双相稀土-铁-硼磁粉及其制备方法技术

在稀土铁硼合金磁粉中，每个单个磁粉颗粒都由含金属间化合物Ｒ↓［２］Ｆｅ↓［１４］Ｂ和Ｒ↓［２］Ｆｅ↓［１７］两相组成，两种金属间化合物相分别具有四方晶体和菱方晶体结构，在空间交替分布，其平均晶粒尺寸为０．１微米到１０微米。为了制备上述磁粉，首先制备稀土铁硼合金，然后在氢气氛或氢与惰性气体混合气氛中于２００℃到１０００℃温度下吸氢，并使氢保留在材料中，随后将合金在６００℃到１０００℃温度下脱氢，直到气氛中的氢压不大于１×１０↑［－１］乇，然后冷却。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
双相稀土-铁-硼磁粉及其制备方法本专利技术涉及一种具有优异磁性能的稀土-铁-硼合金永磁粉末及其制造方法。粘结永磁体由于具有很高的自由度，可以制成任意形状，因此伴随高技术的发展在最近几年中各种各样的应用得以迅速的扩展。粘结磁体是由磁性粉末用有机或软金属粘结剂粘结而成的，其磁性能受磁性粉末性能和粘结密度的影响，其中粉末体磁性能被认为是第一位的因素。所谓永久磁体主要特点是磁体必须具有较高的矫顽力(Hc)--它是磁体抗退磁性能力的象征。矫顽力是结构敏感参量，在很大程度上取决于合金粉末体的结构，因此近年来人们一直寻找可充分发挥永磁性能的晶体和合金相的结构。稀土永磁的粉末可以看成是孤立的小磁体，只要这些小磁体中能包含块状磁体应具有的结构，就可保证具有与块状磁体相同或近似的矫顽力。由于RCO5型和R2CO17型稀土永磁烧结体破碎后的粉末保持了原有结构，因此仍具有优异的磁性能，可直接用于制作粘结磁体。但是，R2Fe14B类型稀土永磁则显示了明显的区别，烧结体破碎后破坏了产生高矫顽力的理想相结构，因此难以直接用于制作粘结永磁。为此以制造纳米晶和毫微米晶为目的多种NdFeB粉末的制造方法被如下专利所描述。1.美国专利公开号US4802931中描述了一种将熔化的稀土-铁-硼合金注射在高速旋转的金属转轮上，使溶体急速冷却形成厚度不超过500微米的薄带或鳞片。急速冷却后的材料具有非晶或极细晶粒的显微组织，经适当温度晶化处理后形成均匀的晶粒尺寸不超过500nm的微晶，X线衍射表明这种微晶为四方结构的R2Fe14B相，当该相在材料中体积百分数不小于80％时，材料具有不小于1000奥斯特的矫顽力。-->2.中国专利公开号CN1033018A描述了一种利用稀土-铁-硼合金吸氢-放氢重结晶方法制备稀土-铁-硼磁性粉末的方法，基本步骤是首先制备稀土-铁-硼合金材料，然后，在氢气气氛中保持在500℃到1000℃温度下，使氢吸留在合金材料中，随后，将合金材料在500℃到1000℃温度下脱氢，直到氢压力降到不大于1×10-1乇，然后冷却，这种方法得到的再结晶晶粒度为0.1微米到1微米之间，粉末具有大于5千奥斯特的矫顽力。该法工艺简单，粉末磁性的一致性较好，此外，用这种方法制备的稀土-铁-硼磁性粉末一般具有各向异性特点。3.中国专利公开号CN91102450描述了一种利用稀土-铁-硼合金在低温吸氢产生晶格畸变，进而高温脱氢产生再结晶的转变过程制备稀土-铁-硼磁性粉末的方法。基本步骤是首先制备稀土-铁-硼材料，然后于200℃到500℃进行吸氢，随后再于600℃到1000℃脱氢，当脱氢进行到一定程度材料中发生再结晶，将再结晶晶粒控制在0.1到1微米时，粉末的矫顽力不小于5000奥斯特。如上所述，无论由方法1制造的薄片破碎而获得的粉末，还是由方法2、3描述的用氢处理方法直接获得的粉末，每个粉末颗粒中都包含为获得高矫顽力所需的若干完整的结构单元。这种完整的结构单元可描述为单个R2Fe14B相的晶粒边界上分布着富稀土相和富稀土非晶相，换言之富稀土相和富稀土非晶相以包围R2Fe14B相的形式存在，这一事实被认为是产生较大矫顽力的原因。从磁硬化机理上这种结构被解释为单畴结构，即具有单畴尺寸的铁磁性R2Fe14B相被非铁性富R相包围。为了使材料具有足够高的综合磁性能通常铁磁性相的体积比例，一般不低于80％，因此，上述专利技术中皆描述材料以R2Fe14B相为主，同时伴有少量富R相存在，由于非磁性的富稀土相存在减少了R2Fe14B的体积比，从而降低了磁粉的饱和磁化强度值不能充分地发挥稀土-铁-硼合金固有的磁性能。本专利技术的目的是提供一种稀土-铁-硼磁性粉末，当这种粉末用作粘结磁体时显示出更为优异的磁性能。本专利技术的构成，提供了一种稀土-铁-硼粉末，它的每个单独粉末颗粒中包含了R2Fe14B和R2Fe17两种结构的相，单独的R2Fe17相不具备高矫顽力特性，但与R2Fe14B有类似的饱和磁化强度值，当R2Fe17与R2Fe14B发生交换耦合时R2Fe17的高饱和磁化强度优点被利用，而低矫顽力值被克-->服，从而获得比以往传统的单一R2Fe14B为主相的材料更好的磁性。由于双相的交换耦合只能在近程发挥出来，因此两相的晶粒尺寸不可超过10微米，虽然晶粒尺寸小于0.1微米可能更有利于交换耦合，但本技术难以达到，因此权利要求中确定平均晶粒度为0.1微米到10微米。材料中除上述两主相之外还有少量的富R等边界相，由于这些边界相为非铁磁性相，且又不是为获得高矫顽力所必须的相，因此要尽可能减少其存在量。合金由两种特定结构的相混合聚集而成，其中R2Fe14B具有四方晶体结构，R2Fe17具有菱方晶体结构。两相以相互交替方式三维排列。两相相对体积分数大致相当时，产生较好的耦合效果，亦可以略有偏重，但总体上两相不是主相和边界相的关系。根据上述结构特征，合金的成分由RxFe100-x-yBy表示，其中x为10.5～16，如果x＜10.5at％，将有平衡化学剂量之外的多余αFe出现，这种αFe在铸锭中以粗大树枝状晶存在，既使在1000℃到1100℃间进行长时间均匀化处理也不会消除，且随后的热处理过程也不能细化，因此严重地破坏材料的矫顽力。当x＞16at％，合金中将出现大量的非磁性的富R边界相，使材料剩余磁化强度及磁能积大幅度降低。式中定义Y为1.5～6at％，如果y＞6at％合金将成为单一的R2Fe14B相和可能的少量富R边界相。当y＜1.5at％，R2Fe17体积比过大，就失去了与R2Fe14B间产生交换耦合的最佳条件，因而使永磁性能急剧恶化。根据上述描述，成份式中的R可为Ce，La，Pr，Sm，Gd，Nd，Dy，Eu，Tb等稀土元素，但其中只有Nd2Fe17/Nd2Fe14B和Pr2Fe17/Pr2Fe14B具备最高的饱和磁化强度值。为了改善温度特性或改善矫顽力值可以用部分其它稀土元素取代Pr，Nd，但不宜过多，否则影响综合磁性能，因此要求R中至少一种选择Nd，Pr(或PrNd富集物)，且含量不少于R总量的50％。B是在合金中形成R2Fe14B相不可缺少的元素，其作用在于当B加入R-Fe合金中改变其晶格常数，从而改变交换能使其居理温度提高，达到具有实用意义的水平。元素周期表中B附近的其它元素也有类似的作用，因此B可被C，N，Si，Ge，P等元素替代，但这些元素单独或复合使用皆达不到B的效果，因此限定替代量不超过B总量的40％。元素周期表中多种过渡族元素可用来部分替代Fe以局部改善材料磁性能，但这些元素中除Co，Ni外绝大多数为非铁磁性元素，过量替代会导致-->饱和磁化强度降低，并破坏了主体相R2Fe14B和R2Fe17的形成。因此其含量不得大于下列比例：20at％Co， 4.5at％Ti，5.0at％Nb，8.0at％Mn，7.5at％V， 5.5at％Cr，7.0at％Ta，5.5at％Al，9.5at％Zr，5.5at％Ga，8.0at％Mo，7.0at％W3.0at％Bi，5.5at％Cu，2.5at％Sb，3.5at％Sn，1.5at％Zn，9.0at％Ni本专利技术的制造方法是首先制造所需成份的稀土--铁--硼铸锭，铸锭可用感应炉冶炼，也可用电弧炉冶炼，冶炼在真空和保护气氛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双相稀土－－铁－－硼合金磁粉，其特征在于每个单个颗粒都由Ｒ↓［２］Ｆｅ↓［１４］Ｂ和Ｒ↓［２］Ｆｅ↓［１７］两种金属间化合物为主相的微细晶粒构成，（式中Ｒ代表稀土元素），此两种金属间化合物相由平均晶粒度为０．１～１０微米的晶粒构成，其在中的体积百分比不小于９０％，磁粉颗粒中的晶粒结构是由具有四方晶体结构的Ｎｄ↓［２］Ｆｅ↓［１４］Ｂ晶粒和具有菱方结构的Ｎｄ↓［２］Ｆｅ↓［１７］晶粒聚集形成，合金材料的原子组成可表示为Ｒ↓［Ｘ］Ｆｅ↓［１００－Ｘ－Ｙ］Ｂ↓［Ｙ］，式中Ｘ为１０．５～１６，Ｙ为１．５～６．０，合金材料可以合金铸锭形式提供给随后的磁硬化处理。

【技术特征摘要】
1.一种双相稀土--铁--硼合金磁粉，其特征在于每个单个颗粒都由R2Fe14B和R2Fe17两种金属间化合物为主相的微细晶粒构成，(式中R代表稀土元素)，此两种金属间化合物相由平均晶粒度为0.1～10微米的晶粒构成，其在材料中的体积百分比不小于90％，磁粉颗粒中的晶粒结构是由具有四方晶体结构的Nd2Fe14B晶粒和具有菱方结构的Nd2Fe17晶粒聚集形成，合金材料的原子组成可表示为RxFe100-x-yBy，式中x为10.5～16，y为1.5～6.0，合金材料可以合金铸锭形式提供给随后的磁硬化处理。2.按照权利要求1所述的双相稀土--铁--硼合金磁粉，其特征在于R至少一种选择Nd或Pr或Nd、Pr富集混合稀土，其含量不可少于R总量的50％。(重量百分比)3.按照权利要求1所述的双相稀土--铁--硼合金磁粉，其特征在于合金中的B可由C，N，Si，Ge，P中的至少一种元素代替，但代替量不得超过B总量的40％(重量百分比)。4.按照权利要求1所述的双相稀土--铁--硼合金磁粉，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖耀福，孙爱芝，张正义，王润，史或芳，刘伟嶂，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]