一种具有多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料及其制备制造技术

本发明专利技术公开了一种具有多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料及其制备方法，将CexFe101‑x‑y‑zByMz磁粉与(PraNd1‑a)bFe100‑b‑c‑dBcMd粉末按质量比为20‑80：20‑80均匀混合，通过放电等离子烧结技术制备得到具有多主相结构的纳米晶复合永磁材料，其中：CexFe101‑x‑y‑zByMz磁粉，其中M为Cu、Al、Ga、Nb、Zr、Hf元素中的一种或多种，11≤x≤20，3≤y≤10，0≤z≤3；(PraNd1‑a)bFe100‑b‑c‑dBcMd磁粉，其中M为Cu、Al、Ga、Nb、Zr、Hf元素中的一种或多种，0≤a≤1，10≤b≤20，3≤c≤10，0≤d≤3。本发明专利技术利用具有硬磁性能的快淬合金粉末，改善了永磁体的微观结构、磁性能和耐腐蚀性能，充分利用了高丰度稀土元素Ce，得到了具有多主相结构的纳米晶复合永磁材料。此外，本发明专利技术还具有烧结时间短，工艺流程简单的特点，有效促进了稀土资源的高效平衡利用。

Nanocrystalline rare-earth permanent magnetic material with multi master structure and its preparation

The invention discloses a nanocrystalline composite rare earth permanent magnet material with multi-main phase structure and a preparation method thereof. The CexFe101_x_y_zByMz magnetic powder is homogeneously mixed with (PraNd1_a) bFe100_b_c_dBcMd powder according to the mass ratio of 20_80:20, and the nanocrystalline composite rare earth permanent magnet material with multi-main phase structure is prepared b y spark plasma sintering technology. Among them: CexFe101_x_y_zByMz magnetic powder, M is one or more of the elements of Cu, Al, Ga, Nb, Zr and Hf, 11 < x < 20, 3 < y < 10, 0 < Z < 3; (PraNd1_a) bFe100_b C dBcMd magnetic powder, in which M is one or more of the elements of Cu, Al, Ga, Nb, Zr, Hf, 0 < 1, 0 < 1, 0 < 1, 0 < 1. Less than B or less than 20, 3 or less than C, 10, 0 or less than D 3. The invention improves the microstructure, magnetic properties and corrosion resistance of the permanent magnet by using the rapidly quenched alloy powder with hard magnetic properties. The nanocrystalline composite permanent magnet material with multi-main phase structure is obtained by fully utilizing the high abundance rare earth element Ce. In addition, the invention has the advantages of short sintering time and simple process flow, and effectively promotes the efficient and balanced utilization of rare earth resources.

【技术实现步骤摘要】
一种具有多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料及其制备
本专利技术属于稀土永磁材料领域，特别提供一种具有多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料及其制备方法。
技术介绍
Nd2Fe14B类稀土永磁材料由于其优异的磁性能，被广泛的应用于风力发电、消费类电子、医疗器械、新能源汽车、航空航天、轨道交通等领域。钕铁硼(Nd-Fe-B)磁体的广泛应用促使全球对中低丰度稀土元素钕、镨、镝、铽的需求猛增。钕铁硼磁体中稀土金属含量约为31wt.％，伴随着钕铁硼市场的高速增长，全球对钕铁硼的主要原料稀土金属钕、镨、镝、铽的需求也在强劲增长。稀土需求量的猛增导致了关键稀土元素价格的大幅波动，对钕铁硼制造企业和下游应用产业造成巨大压力。一方面，Nd-Fe-B基永磁材料强烈依赖于Nd、Pr和Dy等贵重稀土资源，其中Nd、Pr使用量占据稀土总量的70wt.％以上，消耗巨大；另一方面，以Ce为主的高丰度稀土元素在稀土永磁中未获得大量应用，长期处于供过于求的市场积压状态，造成稀土资源的严重不平衡利用。纳米晶磁体所特有的微观结构特点及较强的晶间交换耦合作用，使得其温度稳定性和断裂韧性要好于传统烧结磁体和粘结磁体。一般而言，多主相结构磁体具有比单主相结构磁体更优异的磁性能。因此，具有多主相结构的含Ce磁体的开发可充分利用高丰度稀土Ce，降低磁体成本，提高永磁体性价比，也可实现稀土资源的高效平衡利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于充分利用高丰度稀土Ce，并通过双合金技术，获得纳米晶复合磁体的多主相结构，从而进一步提高磁体磁性能。本专利技术技术方案如下：一种具有多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料，其特征在于：将具有硬磁性能的CexFe101-x-y-zByMz磁粉与(PraNd1-a)bFe100-b-c-dBcMd粉末按质量比为20-80：20-80均匀混合，通过放电等离子烧结技术制备得到具有多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料，其中：CexFe101-x-y-zByMz磁粉，其中M为Cu、Al、Ga、Nb、Zr、Hf元素中的一种或多种，11≤x≤20，3≤y≤10，0≤z≤3；(PraNd1-a)bFe100-b-c-dBcMd磁粉，其中M为Cu、Al、Ga、Nb、Zr、Hf元素中的一种或多种，0≤a≤1，10≤b≤20，3≤c≤10，0≤d≤3。其中：CexFe101-x-y-zByMz磁粉中部分Fe元素可由Co替代；(PraNd1-a)bFe100-b-c-dBcMd磁粉中部分Fe元素可由Co替代，部分Pr、Nd元素可由Dy、Tb、Ho、Gd中的一种或多种替代。本专利技术还提供了所述多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料的制备方法，其特征在于：通过放电等离子烧结技术制备所述纳米晶复合稀土永磁材料，放电等离子烧结前及整个烧结过程真空度小于10Pa，烧结温度为600～850℃，烧结压力为20～100MPa，烧结时间为0～20min。制备所得磁体中存在三个居里温度转变点，即磁体中存在三主相，通过改变两种粉末的质量百分比，可以实现调控磁体居里温度的目的。同时，所得磁体中主相晶粒尺寸在纳米级别。本专利技术所述多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：①、将元素Ce、Fe、B、M按照CexFe101-x-y-zByMz配比，成分中部分Fe元素也可由Co元素取代；将配好的原材料放入电弧炉中，在氩气气氛下进行熔炼得到母合金铸锭，并通过熔体快淬的方式制备得到快淬合金带材，在气氛保护下将合金带破碎成粉末；②、将元素Pr、Nd、Fe、B、M按照(PraNd1-a)bFe100-b-c-dBcMd配比，成分中部分Pr、Nd元素可由Dy、Tb、Ho、Gd替代，部分Fe元素可由Co替代；将配好的原材料放入电弧炉中，在氩气气氛下进行熔炼得到母合金铸锭，并通过熔体快淬的方式制备得到快淬合金带材，在气氛保护下将合金带破碎成粉末；③、将CexFe101-x-y-zByMz粉末和(PraNd1-a)bFe100-b-cBcMd粉末按质量比为20-80：20-80均匀混合，倒入石墨模具中，通过放电等离子烧结设备制成具有双主相结构的纳米晶磁体。烧结温度为600～850℃，烧结压力为20～100MPa，烧结时间为0～20min。一般而言，双主相结构磁体是利用两种具有硬磁性能的粉料获得，本专利技术通过两种具有硬磁性能的粉料混合，采用放电等离子快速烧结技术制备得到了纳米晶型三主相复合永磁体。磁体中同时存在三个不同成分的RE2Fe14B主相，通过控制低熔点稀土合金的添加种类和添加量，实现磁体居里转变点的可控调整，且各居里温度之间差别较大。本专利技术具有烧结时间短，工艺流程简单的特点，有效促进了稀土资源的高效平衡利用。附图说明图1为纳米晶复合永磁体M-T曲线。图2为纳米晶复合永磁体透射电镜形貌图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述，但本专利技术不限于这些实施例，以下实施例只为说明目的，不应当被用来限制本专利技术以及权利要求的范围。实施例1将元素Ce、Fe、B、Nb、Cu、Ga、Co按照Ce17Fe74.5Co2B6Nb0.5Cu0.5Ga0.5配比，将配好的原材料放入电弧炉中，在氩气气氛下进行熔炼得到母合金铸锭，通过甩带机制备得到快淬合金带材，其中辊速为19m/s，在氩气保护下将合金带破碎成粉末；将元素Pr、Nd、Fe、B、Hf按照(Pr0.2Nd0.8)13Fe80.5B6Hf0.5配比，将配好的原材料放入电弧炉中，在氩气气氛下进行熔炼得到母合金铸锭，并通过熔体快淬的方式制备得到快淬合金带材，其中甩带机辊速为18m/s，在氩气保护下将合金带破碎成粉末；在氩气保护下将Ce17Fe74.5Co2B6Nb0.5Cu0.5Ga0.5粉末和(Pr0.2Nd0.8)13Fe80.5B6Hf0.5粉末按质量比80：20均匀混合。将混合粉末倒入石墨模具中，通过放电等离子烧结设备快速烧结制得磁体。烧结前及整个烧结过程真空度小于10Pa，烧结温度为660℃，烧结压力为50MPa，烧结时间为5min。图1为磁体M-T曲线。从图中可以看出，磁体中存在三个居里转变点，分别为Tc1＝441K，Tc2＝493K，Tc3＝580K，表明磁体中存在三个硬磁主相，具有三主相结构。图2为磁体内部透射电镜形貌图。可以看出，磁体晶粒尺寸在纳米级别。对比例1将元素Ce、Fe、B、Nb、Cu、Ga、Co按照Ce17Fe74.5Co2B6Nb0.5Cu0.5Ga0.5配比，将配好的原材料放入电弧炉中，在氩气气氛下进行熔炼得到母合金铸锭，通过甩带机制备得到快淬合金带材，其中辊速为19m/s，在氩气保护下将合金带破碎成粉末；将Ce17Fe74.5Co2B6Nb0.5Cu0.5Ga0.5粉末倒入石墨模具中，通过放电等离子烧结设备快速烧结制得磁体。放电等离子烧结前及整个烧结过程真空度小于10Pa，烧结温度为650℃，烧结压力为50MPa，烧结时间为2min。磁体中存在1个居里转变点，为Tc＝443K，表明磁体中仅存在着一个主相。对比例2将元素Pr、Nd、Fe、B、Hf按照(Pr0.2Nd0.8)13Fe80.5B6Hf0.5配比，将配好的原材料放入电弧炉中，在氩气气氛下进行熔炼得到母合金铸锭，通过甩带机制备得到快淬合金带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料，其特征在于：将CexFe101‑x‑y‑zByMz磁粉与(PraNd1‑a)bFe100‑b‑c‑dBcMd粉末按质量比为20‑80：20‑80均匀混合，通过放电等离子烧结技术制备得到具有多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料，其中：CexFe101‑x‑y‑zByMz磁粉，其中M为Cu、Al、Ga、Nb、Zr、Hf元素中的一种或多种，11≤x≤20，3≤y≤10，0≤z≤3；(PraNd1‑a)bFe100‑b‑c‑dBcMd磁粉，其中M为Cu、Al、Ga、Nb、Zr、Hf元素中的一种或多种，0≤a≤1，10≤b≤20，3≤c≤10，0≤d≤3。

【技术特征摘要】
1.一种具有多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料，其特征在于：将CexFe101-x-y-zByMz磁粉与(PraNd1-a)bFe100-b-c-dBcMd粉末按质量比为20-80：20-80均匀混合，通过放电等离子烧结技术制备得到具有多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料，其中：CexFe101-x-y-zByMz磁粉，其中M为Cu、Al、Ga、Nb、Zr、Hf元素中的一种或多种，11≤x≤20，3≤y≤10，0≤z≤3；(PraNd1-a)bFe100-b-c-dBcMd磁粉，其中M为Cu、Al、Ga、Nb、Zr、Hf元素中的一种或多种，0≤a≤1，10≤b≤20，3≤c≤10，0≤d≤3。2.按照权利要求1所述多主相结构的纳米晶复合稀土永磁材料，其特征在于：CexFe101-x-y-zByMz磁粉中部分Fe元素由Co替代。3.按照权利要求1所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：江庆政，钟震晨，曾庆文，雷伟凯，SU雷曼，何伦可，刘仁辉，钟明龙，马胜灿，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36