含有铈、钕和/或镨的铁-硼-稀土型永磁材料及其生产方法技术

一种Ｆｅ－Ｂ－Ｒ型永磁体，包括：１３－１９（原子）％的Ｒ，４－２０（原子）％的Ｂ和余量的Ｆｅ，其中Ｒ基本上由稀土元素Ｎｄ和／或Ｐｒ和Ｃｅ的混合物组成，Ｃｅ为Ｒ的０．２－５．０ｗｔ％。优选，Ｒ为１５－１６（原子）％，其中Ｃｅ为约０．５％，余下稀土Ｐｒ和Ｎｄ的比为３∶１。本发明专利技术还公开了制备如上所示Ｆｅ－Ｂ－Ｒ永磁体的方法，以及由此方法得到的Ｆｅ－Ｂ－Ｒ永磁材料。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及磁性材料组成及其生产方法，具体地说，涉及铁-硼-稀土型(Fe-B-R)特性磁性材料。自从80年代以来，在工业上使用R是含有高含量元素钕(Nd)的稀土元素的Fe-B-R型高特性永磁材料变得普通起来。例如，计算机硬件制造厂在制造小轨迹、大容量计算机数据存贮和检索硬件的这类设备中需要永磁体。由于这些数据存贮设备固有的大小和重量的严格限制，这些设备中包含的永磁体必须具有较小的体积还具有很强的磁性以产生所需要的磁场。这就有必要在这类设备中使用高性能Fe-B-R稀土永磁体。另外，在医学领域中的医学诊断设备，即磁共振成像(MRI)设备使用大量(高达1.5吨)的永磁材料，其一般为含有高百分比的稀土Nd作为稀土成分的Fe-B-R型磁体。因此，由于自80年代早期以来，开始销售这些利用其稀土成分主要由Nd组成的Fe-B-R永磁体的设备，所以对Nd的需求不断增加。结果是，用于制造这些永磁体的原料Nd的价格大大增加。一种真正的需要是利用较少的Nd开发出性能基本相同的Fe-B-R磁体，从而降低制造这些磁体和含有这些磁体的设备的成本。现在已知的Fe-B-R型永磁体的R为一种或多种稀土元素，其至少50％的R为Nd和/或镨(Pr)。例如，美国专利4,684,406和4,597,938均介绍了一种高性能的Fe-B-R型烧结永磁材料。这两篇专利公开的高性能磁体按原子百分比由以下成分构式(i)12.5-20％的R，其中R为至少一种稀土元素，(选自Nd、Pr、La、Ce、Tb、Dy、Ho、Er、Eu、Sm、Gd、Pm、Tm、Yb、Lu和Y)，并且至少50％的R为Nd和/或Pr；(ii)4-20％B；以及(iii)余量的Fe及杂质。同样地，以US 4,597,938、US 4,975,130和US4 684,606可以看到，这些专利所公开的制备这类永磁体的方法包括形成具有上述成分的金属粉末；熔融形成合金锭；对合金锭进行磨碎形成平均粒径为0.3-80微米的合金粉末；在0.5-8吨/平方厘米的压力下将粉末压实；压实体是在7-13千奥斯特的磁场强度下进行的；最后，在900-1200℃(优选1000-1180℃)进行烧结。由上述方法制备的具体由77Fe-9B-9Nd-5Pr组成的永磁体(其中稀土元素组成为Nd和Pr)，在1120℃惰性气氛下烧结4小时可以得到很高的最大磁能积(BH)最大，约为31.0 MGOe。同样，由79Fe-7B-14Nd组成，在1120℃空气中烧结1小时得到的永磁体，其最大磁能积(BH)最大为约33.8MGOe(参见US 4,975,130表1)。由77Fe-7B-16Pr组成，在1040℃，1×10-4乇的真空下烧结2小时的永磁体，其最大磁能积稍微较小，即24.5MGOe。现有技术的这些专利均未公开或暗示如有Ce的存在量或部分R为Ce的浓度时，对Fe-B-R磁体性能有何影响。现有技术中也没有教导或暗示可以替代Nd作为Fe-B-R型磁体中稀土元素成分的Ce的浓度范围，从而得到具有相同或更好磁性的Fe-B-(Nd和/或Pr)永磁体。专利技术概述本申请人发现通常在含Nd的天然稀土矿中，铈(Ce)的百分含量相对较低，在一定的百分范围内，这些百分含量相对较低的Ce可以作为Fe-B-R磁体的一部分稀土成分。R另外包括70-76％Pr，29.8-23.8％Nd和Ce，高达5％Ce对所得到的永磁体的磁性没有明显的或只有轻微的下降。申请人进一步发现，当在Fe-B-R永磁体的制造中，用低含量的Ce(R重量的0.5％)代替Nd时，可进一步用高达76％，特别是75％的Pr代替Nd。与由总百分含量相同的稀土元素制成但不含Ce的磁性材料，或由总百分含量相同的稀土元素制成，并含有Ce但却具有较高Nd含量的磁性材料相比，这种替换作用不含降低磁性特性，事实上几乎相同或甚至增加了磁性特性。根据本专利技术，用特定小百分含量的Ce和较大量的Pr部分代替Nd，在制造Fe-B-R型高性能永磁体时，可以极大地降低成本，同时基本上保持磁体的磁性。尽管与使用基本上纯的Nd制造的Fe-B-R磁性材料相比，加入或夹带一定量的Ce可能会引起Fe-B-R型磁性材料磁性降低，但可以使用在本专利技术中所述的含有Ce和Pr的另外的磁性材料，从而补偿MRI设备磁场强度的不足。因此，从较广泛的方面来看，本专利技术包括一种Fe-B-R型的高性能永磁材料，该材料基本上由下列组分组成(i)13-19(原子)％R，其中R为稀土元素Nd，Pr和Ce的混合物，其中Ce为R的约0.2％至5.0(重量)％，并且Pr为R的70-76％，Nd为R的29.8-23.8％；(ii)4-20(原子)％B；(iii)余量的Fe及杂质。在优选的实施方案中，本专利技术的Fe-B-R磁体，以原子百分比计，基本上包括15-16％的R，其中Ce占R的0.5-3(重量)％，优选0.5％，余下的R基本上由Pr和/或Nd组成，优选为71.6％的Pr和24.9的Nd，即Pr和Nd之比为3∶1。本专利技术还涉及由以下方法制备得到的Fe-B-R型烧结永磁材料，该方法为(a)制备平均粒径为0.3-80微米的金属粉末，所述金属粉末基本上由15-16(原子)％的R，4-8(原子)％的B和至少52(原子)％Fe组成，其中R基本上由轻稀土Nd，Pr和Ce组成，Ce为R的0.2-5.0(重量)％，余量的R基本上由29.8-23.8％的Nd和70-76％的Pr组成；(b)在至少0.5吨/cm2的压力下，将所述粉末压实；(c)在非氧化或还原气氛下，在900-1200℃将所得到的压实体烧结。另外，申请人发现，尽管加入Ce通常会使只有Nd的Fe-B-R型磁体的磁性能下降，但当Ce含量较低时，用Pr代替Nd可使失去的磁性得到极大的恢复。因此，申请人发现，使用低含量Ce(R的0.5重量％)，余下R基本上由约74.6(重量)％Pr和约24.9(重量)％Nd组成，采用前述的方法可以得到一种具有标准磁性Hci和(BH)最大值的永磁体，其基本上等于或者某种程度超过R组分只由Nd和/或Pr组成的Fe-B-R型磁体。本专利技术还包括一种生产烧结永磁体的方法。具体地说，本专利技术还涉及一种生产Fe-B-R型烧结永磁体的方法，该方法包括(a)制备平均粒径为0.3-80微米的金属粉末，优选不大于4.0微米，所述金属粉末基本上由15-16(原子)％的R，4-24(原子)％的B优选6.5(原子)％的B和至少52(原子)％Fe优选78(原子)％Fe组成，其中R基本上由轻稀土Nd，Pr和Ce组成，其中Ce为R的0.1-5.0(重量)％，优选为R的0.5％，Pr优选为约74％和Nd优选为25％；(b)在至少0.5吨/cm2的压力下，将所述粉末压实；(c)在非氧化或还原气氛下，在900-1200℃将所得到的压实体烧结。 附图说明下列附图说明本专利技术具体的实施例，其中图1是选自表1结果的曲线，表示当Ce分量为R的0.5％时，Fe-B-R型永磁材料的本征矫顽力Hci是R中Pr组分的函数。图2是选自表1结果的曲线，表示当Ce分量为R的5.0-5.3％时，Fe-B-R型永磁材料的本特矫顽力Hci是R中Pr组分的函数。图3是类似图4的曲线，表示的是选自表1的结果，表示当Pr含量为R的22.5-25％时，Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能Ｆｅ－Ｂ－Ｒ型永磁材料，所述材料基本上由以下成分组成： （ｉ）１３－１９（原子）％的Ｒ，其中Ｒ基本上由稀土元素Ｎｄ、Ｐｒ和Ｃｅ的混合物组成，而Ｒ中Ｃｅ的量为约０．２％至不大于５．０（重量）％，Ｐｒ为约７０－７６％，Ｎｄ为２９．８－２３．８％； （ｉｉ）４－２０（原子）％的Ｂ； （ｉｉｉ）余量为Ｆｅ及杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高性能Fe-B-R型永磁材料，所述材料基本上由以下成分组成(i)13-19(原子)％的R，其中R基本上由稀土元素Nd、Pr和Ce的混合物组成，而R中Ce的量为约0.2％至不大于5.0(重量)％，Pr为约70-76％，Nd为29.8-23.8％；(ii)4-20(原子)％的B；(iii)余量为Fe及杂质。2.权利要求1的Fe-B-R型永磁材料，其中Ce含量为R的约0.5-5.0(重量)％。3.权利要求1的Fe-B-R型永磁材料，其中R为14.0-16.0(原子)％。4.权利要求1的Fe-B-R型永磁材料，其中B为5.0-7.0(原子)％。5.权利要求1的Fe-B-R型永磁材料，其中R基本上由Pr和Nd组成，其重量比为3∶1。6.权利要求1的Fe-B-R型永磁材料，用于磁共振成象设备。7.权利要求1的Fe-B-R型永磁材料，其中Pr为R的至少70％，Ce为R的0.5-3.0(重量)％，余量百分数的R基本上为Nd。8.权利要求7的Fe-B-R型永磁材料，其中Pr约为R的74.6％，Ce约为R的0.5％，余下百分数的R基本上为Nd。9.权利要求4的Fe-B-R型永磁材料，其中B约为6.5(原子)％。10.权利要求9的Fe-B-R型永磁材料，其中R约为15.5(原子)％。11.一种制备Fe-B-R型烧结永磁材料的方法，其包括以下步骤(a)制备平均粒径为0.3-80微米的合金粉末，所述合金粉末基本上由15-16(原子)％的R，4-8(原子)％的B和至少52(原子)％Fe组成，其中R基本上由轻稀土...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈蓓新，王标，倪德桢，马克G宾兹，江秋妙，
申请(专利权)人：通用电气公司，包头钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]