制。钕铁硼永磁材料的居里温度低，温度系数大的缺点也严重限制了它在高温场合下的应用。改善钕铁硼永磁材料的高温性能的方法主要是通过提高矫顽力来实现，具体地，通过复合添加Co、Cu、Al能提高烧结钕铁硼磁体的居里温度和矫顽力，由此改善磁体的热稳定性，但添加上述元素都会导致磁体剩磁和磁能积的下降。随着钕铁硼永磁材料的应用范围日益增加，其综合性能，如室温磁性能、热稳定性、力学性能等的要求越来越高。钕铁硼永磁材料的热稳定性与晶间显微组织密切相关，晶界富Nd相是钕铁硼永磁材料获得高矫顽力的关键。然而富Nd相本身是力学弱化相，是磁体的最薄弱环节，因此钕铁硼永磁材料容易从晶界富Nd相处断裂，这是烧结钕铁硼磁体发生脆性断裂的主要原因。所以，提高晶界的强度和韧性应为改善烧结钕铁硼磁体力学性能的基本方法。大量研究表明，通过单合金法，即在钕铁硼永磁材料中添加合金元素，可以进一步提高矫顽力和力学强度。其主要原因是这类元素在晶间形成一些新相和改善边界结构。但是单合金法添加合金元素往往在熔炼合金前加入，合金元素不但进入晶间，也进入主相。因而提高矫顽力也伴随着剩磁和磁能积的降低。为了有效改善钕铁硼永磁材料的综合性能，控制合金元素在磁体中的合理分布非常重要。经过大量研究发现，双合金法可以针对性的控制晶界相的特性，使边界结构得到明显的改善。双合金法中，将主相与晶界相按一定配比烧结，晶界的复合添加可以改善晶界组织和结构特别是晶粒边缘区域。由此既保证Nd2Fe14B晶粒周围都有富Nd相隔离，又降低富Nd相在主相中的析出和晶界交隅处的团聚，因而磁体既有较高的矫顽力和热稳定性，又具有较高的力学性能。但是，已有的钕铁硼磁性材料还需在剩磁和磁能积保持不变的情况下，进一步同时提高矫顽力、热稳定性和力学性能。例如，专利文献CN201110161367.8公布了一种稀土氟化物纳米颗粒掺杂制备高矫顽力钕铁硼磁体的制备方法。采用在微粉时添加稀土氟化物纳米粉末颗粒入母粉中，与同样成分的单一合金相比性能得到提高，但是矫顽力提高幅度任然不足。又例如，专利文献CN201210266800.9公布了一种纳米增韧钕铁硼磁性材料及制备方法，其中提到在钕铁硼晶界上形成纳米复合物晶界相，实现无重稀土掺杂利用M、H档制备SH档稀土永磁材料，其中的纳米添加剂包括Al、Cu、Cr、Fe、Zn、Nb、Co、Ga组成的合金；在烧结过程中，纳米粉与主相形成了晶界，大幅度提高了矫顽力，同时产品的机械加工性能也得到改善，但是该钕铁硼磁性材料力学性能仍有待提高。
技术实现思路
为了在剩磁和磁能积保持不变的情况下，进一步同时提高钕铁硼永磁材料的矫顽力、热稳定性和力学性能，本专利技术提供了一种钕铁硼永磁材料、一种制备钕铁硼永磁材料的方法、该方法制备得到的钕铁硼永磁材料和一种电机。本专利技术的专利技术人发现，使用特定的添加剂来制备钕铁硼永磁材料，能够使钕铁硼永磁材料的边界结构和组织都得到了明显的改善，从而使钕铁硼永磁材料在剩磁和磁能积保持不变的情况下，既具有良好的矫顽力和高温性能，又具有提高的力学性能，由此得到了本专利技术。一方面，本专利技术提供了一种钕铁硼永磁材料，该钕铁硼永磁材料含有钕铁硼主体合金和添加剂，其中，所述添加剂含有稀土钴金属间化合物、氮化物和碳化物；相对于100重量份的所述钕铁硼主体合金，所述稀土钴金属间化合物的含量为0.005-5重量份，所述氮化物的含量为0.005-3重量份，所述碳化物的含量为0.005-2重量份。另一方面，本专利技术还提供了一种制备钕铁硼永磁材料的方法，其中，该方法包括下述步骤：(1)将钕铁硼主体合金与添加剂混合，在磁场取向条件下压制成型，得到坯件；所述添加剂含有稀土钴金属间化合物、氮化物和碳化物；(2)将所述坯件在真空或惰性气体保护下进行烧结和回火；其中，相对于100重量份的所述钕铁硼主体合金，所述稀土钴金属间化合物的用量为0.005-5重量份，所述氮化物的用量为0.005-3重量份，所述碳化物的用量为0.005-2重量份。另一方面，本专利技术还提供了根据如上所述的方法制备得到的钕铁硼永磁材料。再一方面，本专利技术还提供了一种电机，其中，该电机包括如上所述的钕铁硼永磁材料。通过上述技术方案，本专利技术能够在保持剩磁(Br)和磁能积(BH)max基本不变的情况下，使钕铁硼永磁材料既具有改善的力学性能又具有提高的常温矫顽力及高温磁性能。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。一方面，本专利技术提供了一种钕铁硼永磁材料，该钕铁硼永磁材料含有钕铁硼主体合金和添加剂，其中，所述添加剂含有稀土钴金属间化合物、氮化物和碳化物；相对于100重量份的所述钕铁硼主体合金，所述稀土钴金属间化合物的含量为0.005-5重量份，所述氮化物的含量为0.005-3重量份，所述碳化物的含量为0.005-2重量份。其中，稀土钴金属间化合物主要分布在晶粒边界，使得主相晶粒表面的结晶磁各向异性增高，反磁畴的生成被抑制，整个磁体的矫顽力都得到有效提高，并且改善了磁体的高温磁性能。其中，添加氮化物到烧结钕铁硼永磁材料中可以添补制备过程中存在的气孔和缺陷，增加磁体的致密性和连续性。从而提高磁体的力学性能。对于脆性材料，添加的颗粒能抑制裂纹的扩展和传播，相当于补强增韧，这与复合材料中颗粒增强作用相似。所述氮化物位于晶粒边界处，改善晶界的均匀性，细化晶粒，钉扎晶界，抑制反磁化畴生成，可明显提高钕铁硼磁体的力学性能和矫顽力及高温磁性能。其中，纳米碳化物可以使得晶粒生长过程中对烧结温度的影响不敏感，在经过相对较长时间的烧结后，能使不同烧结位置的钕铁硼永磁材料的磁性能差异减小，磁体中晶界相的分布更加均匀，从而基本上消除了主相晶粒直接接触的现象，使晶粒的不规则长大得到了抑制，从而阻碍主相晶粒长大，阻止反磁化畴的形核和长大，同时减少主相晶粒间的直接接触，减小了主相晶粒间的交换耦合作用，从而有效的提高钕铁硼永磁材料的力学性能和磁性能。本专利技术的含有稀土钴金属间化合物、氮化物和碳化物的添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钕铁硼永磁材料，该钕铁硼永磁材料含有钕铁硼主体合金和添加剂，其特征在于，所述添加剂含有稀土钴金属间化合物、氮化物和碳化物；相对于100重量份的所述钕铁硼主体合金，所述稀土钴金属间化合物的含量为0.005‑5重量份，所述氮化物的含量为0.005‑3重量份，所述碳化物的含量为0.005‑2重量份。

【技术特征摘要】
1.一种钕铁硼永磁材料，该钕铁硼永磁材料含有钕铁硼主体合金和添加剂，其特征在于，所述添加剂含有稀土钴金属间化合物、氮化物和碳化物；相对于100重量份的所述钕铁硼主体合金，所述稀土钴金属间化合物的含量为0.005-5重量份，所述氮化物的含量为0.005-3重量份，所述碳化物的含量为0.005-2重量份。2.根据权利要求1所述的钕铁硼永磁材料，其中，相对于100重量份的所述钕铁硼主体合金，所述稀土钴金属间化合物的含量为0.01-2.5重量份，所述氮化物的含量为0.01-1.6重量份，所述碳化物的含量为0.01-1重量份。3.根据权利要求2所述的钕铁硼永磁材料，其中，相对于100重量份的所述钕铁硼主体合金，所述稀土钴金属间化合物的含量为1.5-2重量份，所述氮化物的含量为0.8-1.5重量份，所述碳化物的含量为0.5-0.8重量份。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的钕铁硼永磁材料，其中，所述稀土钴金属间化合物的平均粒径为0.5-6μm；所述氮化物的平均粒径为5-40nm；所述碳化物的平均粒径为10-100nm。5.根据权利要求4所述的钕铁硼永磁材料，其中，所述稀土钴金属间化合物的平均粒径为1-3μm；所述氮化物的平均粒径为10-30nm；所述碳化物的平均粒径为30-80nm。6.根据权利要求1-3和5中任意一项所述的钕铁硼永磁材料，其中，所述稀土钴金属间化合物为RCo5稀土钴金属间化合物、R2Co17稀土钴金属间化合物和RCo7稀土钴金属间化合物中的至少一种；所述氮化物选自金属氮化物和/或非金属氮化物；所述碳化物选自金属碳化物和/或非金属碳化物。7.根据权利要求6所述的钕铁硼永磁材料，其中，R选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的至少一种，所述氮化物选自AlN3、TiBN、Mg2N3、Ga3N2、ZrN、GeN、SiBN、VN、BN和TiN中的至少一种；所述碳化物选自TaC、NbC、V2C5、CrC、WC、TiC、NiC、HfC、SiC、BC和Al2C3中的至少一种。8.根据权利要求1-3、5和7中任意一项所述的钕铁硼永磁材料，其中，所述添加剂均匀分散于所述钕铁硼主体合金中，所述钕铁硼主体合金具有式(1)所示的组成：Ra(Fe1-xCox)100-a-b-cMcBb式(1)其中，a、b、c和x各自表示重量百分数，26≤a≤35；0.9≤b≤1.3；0≤c≤1.5；0≤x≤10；R选自Pr、Nd、La、Ce、Gd、Dy、Tb和Ho中的至少一种；M选自Al、Cu、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Mn、Nb、Sn、Mo、Ga和Si中的至少一种。9.一种制备钕铁硼永磁材料的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)将钕铁硼主体合金与添加剂混合，在磁场取向条件下压制成型，得到坯件；所述添加剂含有稀土钴金属间化合物、氮化物和碳化物；(2)将所述坯件在真空或惰性气体保护下进行烧结和回火；其中，相对于100重量份的所述钕铁硼主体合金，所述稀土钴金属间化合物的用量为0.005-5重量份，所述氮化物的用量为0.005-3重量份，所述碳化物的用量为0.005-2重量份。10.根据权利要求9所述的方法，其中，相对于100重量份的所述钕铁硼主体合金，所述稀土钴金属间化合物的用量为0.01-2.5重量份，所述氮化物的用量为0.01-1.6重量份，所述碳化物的用量为0.01-1重量份。11.根据权利要求10所述的方法，其中，相...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓小霞，陈波，吴波，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44