一种具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料及其制备方法，其特征在于：将具有硬磁性能的CexFe101‑x‑y‑zByMz磁粉与无磁性的Nd70Cu30粉末按一定比例均匀混合，通过放电等离子烧结技术制备得到具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料。本发明专利技术利用具有硬磁性能的快淬合金粉和无磁性的稀土合金粉末，获得了具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料，改善了永磁体的微观结构、磁性能和耐腐蚀性能，并充分利用了高丰度稀土元素Ce。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 dual principal phase structure and preparation method thereof

The invention discloses a nanocrystalline rare earth permanent magnet material with dual main phase structure and a preparation method thereof, which is characterized in that CexFe101_x_y_zByMz magnetic powder with hard magnetic properties is uniformly mixed with non-magnetic Nd70Cu30 powder in a certain proportion, and the nanocrystalline rare earth permanent magnet material with dual main phase structure is prepared by spark plasma sintering technology. Nanocrystalline rare earth permanent magnet materials. The nanocrystalline rare earth permanent magnet material with dual main phase structure is obtained by using fast quenching alloy powder with hard magnetic properties and non-magnetic rare earth alloy powder. The microstructure, magnetic properties and corrosion resistance of the permanent magnet are improved, and the high abundance rare earth element Ce is fully utilized. 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】
一种具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料及其制备方法
本专利技术属于稀土永磁材料领域，特别提供一种具有双主相结构的纳米晶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。然而，以铈(Ce)为主的高丰度稀土元素在稀土永磁中仍未获得大量应用，造成稀土资源的严重不平衡利用。从原材料成本和国家战略安全角度考虑，高性价比的高丰度稀土永磁的研究与开发势在必行。尽管Ce2Fe14B化合物的内禀磁特性劣于Nd2Fe14B化合物，但近期研究表明其仍然具有制备硬磁性能永磁材料的前景。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。因此，纳米晶钕铁硼类磁体是目前的研究热点，也是未来的发展方向。一般而言，双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，具有双主相结构的纳米晶Ce-Fe-B基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，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，并通过低熔点稀土合金的添加，实现纳米晶Ce-Fe-B基磁体的双主相结构，从而进一步提高磁体磁性能。本专利技术技术方案如下：一种具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料，其特征在于：将具有硬磁性能的CexFe101-x-y-zByMz磁粉与无磁性的Nd70Cu30粉末按质量比为70-95：5-30均匀混合，通过放电等离子烧结技术制备得到具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料；CexFe101-x-y-zByMz磁粉中，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。其中：所述CexFe101-x-y-zByMz磁粉中，部分Fe元素可由Co替代；Nd70Cu30粉末成分中的部分Nd元素可由Pr、Dy、Tb、Ho、Gd中的一种或多种替代，部分Cu元素可由Al、Ga、Zn中的一种或多种替代。本专利技术还提供了所述双主相结构的纳米晶稀土永磁材料的制备方法，其特征在于：采用放电等离子烧结技术制备所述具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料，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600～800℃，烧结压力为20～100MPa，烧结时间为0～20min。制备所得磁体中存在两个居里温度转变点，即磁体中存在双主相，通过改变Nd70Cu30粉末的成分和添加量，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，且晶界处弥散分布着尺寸为10-15nm的纳米颗粒。本专利技术所述双主相结构的纳米晶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Nd、Cu按照Nd70Cu30配比，成分中部分Nd元素可由Pr、Dy、Tb、Ho、Gd等替代，部分Cu元素可由Al、Ga、Zn等替代；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Nd70Cu30粉末按一定比例均匀混合，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600～800℃，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，本专利技术通过一种具有硬磁性能的粉料与一类非磁性的稀土合金混合，采用放电等离子快速烧结技术制备得到了纳米晶型双主相永磁体。磁体中同时存在两个不同成分的RE2Fe14B主相，通过控制低熔点稀土合金的添加种类和添加量，实现磁体第二个居里转变点的可控调整。本专利技术改善了永磁体的微观结构，磁体致密度高，耐腐蚀性能强，并充分利用了高丰度稀土元素Ce。此外，本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。附图说明图1为未添加稀土合金Ce-Fe-B基放电等离子烧结磁体M-T曲线。图2为20wt.％NdCu添加Ce-Fe-B基放电等离子烧结磁体M-T曲线。图3为放电等离子烧结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熔炼炉中，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Nd、Cu按照Nd70Cu30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30m/s，在手套箱中将合金带破碎成粉末；在氩气保护下将Ce17Fe74.5Co2B6Nb0.5Cu0.5Ga0.5粉末和Nd70Cu30粉末按质量比95：5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650℃，烧结压力为50MPa，烧结时间为2min。磁体中存在两个居里转变点，分别为Tc1＝438K，Tc2＝457K，表明磁体中存在两个硬磁主相，具有双主相结构。对比例将元素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熔炼炉中，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。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。未添加稀土合金磁体M-T曲线见图1。图1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。与实施例1比较可知，非磁性稀土合金添加后，Nd元素扩散进入了主相晶粒内部，导致双主相结构的形成。实施例2与实施例1的不同之处在于：将Ce17Fe74.5Co2B6Nb0.5Cu0.5Ga0.5粉末和Nd70Cu30粉末按质量比90：10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。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750℃，烧结压力为30MPa，烧结时间为3min。磁体中存在两个居里转变点，分别为Tc1＝439K，Tc2＝493K，表明磁体中存在两个硬磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料，其特征在于：将具有硬磁性能的CexFe101‑x‑y‑zByMz磁粉与无磁性的Nd70Cu30粉末按质量比为70‑95：5‑30均匀混合，通过放电等离子烧结技术制备得到具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料；其中CexFe101‑x‑y‑zByMz磁粉，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。

【技术特征摘要】
1.一种具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料，其特征在于：将具有硬磁性能的CexFe101-x-y-zByMz磁粉与无磁性的Nd70Cu30粉末按质量比为70-95：5-30均匀混合，通过放电等离子烧结技术制备得到具有双主相结构的纳米晶稀土永磁材料；其中CexFe101-x-y-zByMz磁粉，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。2.按照权利要求1所述双主相结构的纳米晶稀土永磁材料，其特征在于：所述CexFe101-x-y-zByMz磁粉中，部分Fe元素由Co替代。3.按照权利要求1所述双主相结构的纳米晶稀土永磁材料，其特征在于：Nd70Cu30粉末成分中的部分Nd元素由Pr、Dy、Tb、Ho、Gd中的一种或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：江庆政，钟震晨，雷伟凯，曾庆文，何伦可，SU雷曼，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