一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法技术

本发明专利技术公开一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法，该方法优化高丰度稀土RE’‑Fe‑B合金和(Nd,Pr)‑Fe‑B合金的成分设计，使得高丰度稀土RE’‑Fe‑B合金的稀土含量较低，(Nd,Pr)‑Fe‑B合金稀土含量较高。由于高丰度稀土RE’‑Fe‑B合金中Ce等元素含量较低，在烧结过程中Ce等元素的扩散替代Nd‑Pr的程度降低，(Nd,Pr)‑Fe‑B合金相能保持高磁晶各向异性场，在保持较高矫顽力的同时可适当提高高丰度稀土元素的总含量，降低Nd、Pr等低丰度稀土元素的用量，从而显著降低原材料和生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法
本专利技术涉及一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法，属于稀土永磁材料制备领域。
技术介绍
稀土永磁体(Nd,Pr)-Fe-B具有高剩磁、高矫顽力、高磁能积，成为现代科学技术特别是计算机、航空航天、交通运输、清洁能源等领域不可缺少的关键材料，得到广泛应用，推动了相关产业的发展。但稀土元素是重要的战略资源，其节约和合理利用成为国家和产业界非常关注的问题。在稀土矿中，Nd、Pr丰度低，含量较少，价格高；Ce、La、Y的丰度高，含量大，价格便宜。(Nd,Pr)-Fe-B永磁材料的大量生产和广泛应用致使Nd、Pr大量消耗，同时造成Ce、La、Y高丰度廉价稀土元素积压未被利用，而且稀土矿的开采利用加重了环境保护的压力。减少稀土的用量、采用高丰度稀土元素替代Nd和Pr元素、降低磁体的生产成本成为稀土永磁材料产业界亟需解决的问题。采用Ce等高丰度稀土元素部分取代Nd制备成(Ce,Nd)-Fe-B烧结磁体，但由于Ce2Fe14B等高丰度稀土磁体的磁晶各向异性场很低，Ce元素取代Nd严重降低了主相的磁晶各向异性场，磁体矫顽力显著降低。在烧结磁体中要获得较高的矫顽力Ce等高丰度稀土元素不超过稀土总重量的40wt%。在公布号为CN102436892A的中国专利中，钢铁研究总院将(Ce,Nd)-Fe-B合金和Nd-Fe-B合金粉末混合制备成双主相磁体，利用Nd-Fe-B合金高磁晶各向异性场提高高丰度稀土磁体的矫顽力，当Ce含量不高于稀土总重量40wt%时磁体矫顽力还可能不明显下降。但由于在烧结过程中(Ce,Nd)-Fe-B合金中Ce元素会向Nd-Fe-B相中扩散替代Nd，从而会明显降低Nd-Fe-B相的磁晶各向异性场，因此磁体矫顽力提高程度是有限的；增加Ce等高丰度稀土元素的含量，降低Nd的含量，磁体矫顽力显著降低。在公布号为CN103123839A的中国专利中，浙江大学在[(NdaRE1-a)1-xCex)]hFe100-h-i-jMiBj合金中添加晶间相辅合金，磁体的矫顽力能得到提高。由于辅合金中稀土元素的含量很高，磁体的稀土用量增大，剩磁会下降，而且为使磁体具有较高的矫顽力高丰度稀土元素占总稀土的含量比较低，磁体原材料成本下降程度是有限的。在公布号为CN103794323A的中国专利中，浙江大学将低磁晶各向异性场的高丰度稀土(RE100-aMMa)-Fe-B合金和高磁晶各向异性场的Nd-Fe-B合金混合，再混入晶间改性相，磁体的性能得到提高。但该专利并没有明确的方法控制两种合金中稀土元素的扩散，而且为提高矫顽力需要加入晶间改性相，晶间改性相是富稀土合金，其添加也增加了磁体中稀土元素的总含量，制备的磁体高丰度稀土元素占总稀土的含量难以提高，高丰度稀土元素利用率和磁体原材料成本的降低是有限的。要提高高丰度稀土元素占总稀土的含量，同时使磁体具备较高的矫顽力等磁性能，需要对高丰度稀土永磁材料的制备工艺和方法进一步探索。稀土元素的扩散程度和元素含量浓度有关，传统双主相磁体采用将含Ce的RE’-Fe-B合金和Nd-Fe-B合金混合，两种合金中的稀土含量相差不大甚至是相等的，因此Ce和Nd相互扩散。如果能抑制RE’-Fe-B合金中高丰度稀土Ce元素向Nd-Fe-B合金中扩散取代Nd，Nd-Fe-B相的磁晶各向异性场就不会显著下降，磁体的矫顽力能保持在较高水平，这样可更大限度地提高Ce等高丰度稀土元素的含量，价格较昂贵的稀土元素Nd-Pr用量降低，磁体性价比会显著提高。
技术实现思路
本专利技术需要解决的问题就在于克服稀土元素扩散造成(Nd,Pr)-Fe-B相磁晶各向异性场显著降低的不足，提供一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法。它适度降低高丰度稀土RE’-Fe-B合金中稀土含量，提高(Nd,Pr)-Fe-B合金中稀土含量。由于高丰度稀土RE’-Fe-B合金中稀土含量低，接近RE2Fe14B的正分含量，因此结构很稳定，高丰度稀土Ce等元素向晶间液相扩散的可能性降低，难以向(Nd,Pr)-Fe-B合金中扩散替代Nd-Pr，因而(Nd,Pr)-Fe-B相高磁晶各向异性场得到保持。同时由于(Nd,Pr)-Fe-B合金中稀土元素含量相对较高，Nd-Pr会向晶间液相扩散，也可取代RE’-Fe-B相晶粒边界高丰度稀土Ce等元素，提高RE’-Fe-B相晶粒边界的磁晶各向异性场。综合上面两种因素，(Nd,Pr)-Fe-B相高磁晶各向异性场得到保持，RE’-Fe-B相晶粒表层磁晶各向异性场得到提高，磁体矫顽力可显著增强，这样可增加高丰度稀土元素在稀土总量中的比重，降低Nd-Pr的用量，提高磁体的性价比。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了如下技术方案：1)将高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末和(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末混合制备永磁材料，高丰度稀土合金RE’-Fe-B化学式按原子百分比为RE’a1Fe100-a1-b-cBbMc，合金(Nd,Pr)-Fe-B化学式按原子百分比为(Pr,Nd)a2Fe100-a2-b-cBbMc，其中11≤a1≤13，15≤a2≤20，5≤b≤9，0≤c≤15，而且a2-a1≥3。2)RE’选自稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc，至少包含高丰度稀土元素Ce、La、Y中的一种或几种，或者包含混合稀土；包含的高丰度稀土元素Ce、La、Y的总含量大于合金RE’-Fe-B中稀土总重量的50wt%。化学式中元素M为添加元素，为Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、Nb、Mo、Ti、Zr、V、Cr、Mn、C、Si、P、S、Ge、Se、Sn、Ta、Pb中的一种或几种。合金RE’-Fe-B和合金(Nd,Pr)-Fe-B主相均为RE2Fe14B。3)(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末比高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末颗粒细；(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末颗粒通过气流磨或通过球磨方法获得，粉末颗粒平均尺寸低于2μm。4)将高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末和(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末按一定比例混合，其中高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末不低于混合后粉末总重量的60wt%，(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末含量不高于混合后粉末总重量的40wt%。5)将高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末和(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末混合时，还可加入其它合金或金属粉末，但其它合金或金属粉末的加入量不高于混合物总重量的20wt%。6)其它合金或金属粉末，包含稀土元素RE、Fe、B、M的一种或几种。RE选自稀土元素，M为Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、Nb、Mo、Ti、Zr、V、Cr、Mn、C、Si、P、S、Ge、Se、Sn、Ta、Pb中的一种或几种，粉末可通过对熔炼的金属和合金进行氢破碎和气流磨或球磨方法获得。本专利技术同时提供了一种所述的高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末和(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末混合制备永磁材料的制备方法：按照成分设计要求对原料进行称重配料，配制至少两种合金，即高丰度稀土合金RE’-Fe-B和合金(Nd,Pr)-Fe-B，其中稀土元素按过量5wt%配料，以补充后续工艺稀土元素的挥发。将配好的原料放入中频感应速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法，将高丰度稀土RE’‑Fe‑B合金粉末和(Nd,Pr)‑Fe‑B合金粉末混合制备永磁材料，其特征在于：RE’‑Fe‑B合金中稀土原子百分含量远低于(Nd,Pr)‑Fe‑B合金稀土原子百分含量，(Nd,Pr)‑Fe‑B合金粉末颗粒平均尺寸低于2μm。

【技术特征摘要】
1.一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法，将高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末和(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末混合制备永磁材料，其特征在于：RE’-Fe-B合金中稀土原子百分含量远低于(Nd,Pr)-Fe-B合金稀土原子百分含量，(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末颗粒平均尺寸低于2μm。2.如权利要求1所述一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法，其特征在于：高丰度稀土合金RE’-Fe-B化学式按原子百分比为RE’a1Fe100-a1-b-cBbMc，合金(Nd,Pr)-Fe-B化学式按原子百分比为(Nd,Pr)a2Fe100-a2-b-cBbMc，其中11≤a1≤13，15≤a2≤20，5≤b≤9，0≤c≤15，a2-a1≥3；RE’选自稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc，且至少包含高丰度稀土元素Ce、La、Y中的一种或几种；所包含的高丰度稀土元素Ce、La、Y的总含量大于合金RE’-Fe-B中稀土总重量的50wt%；元素M为添加元素，为Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、Nb、Mo、Ti、Zr、V、Cr、Mn、C、Si、P、S、Ge、Se、Sn、Ta、Pb中的一种或几种；合金RE’-Fe-B和合金(Nd,Pr)-Fe-B的主相均为RE2Fe14B。3.如权利要求2所述一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法，其特征在于：(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末比高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末颗粒细，(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末颗粒通过气流磨或通过球磨方法获得。4.如权利要求3所述一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法，其特征在于：将高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末和(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末按一定比例混合，其中，高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末含量不低于混合后粉末总重量的60wt%，(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末含量不高于混合后粉末总重量的40wt%。5.如权利要求4所述一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法，其特征在于：将高丰度稀土RE’-Fe-B合金粉末和(Nd,Pr)-Fe-B合金粉末混合时，还可加入其它合金或金属粉末，但其它合金或金属粉末的加入量不高于混合物总重量的20wt%。6.如权利要求5所述一种利用高丰度稀土元素制备永磁材料的方法，，其特征在于：所述其它合金或金属粉末包含RE、Fe、B、M的一种或几种，RE选自稀土元素，M为Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、Nb、Mo、Ti、Zr、V、Cr、Mn、C、Si、P、S、Ge、Se、Sn、Ta、Pb中的一种或几种；粉末可通过熔炼，氢破碎，然后气流磨或球磨方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柱柏，张雪峰，张志新，马强，刘艳丽，李永峰，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15