一种纳米晶钕铁硼磁体的制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及磁体制备领域，尤其涉及一种高效利用高丰度稀土元素的纳米晶钕铁硼磁体的制备工艺，其步骤主要包括：1)熔炼成分均匀的母合金；2)破碎母合金并通过甩带工艺制备带材，再次破碎成添加物粉末；3)将添加物粉末与MQ粉末混合制备各向同性磁体；4)热压制备纳米晶钕铁硼磁体。其通过有效利用La、Ce和Y等高丰度稀土元素，制备出类似La/Ce基化合物等高丰度稀土元素基化合物，同时使其在基体材料中进行原位扩散对钕铁硼磁体的永磁性能进行大幅度强化提高。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米晶钕铁硼磁体的制备工艺
本专利技术涉及磁体制备领域，尤其涉及一种高效利用高丰度稀土元素的纳米晶钕铁硼磁体的制备工艺。
技术介绍
稀土永磁材料是发展新兴产业、实施《中国制造2025》的关键功能性材料，被广泛应用于新能源、智能装备、轨道交通、电子信息等领域。目前，钕铁硼磁体在稀土永磁材料中占主要地位。随着稀土永磁电机产业的快速发展，对钕铁硼磁体的需求大幅增长，镨、钕等稀土金属的使用量和价格也随之不断攀升。稀土元素在地壳中主要以共伴生的矿物形式存在，其中镧La、铈Ce元素占70％以上，镨Pr、钕Nd元素约占20％。目前，常规的钕铁硼磁体大量使用Pr、Nd稀土元素，而La、Ce等高丰度稀土元素大量积压，导致稀土元素应用不平衡的矛盾加剧，造成了国家稀土资源的浪费。据估计，我国每年约有1万吨的La、Ce稀土产品囤积。因此，急需研发新技术、新产品，拓展稀土元素La、Ce的应用领域。目前热压热变形技术是制备各向异性纳米晶永磁体的主要途径，热变形之后辅以晶界扩散可以进一步提高磁体的矫顽力。实验中采用的扩散物多为RE70Cu30、RE70Al30和RE70Cu30(RE＝Nd、Pr和Dy)等低丰度稀土的低熔点化合物。其矫顽力增加的原理主要有三个方面：1、润滑晶界，消除界面处存在的缺陷；2、增加薄层晶界相的厚度，降低主相晶粒间的交换耦合作用；3、形成含Dy的硬磁核壳。因此，满足其中的任何一个条件都可以增加磁体的矫顽力。为降低磁体的成本，应尽量降低低丰度稀土Nd、Pr和Dy的使用。在晶界扩散磁体中，研究发现采用富Nd、Pr、Dy等低丰度稀土合金作为扩散介质，在主相晶粒表层容易形成高各向异性的壳层；但采用富La、Ce合金作为扩散介质，La、Ce元素依然倾向于停留在晶界。如果利用这一特点，将La/Ce合金作为添加物与MQ粉末混合，并进行热压热变形，在致密化的同时进行晶界扩散，通过晶界润滑结合去磁耦合作用提升磁体的矫顽力，花费较低的成本就能提升磁体的永磁性能。中国专利局于2017年6月13日公开了一种高性能永磁体制备方法及含该永磁体的真空波荡器磁结构的专利技术专利申请，申请公告号为CN106847494A，其中所述永磁体制备方法包括：S1，提供一磁化方向厚度为2.0mm-2.5mm的永磁体；S2，在所述永磁体的表面覆盖TbF3粉末后将其置于一钼金属盒内，而后对其依次进行高温晶界扩散处理及回火处理；S3，在经过所述步骤S2的永磁体表面镀Ni-Cu-Ni层、Ti-N层或Ni-Cu-Ti-N层；S4，对经过所述步骤S3的永磁体进行饱和磁化处理；S5，对经过所述步骤S4的永磁体进行老化处理。本专利技术解决了现有技术中永磁体内禀矫顽力的一致性欠佳、永磁体取向厚度未优化等问题。但其在磁体热变形后矫顽力快速下降的问题上并未作出改善。李军,刘颖,高升吉,等.高性能粘结钕铁硼磁体的制备[J].中国稀土学报,2004,22(3):331-335.一文中研究了磁选处理、偶联处理、润滑处理、预压成型以及双向压制对粘结NdFeB磁体的密度和磁性能影响规律及机制。研究表明:磁选可分离磁粉中低矫顽力的磁粉；偶联处理可改善磁粉与粘结剂之间的界面；减少粘结剂的含量可提高磁体的磁性能；粒度配合可减少磁体中的孔隙；润滑处理可提高磁体的成型性；预压成型和双向压制可提高磁体的密度。但其同样对于提高磁体的永磁性能没有显著帮助，并且仍大量使用了低丰度稀土元素，而对高丰度稀土元素的利用率低下。任春德,金伟洋,周鸿波,等.高综合性能烧结钕铁硼磁体关键制备技术研究[J].稀有金属,2013,37(2):249-254.一文通过优化合金成分设计和改进速凝片铸技术、烧结技术,在工业生产线上成功实现了40EH高综合性能烧结钕铁硼磁体的批量生产。SEM观察结果表明,磁体显微组织致密、精细而均匀；其平均晶粒尺寸约为5～6μm,不存在尺寸明显偏大的晶粒。在常温下,40EH烧结钕铁硼磁体的典型磁性能为Br＝1.288T,Hcb＝996.8kA·m-1,Hcj＝2490kA·m-1,Hk＝2018kA·m-1,(BH)max＝322.0kJ·m-3；；其Hcj/79.6kA.m-1+(BH)max/7.96kJ·m-3＝71.7。在473K高温下,40EH烧结钕铁硼磁体的典型磁性能为Br＝1.056T,Hcb＝585.8kA.m-1,Hcj＝641.8kA.m-1,Hk＝520.2kA.m-1,(BH)max＝200.9kJ·m-3；其J-H退磁曲线方形度较好,B-H退磁曲线仍然表现出比较明显的线性特点。在295～473K温度区间,其剩磁与内禀矫顽力的温度系数分别为-0.101和-0.417(％.K-1)。当L/D＝0.7时,在493K保持2h磁体开路磁通不可逆损失为3.8％左右。批量生产的40EH烧结钕铁硼磁体具有优异的常温磁性能,同时表现出良好的温度稳定性，其中大量使用了Pr、Tb和Dy等低丰度稀土元素，对高丰度稀土元素的利用率低下，并且永磁性能有限。
技术实现思路
为解决现有钕铁硼磁体的制备中大量利用Pr、Tb和Dy等各种低丰度稀土元素，而La和Ce等高丰度稀土元素利用极少，或利用率低下等问题，本专利技术提供了纳米晶钕铁硼磁体的制备工艺，通过有效利用La、Ce和Y等高丰度稀土元素，制备出类似La/Ce基化合物等高丰度稀土元素基化合物，同时使其在基体材料中进行原位扩散对钕铁硼磁体的永磁性能进行大幅度强化提高。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种纳米晶钕铁硼磁体的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：1)将混合原料HRE100-y-xLRExMy置于熔炼炉中，抽真空至低压，随后以高纯氩气清洗炉腔后利用高纯氩气进行充压，使混合原料在氩气保护条件下进行氩弧熔炼，每次熔炼1～3min，熔完后翻面，反复3～8次，冷却得到成分均匀的母合金；2)将步骤1)制得的母合金破碎，将其放入下端开有小孔的石英管内进行抽真空甩带，充入压差0.05～0.1MPa，利用高频感应加热的方式将母合金碎片熔融后起吹，将熔融液体喷射至旋转的铜辊表面，得到带材，将带材在保护气氛中中进行机械破碎，得到尺寸≤500μm的添加物粉末；3)将步骤2)所得的添加物粉末添加到MQ粉末中，添加物粉末与MQ粉末的质量比为m：100，其中0＜m≤10，混料均匀后将其置于保护气氛下进行热压，热压温度为400～800℃，升温时间为2～90min，压力为150～350MPa，保压时间为3～10min，冷却后得到完全致密的各向同性磁体；4)将步骤3)所制得的完全致密的各向同性磁体置于模具中，在保护气氛中升温至500～900℃，升温时间为2～90min，保温1～5min后加压进行热变形，加压范围为200～500MPa，加压时间为2～30min，冷却后得到纳米晶钕铁硼磁体。在上述方法中，混合原料中HRE和LRE中的RE是稀土元素(RareEarthElement)的外文缩写，而HRE和LRE分别是HighabundanceRareEarthElement和LowabundanceRareEarthElement的外文缩写，即混合原料中HRE和LRE表明其主要有效成分分别为高丰度稀土元素和低丰度稀土元素。而通过上述方法，利用高丰度稀土元素替代Pr/Dy本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米晶钕铁硼磁体的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下制备步骤：1)将混合原料HRE100‑y‑xLRExMy置于熔炼炉中，抽真空至低压，随后以高纯氩气清洗炉腔后利用高纯氩气进行充压，使混合原料在氩气保护条件下进行氩弧熔炼，每次熔炼1～3min，熔完后翻面，反复3～8次，冷却得到成分均匀的母合金；2)将步骤1)制得的母合金破碎，将其放入下端开有小孔的石英管内进行抽真空甩带，充入压差0.05～0.1MPa，利用高频感应加热的方式将母合金碎片熔融后起吹，将熔融液体喷射至旋转的铜辊表面，得到带材，将带材在保护气氛中中进行机械破碎，得到尺寸≤500μm的添加物粉末；3)将步骤2)所得的添加物粉末添加到MQ粉末中，添加物粉末与MQ粉末的质量比为m：100，其中0＜m≤10，混料均匀后将其置于保护气氛下进行热压，热压温度为400～800℃，升温时间为2～90min，压力为150～350MPa，保压时间为3～10min，冷却后得到完全致密的各向同性磁体；4)将步骤3)所制得的完全致密的各向同性磁体置于模具中，在保护气氛中升温至500～900℃，升温时间为2～90min，保温1～5min后加压进行热变形，加压范围为200～500MPa，加压时间为2～30min，冷却后得到纳米晶钕铁硼磁体。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米晶钕铁硼磁体的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下制备步骤：1)将混合原料HRE100-y-xLRExMy置于熔炼炉中，抽真空至低压，随后以高纯氩气清洗炉腔后利用高纯氩气进行充压，使混合原料在氩气保护条件下进行氩弧熔炼，每次熔炼1～3min，熔完后翻面，反复3～8次，冷却得到成分均匀的母合金；2)将步骤1)制得的母合金破碎，将其放入下端开有小孔的石英管内进行抽真空甩带，充入压差0.05～0.1MPa，利用高频感应加热的方式将母合金碎片熔融后起吹，将熔融液体喷射至旋转的铜辊表面，得到带材，将带材在保护气氛中中进行机械破碎，得到尺寸≤500μm的添加物粉末；3)将步骤2)所得的添加物粉末添加到MQ粉末中，添加物粉末与MQ粉末的质量比为m：100，其中0＜m≤10，混料均匀后将其置于保护气氛下进行热压，热压温度为400～800℃，升温时间为2～90min，压力为150～350MPa，保压时间为3～10min，冷却后得到完全致密的各向同性磁体；4)将步骤3)所制得的完全致密的各向同性磁体置于模具中，在保护气氛中升温至500～900℃，升温时间为2～90min，保温1～5min后加压进行热变形，加压范围为200～500MPa，加压时间为2～30min，冷却后得到纳米晶钕铁硼磁体。2.根据权利要求1所述的一种纳米晶钕铁硼磁体的制备工艺，其特征在于，步骤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵利忠，李成利，刘仲武，李领伟，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33