一种铈铁铝合金、含铈稀土永磁体及其制备方法技术

本发明专利技术属于稀土永磁材料领域，涉及一种铈铁铝合金、含铈稀土永磁体及其制备方法。本发明专利技术的主相合金由如下原料组成：PrNd：28‑30wt％，B：0.92‑1.1wt％，Al：0‑0.8wt％，Cu：0.05‑0.3wt％，Co：0.1‑2wt％，Ga：0‑0.5wt％，Zr：0‑0.5wt％，Fe余量；副相合金的组成按质量百分比计为Ce

A kind of CE Fe Al alloy, CE containing rare earth permanent magnet and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种铈铁铝合金、含铈稀土永磁体及其制备方法
本专利技术属于稀土永磁材料
，具体涉及一种铈铁铝合金、含铈稀土永磁体及其制备方法。
技术介绍
钕铁硼(NdFeB)是目前磁性最强的稀土永磁材料，具有良好的矫顽力(Hcj)、高磁能积(8MGOe-64MGOe)以及高耐温性，相关产品广泛应用于电动汽车、风力发电、变频空调、核磁共振、光盘驱动器、仪器仪表、选矿、玩具等领域。然而，随着钕铁硼永磁体产业的不断发展扩大，重稀土资源愈发稀缺且价格昂贵。另一方面，实际制备的烧结钕铁硼磁体常存在结构缺陷或成分分布不均等问题，导致实际矫顽力达不到理论值。目前，在永磁材料中添加稀土金属铈(Ce)替代部分重稀土镨钕以降低材料成本、减缓资源紧缺已经得到广泛研究和应用。但是由于金属铈非常活泼，在生产过程中极易氧化，增加磁体中氧含量，从而导致富稀土相组织结构变化、磁体一致性变差。另外，铈铁硼主相饱和磁化强度低于钕铁硼相，且熔点较低，在烧结过程很容易出现局部晶粒长大导致磁体内禀矫顽力降低，综合磁性能较差。现有技术中采用双合金工艺制备的铈钕铁硼磁体，虽然在一定程度上提高矫顽力和剩磁，但微观上磁体内部仍存在Ce元素分布不均匀的现象，不利于晶界结构的优化和矫顽力的进一步提升。因此，在降低成本、节约能源的同时，保证含铈稀土永磁体的磁性能，仍是当前备受关注的研究重点。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术问题，提供一种铈铁铝合金，并将其作为副相合金与不含铈的主相合金通过烧结制得高矫顽力的含铈稀土永磁体。本专利技术的上述目的通过以下技术方案得以实施：一种铈铁铝合金，所述铈铁铝合金的组成按质量百分比计为CeaFebAlcM100-a-b-c，其中，50≤a≤90，5≤b≤40，1≤c≤10，M为Dy、Ho、Pr、Nd、Tb中的至少一种。本专利技术的另一目的在于提供一种含铈稀土永磁体，由不含铈的主相合金和上述铈铁铝合金作为副相合金通过烧结制得。烧结钕铁硼磁体为多相结构，以Nd2Fe14B为主相，主相周围分布着富稀土相以及少量富硼相和杂质。富稀土相在烧结过程中形成液相，提升了主相晶界间的润湿性，促进磁体的致密化，同时由于稀土元素具有较低的形成能更易于向主相扩散，在烧结完成后包覆在主相晶粒外层，提升晶粒的各向异性场，增加反相畴的形核难度。富稀土相的成分、结构及分布特征直接影响磁体材料的结构敏感参量，尤其是对磁体矫顽力有重要影响。然而实际生产中，由于不合理的成分设计或制备工艺，烧结钕铁硼磁体的富稀土晶界相中还存在氧化物相、杂质相及孔洞等。磁体中含氧量的增加会导致磁性能恶化，因此控制烧结磁体的氧含量是提高矫顽力的关键。本专利技术的非晶或纳米晶结构的铈铁铝合金具有高防氧化特性，在含铈钕铁硼磁体的制备中作为副相合金可有效降低生产过程中的氧含量，从而提高磁体矫顽力和产品一致性。并且，本专利技术的主相合金中不含铈元素，可避免烧结过程中局部晶粒长大，从而优化晶粒结构，提升磁体矫顽力。进一步地，本专利技术的主相合金由如下原料组成：PrNd：28-30wt％，B：0.92-1.1wt％，Al：0-0.8wt％，Cu：0.05-0.3wt％，Co：0.1-2wt％，Ga：0-0.5wt％，Zr：0-0.5wt％，Fe余量。进一步地，本专利技术上述主相合金和副相合金在稀土永磁体中的质量百分比分别优选为80～99.9wt％和0.1～20wt％。本专利技术中主相合金的粒度为2-5μm，所述副相合金的粒度为1-2μm。本专利技术还提供了一种含铈稀土永磁体的制备方法，包括如下步骤：(1)按比例称取主相合金的原料，经熔炼制成主相合金铸片，退火处理，再经氢碎、气流磨制成主相合金粉末；(2)按比例称取副相合金的原料，精炼制成副相合金铸片，经过氢碎、气流磨制成副相合金粉末；(3)分别称取主相合金粉末和副相合金粉末，在氮气气氛中混合并搅拌均匀，得混合粉末；(4)将混合粉末在磁场中取向成型，再进一步等静压处理，得到生坯；(5)将生坯放入真空烧结炉中，经烧结、回火制得含铈稀土永磁体。本专利技术在制备含铈钕铁硼磁体时，先分别熔炼不含铈的主相合金和富铈的铈铁铝副相合金，再将两者混合，可以减少铈元素在烧结过程中进入不含铈的主相。由于铈铁铝副相合金熔点较低，在烧结时具有较好的流动性，也可改善对主相合金的浸润性和边界的磁晶各向异性场，经时效处理后，可使富稀土相分布更加均匀，提高磁体的边界去磁化耦合能力，从而提高磁体矫顽力。同时，本专利技术的铈铁铝合金为非晶或纳米晶结构，具备高防氧化性，有效避免在生产过程中被氧化，控制磁体富稀土相的氧含量，进一步提高磁体矫顽力。在本专利技术上述步骤(1)中，所述退火处理的退火温度为800-1000℃，退火时间为3-6h。进一步地，所述退火处理的退火温度优选为850-950℃。由于α-Fe为体心立方晶格结构，组织较硬，抗力较大，不易锻造，而在850-950℃的温度下可消除主相合金铸片中的α-Fe，更有利于烧结。在本专利技术上述步骤(2)中，所述副相合金铸片的精炼温度为1000-1400℃，精炼时间为3-10分钟，铸片炉的冷却速度为900-1100℃/S。。本专利技术上述精炼温度的高低不仅会影响铸片的微观结构，还与精炼的成材率相关，因此优选的精炼温度不低于1000℃，不高于1400℃。由于铈铁铝合金熔点很低，具有极强的非晶形成能力，所以在常规铸片炉1000℃/S左右的冷速下，极易形成非晶结构和纳米晶结构。液态金属在降温过程中，首先发生原子扩散，当液体中成分变化到一定程度时会形成临界尺寸晶核，而只要控制热处理和降温条件，抑制合金液体形核和长大，液体状态能保存到室温形成非晶结构。本专利技术中的铈铁铝合金为三元合金体系，且不同原子的尺寸差异和组元间混合焓负值较大，易使过冷液体形成无序密堆结构，增加熵变和固液界面能，又由于原子激活能增大抑制了原子扩散，延缓了结晶相的形核和长大速率，进而提高了合金的非晶形成能力。非晶态是一种热力学亚稳态，当以较快的速度升温至退火温度，保温一定时间后冷却至室温，即可得到纳米晶。通过对温度、时间、升温速率等热处理条件的控制，使合金中某一相或几相析出，其余保持非晶态，可以得到非晶纳米晶复合材料。非晶纳米晶材料的晶粒尺寸小，晶界密度大，因而具有高饱和磁化强度、高延展性和韧性、低密度、低弹性模量、高渗透性、高磁导率等优异性能。本专利技术中的铈铁铝合金在与主合金混合烧结的过程中具有较好的流动性，可均匀地分布在主相晶粒之间，使晶界结构更加连续、平整、光滑，同时避免了氧含量的增加，增强去交换耦合作用能力，保证烧结磁体具有较高的矫顽力。在本专利技术上述步骤(4)中，等静压处理前生坯的密度为3.6-4.2g/cm3，等静压处理后得到的生坯的密度为4.4～4.8g/cm3。进一步地，本专利技术上述步骤(5)具体为：在氮气保护下，将生坯快速放进真空烧结炉，抽真空后开始升温，先在800～900℃烧结3～6小时，再继续升温至1000～1100℃烧结2～10小时；结束后充氩气冷却至100℃以下，升温至860～95本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铈铁铝合金，其特征在于，所述铈铁铝合金的组成按质量百分比计为Ce

【技术特征摘要】
1.一种铈铁铝合金，其特征在于，所述铈铁铝合金的组成按质量百分比计为CeaFebAlcM100-a-b-c，其中，50≤a≤90，5≤b≤40，1≤c≤10，M为Dy、Ho、Pr、Nd、Tb中的至少一种。


2.一种含铈稀土永磁体，其特征在于，所述含铈稀土永磁体由不含铈的主相合金和如权利要求1所述的铈铁铝合金作为副相合金通过烧结制得。


3.根据权利要求2所述的含铈稀土永磁体，其特征在于，所述主相合金由如下原料组成：PrNd：28-30wt％，B：0.92-1.1wt％，Al：0-0.8wt％，Cu：0.05-0.3wt％，Co：0.1-2wt％，Ga：0-0.5wt％，Zr：0-0.5wt％，Fe余量。


4.根据权利要求2所述的含铈稀土永磁体，其特征在于，所述主相合金和副相合金在稀土永磁体中的质量百分比分别为80～99.9wt％和0.1～20wt％。


5.根据权利要求2所述的含铈稀土永磁体，其特征在于，所述主相合金的粒度为2-5μm，所述副相合金的粒度为1-2μm。


6.一种权利要求2所述的含铈稀土永磁体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按比例称取主相合金的原料，经熔炼制成主相合金铸片，退火处理，再经氢碎、气流磨制成主相合金粉末；
(2)按比例称取副相合金的原料，精炼制成副相合金铸片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌聪，林世海，江燕进，
申请(专利权)人：宁波源盛磁业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33