一种提高含高丰度稀土Nd-Fe-B系纳米复相永磁合金磁性能的方法技术

本发明专利技术提供一种提高含高丰度稀土Nd

【技术实现步骤摘要】
一种提高含高丰度稀土Nd
‑
Fe
‑
B系纳米复相永磁合金磁性能的方法


[0001]本专利技术涉及新材料
，具体而言，尤其涉及一种提高含高丰度稀土Nd
‑
Fe
‑
B系纳米复相永磁合金磁性能的方法。

技术介绍

[0002]由四方Nd2Fe
14
B相构成的Nd
‑
Fe
‑
B单相永磁合金因其高的单轴磁晶各向异性而展现出优异的永磁性能，其矫顽力(
i
H
c
)和最大磁能积((BH)
max
)都远超铁氧体永磁体，被广泛地应用于风力发电，工业节能电机以及新能源汽车等领域。含贵重稀土元素Dy或Tb的RE2Fe
14
B(RE指稀土元素)四方相具有更高的各向异性场和居里温度，故Dy或Tb常被用于置换Nd以提升Nd
‑
Fe
‑
B永磁合金的
i
H
c
和高温永磁性能，但这大大提高了原料成本。近年，Nd
‑
Fe
‑
B永磁合金需求量的激增导致Nd、Dy及Tb等低丰度稀土元素过度开采。La、Ce及Y等高丰度稀土元素作为Nd、Pr提取过程中的副产物，使用量较低，特别是储量最丰富的稀土元素Ce长期处于市场积压状态，其价格不及Nd的1/10。采用La、Ce及Y等高丰度稀土元素部分替代Nd
‑
Fe
‑
B永磁合金中的Nd可减少合金的原料成本，但综合永磁性能也同时被降低。例如，采用Ce置换Fe
82
Nd
12
B6单相永磁合金中的Nd使其
i
H
c
和(BH)
max
分别由870kA/m和168kJ/m3降低至251kA/m和44kJ/m3[J.Alloys Compd.628(2015):325]。
[0003]Nd
‑
Fe
‑
B纳米复相永磁合金Nd含量较少，该类合金由纳米尺寸的Nd2Fe
14
B硬磁相和α
‑
Fe或Fe3B软磁相组成，软/硬磁性相在纳米尺寸范围内实现强交换耦合作用，产生剩磁增强效应，使合金同样具有高的理论磁能积，经常被制作成粘接永磁体进行使用。例如，由Nd2Fe
14
B硬磁相和α
‑
Fe软磁相所构成的Fe
84
Nd
10
B6纳米复相永磁合金的
i
H
c
和(BH)
max
分别为600kA/m和105kJ/m3[J.Phys.D Appl.Phys.40(2007):3551]。尽管该合金中的Nd含量有所降低，但
i
H
c
和(BH)
max
仍不及Nd
‑
Fe
‑
B单相永磁合金。在维持高永磁性能的前提下降低Nd用量，或者提高低Nd含量永磁合金的永磁性能的技术方案亟待突破。另外，目前人们普遍采用非晶前驱体热处理的方式制备Nd
‑
Fe
‑
B纳米复相永磁合金，即首先制备Nd
‑
Fe
‑
B非晶前驱体，然后对前驱体进行热处理，使非晶相发生结晶化而形成纳米晶复相组织。但在热处理时，α
‑
Fe相先于Nd2Fe
14
B相形核及长大，故获得的复相组织中软磁相晶粒相对粗大，过大的软/硬磁晶粒尺寸差异会急剧削弱交换耦合作用而降低合金的永磁性能。除完全非晶态前驱体外，人们还制备出非晶基体中含有晶核或少量细小纳米晶粒的Nd
‑
Fe
‑
B前驱体，进而改善热处理后纳米晶晶粒的均匀和细化程度以获得高永磁性能Nd
‑
Fe
‑
B纳米复相永磁合金。尽管该方式可减小α
‑
Fe与Nd2Fe
14
B晶粒尺寸差异，但热处理造成的α
‑
Fe晶粒快速长大仍无法避免。
[0004]因此，急需发展兼具低原料成本和高永磁性能的Nd
‑
Fe
‑
B系纳米复相永磁合金以及容易获得均匀细微纳米复相组织且工艺简单方便的制备方法。

技术实现思路

[0005]根据上述提出目前Nd
‑
Fe
‑
B永磁合金无法兼具低原料成本和高永磁性能、传统非晶前驱体热处理制备的纳米复相合金中软/硬磁相晶粒尺寸差异大引起永磁性能降低的问题，而提供一种提高含高丰度稀土Nd
‑
Fe
‑
B系纳米复相永磁合金磁性能的方法。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种提高含高丰度稀土Nd
‑
Fe
‑
B系纳米复相永磁合金磁性能的方法，
[0008]所述纳米复相永磁合金的化学组成为Fe
a
Nd
b
M
c
B
d
N
e
，其中，M为La、Ce和Y中的至少一种，N为Nb和Ti中的至少一种，a、b、c、d和e分别表示各组成元素的原子百分比含量，并满足：82≤a≤85，5≤b≤8，1≤c≤4，8≤b+c≤11，5≤d≤6，0.5≤e≤1且a+b+c+d+e＝100；
[0009]所述纳米复相永磁合金具有平均晶粒尺寸为15～21nm的由Nd2Fe
14
B型硬磁相和α
‑
Fe软磁相构成的纳米复相结构；
[0010]所述纳米复相永磁合金的
i
H
c
、剩磁(B
r
)和(BH)
max
分别为350～650kA/m、0.89～1.05T和93～142kJ/m3；
[0011]所述纳米复相永磁合金的制备方法为：首先采用真空电弧炉或真空感应熔炼炉制备母合金锭，随后采用熔体快淬法在合适铜辊转速下直接制备出所述纳米复相永磁合金。
[0012]进一步地，所述纳米复相永磁合金的化学组成为Fe
84
Nd7La2B6Ti1；
[0013]所述纳米复相永磁合金具有平均晶粒尺寸为15nm的由Nd2Fe
14
B型硬磁相和α
‑
Fe软磁相构成的纳米复相结构；
[0014]所述纳米复相永磁合金的
i
H
c
、B
r
和(BH)
max
分别为448kA/m、1.05T和142kJ/m3；
[0015]所述纳米复相永磁合金的制备方法为：首先采用真空电弧炉制备母合金锭，随后采用熔体快淬法在合适铜辊转速下直接制备出所述纳米复相永本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高含高丰度稀土Nd
‑
Fe
‑
B系纳米复相永磁合金磁性能的方法，其特征在于，所述纳米复相永磁合金的化学组成为Fe
a
Nd
b
M
c
B
d
N
e
，其中，M为La、Ce和Y中的至少一种，N为Nb和Ti中的至少一种，a、b、c、d和e分别表示各组成元素的原子百分比含量，并满足：82≤a≤85，5≤b≤8，1≤c≤4，8≤b+c≤11，5≤d≤6，0.5≤e≤1且a+b+c+d+e＝100；所述纳米复相永磁合金具有平均晶粒尺寸为15～21nm的由Nd2Fe
14
B型硬磁相和α
‑
Fe软磁相构成的纳米复相结构；所述纳米复相永磁合金的
i
H
c
、B
r
和(BH)
max
分别为350～650kA/m、0.89～1.05T和93～142kJ/m3；所述纳米复相永磁合金的制备方法为：首先采用真空电弧炉或真空感应熔炼炉制备母合金锭，随后采用熔体快淬法在合适铜辊转速下直接制备出所述纳米复相永磁合金。2.根据权利要求1所述的提高含高丰度稀土Nd
‑
Fe
‑
B系纳米复相永磁合金磁性能的方法，其特征在于，所述纳米复相永磁合金的化学组成为Fe
84
Nd7La2B6Ti1；所述纳米复相永磁合金具有平均晶粒尺寸为15nm的由Nd2Fe
14
B型硬磁相和α
‑
Fe软磁相构成的纳米复相结构；所述纳米复相永磁合金的
i
H
c
、B
r
和(BH)
max
分别为448kA/m、1.05T和142kJ/m3；所述纳米复相永磁合金的制备方法为：首先采用真空电弧炉制备母合金锭，随后采用熔体快淬法在合适铜辊转速下直接制备出所述纳米复相永磁合金。3.根据权利要求1所述的提高含高丰度稀土Nd
‑
Fe
‑
B系纳米复相永磁合金磁性能的方法，其特征在于，所述纳米复相永磁合金的化学组成为Fe
84
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【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，李艳辉，相涛，朱正旺，张海峰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：