《一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法》是浙江大學和浙江中元磁業股份有限公司於2014年1月18日申請的專利，該專利的申請號為2014100219574，公布號為CN103794323B，授權公布日為2016年6月29日，發明人是嚴密、高翠、金佳瑩、王新華。
《一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法》公開了一種套用高豐度稀土生產的商用稀土永磁體及其製備方法。包括主相和晶界改性相，所述的主相包括低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金和高HA的d-Fe-B合金。該發明採用雙主合金，控制磁體成分，使高豐度稀土形成穩定的2:14:1相，在燒結過程中始終不會發生分解 ；晶界改性相添加電極電位較高的Cu元素，提高磁體的耐腐蝕性能，同時晶界改性相可最佳化磁體的顯微結構。此法將雙主合金法與晶界改性技術相結合，同時兼具兩者的優點，改善了由高豐度稀土的添加引起的磁體耐蝕性下降及剩磁和磁能積下降的問題，製備的稀土永磁體達到商用磁體的套用要求。。
2018年12月20日，《一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法
- 公告號：CN103794323B
- 授權日：2016年6月29日
- 申請號：2014100219574
- 申請日：2014年1月18日
- 申請人：浙江大學、浙江中元磁業股份有限公司
- 地址：浙江省杭州市西湖區浙大路38號
- 發明人：嚴密、高翠、金佳瑩、王新華
- Int.Cl.：H01F1/057(2006.01)I; H01F7/02(2006.01)I; H01F41/02(2006.01)I; B22F3/16(2006.01)I
- 代理機構：杭州求是專利事務所有限公司
- 代理人：張法高
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益成果,技術領域,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
截至2014年1月18日，全世界已探明的稀土資源工業儲量共9900~10000噸，2008年世界稀土金屬消費量為13萬噸，預測到2015年世界稀土消費量約為21噸，若按年稀土消費量30萬噸計算，全球輕稀土金屬僅可用300年左右。況且隨著社會發展及科技進步，稀土用量逐年增加，全球稀土資源消耗過快而產生“稀土危機論”。中國是世界稀土大國，更應注重稀土資源的現狀。稀土資源套用出現了不平衡現象，輕稀土中鐠、釹套用廣泛，而鑭、鈰等產生了資源過剩，導致鑭、鈰的價格僅為鐠、釹的1/10左右，如何改變現狀是急需解決的問題。
為此，中國國內外學者試圖採用低成本的鑭、鈰部分取代Nd製備低成本磁體。La2Fe14B、Ce2Fe14B的內稟磁性能遠低於Nd2Fe14B，鑭鈰的添加降低磁體的性能，因此大部分僅能製備低牌號的燒結釹鐵硼磁體。但是隨之而來在套用過程中出現的易腐蝕問題更加嚴重的限制了LaCe在稀土永磁材料中的套用。因此，利用LaCe製備的稀土永磁體不能僅僅在磁性能上達到要求，更要兼顧耐腐蝕性能的指標。
基於以上幾個方面，我們提供一種既能滿足磁性能又能滿足耐腐蝕性能的方法。
發明內容
專利目的
《一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法》目的是提供一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法。
技術方案
套用高豐度稀土生產的稀土永磁體包括主相和晶界改性相，主相占總質量的90%~99.99%；晶界改性相占總質量的0.01%~10%，所述的主相包括低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金和高HA的Nd-Fe-B合金，低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金占主相質量的50%~99.99%，高HA的Nd-Fe-B合金占主相質量的0.01%~50%。
所述的低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金成分為（RE100-aMMa）xFe100-x-y-zByTMz，所述的高HA的Nd-Fe-B合金成分為REFe100-x’-y-zByTMz；其中，RE為除La、Ce以外的其他稀土元素中的一種或多種，MM為La、Ce、LaCe合金、LaCePrNd混合稀土中的一種或多種；TM為Cu、Al、Co、Nb、Zr、Ga、Ta、Si、Ti、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn中的一種或多種；其中1≤a≤50，26.7≤x≤31.0、29≤x’≤45，0.9≤y≤1.2，0.1≤z≤3.0。
所述的晶界改性相成分為R100-uTM’u，其中R為稀土La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Nd、Dy、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一種或多種，TM’為Cu、H、O、F、Fe、Ga、Ti、Al、Co、Nb、Zr、Ta、Si、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn中的一種或多種；0＜u＜100。
套用高豐度稀土生產的稀土永磁體的製備方法的具體步驟如下：
1）按照低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金和高HA的Nd-Fe-B合金的成分分別進行配料，並分別採用速凝鑄帶技術得到厚度為0.2~0.5毫米的兩種合金的甩片；將兩種合金的甩片混合，經氫破、氣流磨製成平均粒度為3~5微米的磁粉；
2）晶界改性相依次通過熔煉、粗破、球磨製備晶界改性相粉末或依次通過速凝鑄帶、氫破、氣流磨製備晶界改性相粉末，晶界改性相粉末平均粒度為0.01~3.0微米；
3）將晶界改性相粉末與步驟1）所得磁粉在氮氣保護下混合，混合均勻後在1.5~2特斯拉的磁場下取向成型，並經17兆帕冷等靜壓製成生坯；
4）將生坯放在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1020~1120攝氏度，保溫1~6小時；然後分別在850~950攝氏度進行一級熱處理1~3小時，在450~650攝氏度進行二級熱處理2~5小時，得到稀土永磁體。
有益成果
1）控制低HA合金（RE100-aMMa）xFe100-x-y-zByTMz的成分，使高豐度稀土形成穩定的Re2Fe14B相，且在燒結過程中始終不會發生分解；2）採用低HA和高HA兩種主合金，能夠提高磁體的剩磁和磁能積；3）晶界改性相添加電極電位較高的Cu、Ni等元素，提高磁體的耐腐蝕性能，同時晶界改性相可最佳化磁體的顯微結構，提高磁體性能；4）此法改善了由高豐度稀土的添加引起的磁體耐蝕性下降及剩磁和磁能積下降的問題，製備的燒結釹鐵硼磁體達到套用要求的磁性能和耐腐蝕性能；5）此方法工藝簡單，可有效降低成本，適用於大塊磁體的大批量生產。
技術領域
《一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法》涉及稀土永磁材料技術領域，尤其涉及一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法。
權利要求
1.一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體，其特徵在於：包括主相和晶界改性相，主相占總質量的90%~99.99%；晶界改性相占總質量的0.01%~10%，所述的主相包括低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金和高HA的Nd-Fe-B合金，低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金占主相質量的50%~99.99%，高HA的Nd-Fe-B合金占主相質量的0.01%~50%；所述的低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金成分為（RE100-aMMa）xFe100-x-y-zByTMz，所述的高HA的Nd-Fe-B合金成分為REFe100-x’-y-zByTMz；其中，RE為除La、Ce以外的其他稀土元素中的一種或多種，MM為La、Ce、LaCe合金、LaCePrNd混合稀土中的一種或多種；TM為Cu、Al、Co、Nb、Zr、Ga、Ta、Si、Ti、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn中的一種或多種；其中1≤a≤50，26.7≤x≤31.0、29≤x’≤45，0.9≤y≤1.2，0.1≤z≤3.0。
2.根據權利要求1所述的一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體，其特徵在於：所述的晶界改性相成分為R100-uTM’u，其中R為稀土La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Nd、Dy、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一種或多種；TM’為Cu、H、O、F、Fe、Ga、Ti、Al、Co、Nb、Zr、Ta、Si、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn中的一種或多種；0＜u＜100。
3.一種如權利要求1所述的稀土永磁體的製備方法，其特徵在於它的具體步驟如下：
1）按照低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金和高HA的Nd-Fe-B合金的成分分別進行配料，並分別採用速凝鑄帶技術得到厚度為0.2~0.5毫米的兩種合金的甩片；將兩種合金的甩片混合，經氫破、氣流磨製成平均粒度為3~5微米的磁粉；
2）晶界改性相依次通過熔煉、粗破、球磨製備晶界改性相粉末或依次通過速凝鑄帶、氫破、氣流磨製備晶界改性相粉末，晶界改性相粉末平均粒度為0.01~3.0微米；
3）將晶界改性相粉末與步驟1）所得磁粉在氮氣保護下混合，混合均勻後在1.5~2T的磁場下取向成型，並經17兆帕冷等靜壓製成生坯；
4）將生坯放在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1020~1120攝氏度，保溫1~6小時；然後分別在850~950攝氏度進行一級熱處理1~3小時，在450~650攝氏度進行二級熱處理2~5小時，得到稀土永磁體。
實施方式
操作內容
套用高豐度稀土生產的稀土永磁體包括主相和晶界改性相，主相占總質量的90%~99.99%；晶界改性相占總質量的0.01%~10%，所述的主相包括低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金和高HA的Nd-Fe-B合金，低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金占主相質量的50%~99.99%，高HA的Nd-Fe-B合金占主相質量的0.01%~50%。
所述的低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金成分為（RE100-aMMa）xFe100-x-y-zByTMz，所述的高HA的Nd-Fe-B合金成分為REFe100-x’-y-zByTMz；其中，RE為除La、Ce以外的其他稀土元素中的一種或多種，MM為La、Ce、LaCe合金、LaCePrNd混合稀土中的一種或多種；TM為Cu、Al、Co、Nb、Zr、Ga、Ta、Si、Ti、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn中的一種或多種；其中1≤a≤50，26.7≤x≤31.0、29≤x’≤45，0.9≤y≤1.2，0.1≤z≤3.0。
所述的晶界改性相成分為R100-uTM’u，其中R為稀土La、Ce、Pr、Pm、Sm、Eu、Nd、Dy、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一種或多種，TM’為Cu、H、O、F、Fe、Ga、Ti、Al、Co、Nb、Zr、Ta、Si、V、Mo、Mn、Ag、Mg、Zn中的一種或多種；0＜u＜100。
套用高豐度稀土生產的稀土永磁體的製備方法的具體步驟如下：
1）按照低HA的（RE100-aMMa）-Fe-B合金和高HA的Nd-Fe-B合金的成分分別進行配料，並分別採用速凝鑄帶技術得到厚度為0.2~0.5毫米的兩種合金的甩片；將兩種合金的甩片混合，經氫破、氣流磨製成平均粒度為3~5微米的磁粉；
2）晶界改性相依次通過熔煉、粗破、球磨製備晶界改性相粉末或依次通過速凝鑄帶、氫破、氣流磨製備晶界改性相粉末，晶界改性相粉末平均粒度為0.01~3.0微米；
3）將晶界改性相粉末與步驟1）所得磁粉在氮氣保護下混合，混合均勻後在1.5~2特斯拉的磁場下取向成型，並經17兆帕冷等靜壓製成生坯；
4）將生坯放在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1020~1120攝氏度，保溫1~6小時；然後分別在850~950攝氏度進行一級熱處理1~3小時，在450~650攝氏度進行二級熱處理2~5小時，得到稀土永磁體。
實施案例
下面結合具體實施例對《一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法》進一步說明，但《一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法》的保護範圍不限於以下實施例：
- 實施例1：
1）將以質量百分數計，成分為（Nd70（LaCe）30）29.3B1.03Fe70.68和（PrNd）31.5Fe61.93Al0.3Nb0.2Zr0.1B0.97的主合金分別配料，將配製的原材料裝在中頻感應爐的坩堝內，待真空度達到10帕以上時開始加熱，當合金液溫度升至約1500攝氏度時，通過中間包將合金液澆注到冷卻銅輥上，輥輪轉速2米/秒，甩片厚度0.2~0.5毫米；
2）按5：5的比例將兩種主合金的甩片混合後，經氫破、氣流磨製成平均粒度為3.5微米的磁粉；
3）晶界相採用熔煉、粗破、球磨方法製成平均粒度1.5微米的粉末，其成分為Nd32.5Fe62Cu5.5。
4）以質量百分數計，將90.0%的主合金粉、10.0%晶界粉與0.2%的航空汽油及0.2%抗氧化劑混合均勻後，在氮氣保護下將磁粉在2T的磁場下取向成型，並經17兆帕冷等靜壓製成生坯；
5）將生坯放在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1025攝氏度，保溫6小時；然後850攝氏度一級熱處理3小時，在650攝氏度進行二級熱處理2小時。
6）所得磁體性能為Br=13.6kGs，Hcj=12.6kOe，（BH）max=45.8MGOe，Hk/Hcj=97.1%；
7）在135攝氏度、0.2兆帕以及100%濕度條件下進行96小時加速失重實驗，結果表明，該方法製備的磁體的平均質量損失小於1毫克/平方厘米，滿足磁體套用要求。
- 實施例2：
1）將以質量百分數計，成分為（Nd60（LaCe）40）29.3B1.03Fe70.68和（PrNd）30.5Gd1.0Fe61.93Al0.3Nb0.2Zr0.1B0.97的主合金分別配料，將配製的原材料裝在中頻感應爐的坩堝內，待真空度達到10帕以上時開始加熱，當合金液溫度升至約1500攝氏度時，通過中間包將合金液澆注到冷卻銅輥上，輥輪轉速2米/秒，甩片厚度0.2~0.5毫米；
2）按6：4的比例將兩種主合金的甩片混合後，經氫破、氣流磨製成平均粒度為5微米的磁粉；
3）以質量百分數計，將99.9%的主合金粉、0.1%納米Cu粉與0.2%的航空汽油及0.2%抗氧化劑混合均勻後，在氮氣保護下將磁粉在2特斯拉的磁場下取向成型，並經17兆帕冷等靜壓製成生坯；
4）將生坯放在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1120攝氏度，保溫1小時；然後950攝氏度一級熱處理1小時，在450攝氏度進行二級熱處理5小時。
5）所得磁體性能為Br=12.7kGs，Hcj=13.9kOe，（BH）max=39.5MGOe，Hk/Hcj=93%；
6）在135攝氏度、0.2兆帕以及100%濕度條件下進行96小時加速失重實驗，結果表明，該方法製備的磁體的平均質量損失小於1毫克/平方厘米，滿足磁體套用要求。
- 實施例3：
1）將以質量百分數計，成分為（Nd60（LaCe）40）29.3B1.03Fe70.68和（PrNd）31.5Fe61.93Al0.3Nb0.2Zr0.1B0.97的主合金分別配料，將配製的將原材料裝在中頻感應爐的坩堝內，待真空度達到10-2帕以上時開始加熱，當合金液溫度升至約1500攝氏度時，通過中間包將合金液澆注到冷卻銅輥上，輥輪轉速2米/秒，甩片厚度0.2~0.5毫米；
2）按6：4的比例將兩種主合金的甩片混合後，經氫破、氣流磨製成平均粒度為3微米的磁粉；
3）晶界相採用熔煉、粗破、球磨方法製成平均粒度1.5微米的粉末，其成分為Al85Cu15。
4）以質量百分數計，將99.4%的主合金粉、0.6%晶界粉與0.2%的航空汽油及0.2%抗氧化劑混合均勻後，在氮氣保護下將磁粉在2特斯拉的磁場下取向成型，並經17兆帕冷等靜壓製成生坯；
5）將生坯放在真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1055攝氏度，保溫3小時；然後900攝氏度一級熱處理2小時，在580攝氏度進行二級熱處理3小時。
6）所得磁體性能為Br=13.0kGs，Hcj=12.7kOe，（BH）max=43.1MGOe，Hk/Hcj=94.2%；
7）在135攝氏度、0.2兆帕以及100%濕度條件下進行96小時加速失重實驗，結果表明，該方法製備的磁體的平均質量損失小於1毫克/平方厘米，滿足磁體套用要求。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種套用高豐度稀土生產的稀土永磁體及其製備方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
