《電機用釹鐵硼永磁體及其製造方法》是中鋼集團安徽天源科技股份有限公司於2008年8月5日申請的發明專利，該專利申請號為2008100208659，公布號為CN101409121，專利公布日為2009年4月15日，發明人是裴曉東、張開勝、宋偉、張瑜。
《電機用釹鐵硼永磁體及其製造方法》包含以下組分、含量（重量）：鐠釹（PrNd）24％－28％，釓（Gd）0.5％－7％，鈥（Ho）1％－5％，鏑（Dy）0－6％，硼（B）0.9％－1.1％，銅（Cu）0.1％－0.15％，鋁（Al）0.2％－1.2％，鐵（Fe）62.35％－66.5％，鈷（Co）0.2％－1.5％，鈮（Nb）0.2％－0.8％。它經過配料工序、熔煉工序、制粉工序、成型工序、燒結工序、磨加工工序製造而成。該發明通過使用廉價的釓、鈥取代高價的鐠、釹、鏑、鋱生產高性能的釹鐵硼永磁體，能大大降低生產成本，產品的磁性能高，市場競爭力強。
2019年5月16日，《電機用釹鐵硼永磁體及其製造方法》獲得安徽省第六屆專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：電機用釹鐵硼永磁體及其製造方法
- 公布號：CN101409121
- 公布日：2009年4月15日
- 申請號：2008100208659
- 申請日：2008年8月5日
- 申請人：中鋼集團安徽天源科技股份有限公司
- 地址：安徽省馬鞍山市經濟技術開發區紅旗南路51號
- 發明人：裴曉東、張開勝、宋偉、張瑜
- 代理機構：馬鞍山市金橋專利代理有限公司
- 代理人：常前發
- Int.Cl.：H01F1/057(2006.01)I、H01F41/02(2006.01)I、B22F9/02(2006.01)I、B22F3/10(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2008年8月，釹鐵硼是世界上磁性最強的永磁材料，由“磁王”之美譽，釹鐵硼永磁材料問世20餘年來，由於它具有磁性能高、體積小、重量輕、套用範圍廣、原材料豐富、價格比其他稀土類永磁材料便宜等一系列優點，因而在世界範圍內得到很快的發展，被廣泛套用於電子、通訊、電機、汽車、醫療、家用電器、磁選等各行各業。
正如文獻《釹鐵硼中微量元素Ga和Nb的測定》（現代測量和實驗室管理2007年第二期）、《高性能燒結Nd-Fe-B磁體關鍵製造技術的開發與套用》（湖南冶金2006年第三期）和《我國燒結釹鐵硼永磁體的高速發展》（上海有色金屬2006年第四期）所說，釹鐵硼作為第三代稀土永磁材料，2008年之前在科研生產及套用方面都得到了持續高速發展，中國產量已占到了世界總額的大部分。隨著其性能的不斷提高，近年來出現了一些新的套用。燒結釹鐵硼永磁材料20餘年的發展時間，合理選擇關鍵生產設備，改進關鍵技術，實現高磁能積、高矯頑力或高綜合磁性能產品的工業生產，提高產品性能的穩定性與一致性，改善產品的耐蝕性與熱穩定性，同時降低產品製造成本，一直是國內外燒結釹鐵硼磁體行業的努力方向。燒結釹鐵硼永磁材料是以鐠釹（32％）、鐵（64％）、硼（1％）等為基本原材料，少量添加鏑、鋱、鈷、鈮、鎵、鋁等元素，套用粉末冶金工藝製造的一種鐵基永磁材料。
眾所周知，電機是以磁場為媒介進行電能與機械能相互轉換的電力機械。磁場可以由電流勵磁產生，也可以由永磁體產生。但一般的永磁體，由於磁能密度低，因而所建立的能量轉換所必需的氣隙磁場強度也較低，所以只能製造一些容量小的永磁電機，如2008年8月之前大量生產的鐵氧體永磁電機。高性能稀土永磁材料，特別是釹鐵硼永磁問世後，情況發生了重大變化。高性能釹鐵硼磁體產生的磁場，不僅可以達到電流勵磁所產生的磁場強度，而且還遠遠超過電流勵磁，因而可以製造出數千kW的大中型電機。
高性能稀土永磁電機是許多新技術、高技術產業的基礎。它與電力電子技術和微電子控制技術相結合，可以製造出各種性能優異的機電一體化產品，如數控工具機，加工中心，柔性生產線，機器人，電動車，高性能家用電器，計算機等等。
稀土永磁電機最顯著的性能特點是輕型化、高性能化、高效節能。採用稀土永磁體可以明顯減輕電機重量，縮小體積。
電機用的釹鐵硼稀土永磁材料一般要求滿足一定的溫度係數要求，為滿足電機工作的溫升環境，需要的釹鐵硼材料具有較高的矯頑力，目前多數企業要求的料為SH以上。2008年8月之前的技術中大多使用鐠、釹和鏑、鋱等原材料生產電機用的釹鐵硼永磁材料，為了達到SH以上性能，傳統的製造方法是在材料中添加重稀土如鏑、鋱等。但鐠、釹和鏑、鋱隨著市場需求的增加價格猛漲，特別是鏑、鋱的價格十分昂貴導致了釹鐵硼永磁材料生產廠家成本的增加。這些重稀土的添加在提高了材料的矯頑力同時，大大增加了材料的成本，在經濟上難以滿足客戶的要求。
發明內容
專利目的
《電機用釹鐵硼永磁體及其製造方法》的目的就是針對2008年8月之前的技術存在的上述問題，而提供一種磁性能高、生產成本大幅度降低的電機用釹鐵硼永磁體，通過使用廉價的釓、鈥取代高價的鐠、釹、鏑、鋱生產高性能的釹鐵硼永磁體能大大降低生產成本。該發明的另一目的是提供上述電機用釹鐵硼永磁體的製造方法，以保證在2008年8月之前生產設備的情況下生產出電機用高性能的釹鐵硼永磁體產品，提升企業的競爭力。
技術方案
《電機用釹鐵硼永磁體及其製造方法》所述電機用釹鐵硼永磁體的組份包含鐠釹、釓、鈥、鏑、硼、銅、鋁、鐵，各組份含量（重量）範圍為：鐠釹（PrNd）24％-28％； 釓（Gd）0.5％-7％； 鈥（Ho）1％-5％； 鏑（Dy）0-6％；硼（B）0.9％-1.1％；銅（Cu）0.1％-0.15％；鋁（Al）0.2％-1.2％；鐵（Fe）62.35％-66.5％。
所述的電機用釹鐵硼永磁體的組份中還可包含鈷（Co）、鈮（Nb），鈷（Co）、鈮（Nb）含量（占總重量）範圍為：鈷（Co）0.2％-1.5％，鈮（Nb）0.2％-0.8％。加入鈷（Co）、鈮（Nb）的目的是為了進一步提高產品的磁性能。所述釓（Gd）的適宜含量為1％-3％，所述鈥（Ho）的適宜含量亦為1％-3％。釓（Gd）、鈥（Ho）的加入量過小，則難以達到降低產品成本的目的，加入量過大，則影響產品的磁性能。
該發明還提供了電機用釹鐵硼永磁體的製造方法，它是按以下工藝、步驟進行：
1）配料工序：按照以下組份含量（重量）鐠釹（PrNd）24％-28％、釓（Gd）0.5％-7％、鈥（Ho）1％-5％、鏑（Dy）0-6％、硼（B）0.9％-1.1％、銅（Cu）0.1％-0.15％、鋁（Al）0.2％-1.2％、鐵（Fe）62.35％-66.5％進行配料；配料中還可包含鈷（Co）0.2％-1.5％，鈮（Nb）0.2％-1％。
2）熔煉工序：將配料放入熔煉爐中熔煉，真空度控制在5×10帕±10％；
3）制粉工序：經過均勻化的鋼錠通過粗破碎、中破碎、氣流磨製成粒度為3.6微米-4.2微米的釹鐵硼粉末，此過程中注意控制氧含量在50ppm以下。
4）成型工序：在成型車間的稱粉箱中稱取計算好的粉料壓製成坯塊，經過等靜壓機後進轉料車拆袋等待入燒結爐燒結。成型工序過程中要特別注意控制氧含量在200ppm以下。
5）燒結工序：將壓制好的坯塊經轉料車入燒結爐燒結，燒結制度為（1080℃±20℃）/（3.5-4.5小時）+（920℃±20℃）/（2.5-3.5小時）+（530℃±30℃）/（3.5-4.5小時），真空度控制在3×10帕±10％。
6）磨加工工序：將燒結出來的毛坯磨加工成規則的產品。為進一步提高釹鐵硼材料的矯頑力，在制粉工序的氣流磨之前還可再加入0.2％-1.0％的稀土氧化鏑，用於提高材料的矯頑力。經過上述的生產步驟生產的產品性能指標均達到同行業相同牌號的性能標準。
改善效果
《電機用釹鐵硼永磁體及其製造方法》採用以上技術方案後具有以下積極效果：
（1）該發明採用使用廉價的釓、鈥取代高價的鐠、釹、鏑、鋱等稀土金屬，並在制粉過程中加入適量的氧化鏑，通過生產上的工藝控制、降低生產成本，可以生產出適應不同電機要求的釹鐵硼永磁材料，達到適應市場，降低成本，增強競爭力的效果。
（2）從原理上說，用釓取代鐠和釹，用鈥取代鏑和鋱，相應生成釓鐵硼和鈥鐵硼相，新相的生成在剩磁上影響較大，但通過適當增加鐵、鋁、鈮等含量以及進行適當的取代比例，可以彌補這方面的不足。由於釓、鈥和鐠釹、鏑相比有較大的價格優勢，因此可以較大幅度地降低生產成本，至於產品性能，只要確定好適當的取代比例和工藝條件，就能超過或保持產品的原有性能。
（3）在制粉過程中以氧化鏑粉末的形式二次加入鏑，和在配料中加入金屬鏑同樣具有提高磁體矯頑力的效果，考慮到熔煉過程的稀土金屬氧化、揮發等損失，此階段加入氧化鏑對提高矯頑力比前者更有優勢，並且操作方便、簡單。
（4）對於2008年8月之前的生產企業自身生產設備不先進，可以採用此生產工藝技術，生產的釹鐵硼永磁材料，和不用釓、鈥相比較，獲得同樣性能的材料每噸可節省8000-10000元。
技術領域
《電機用釹鐵硼永磁體及其製造方法》涉及一種釹鐵硼永磁材料及其製造方法，尤其是涉及電機用釹鐵硼永磁體及其製造方法。該產品可在信息產業、機電一體化、汽車、機車、冶金礦山設備、風機、水泵、油田設備、紡織機械、家用電器等採用高性能稀土永磁電機的領域廣泛套用。
權利要求
1.一種電機用釹鐵硼永磁體，其特徵在於：它包含以下組分、含量（重量）：鐠釹（PrNd）24％-26.1％；釓（Gd）1.7％-7％；鈥（Ho）1％-3％；鏑（Dy）0-6％；硼（B）0.9％-1.0％；銅（Cu）0.1％-0.12％；鋁（Al）0.2％-0.65％；鐵（Fe）65.7％-66.5％。
2.如權利要求1所述的電機用釹鐵硼永磁體，其特徵在於：它還包含鈷（Co）、鈮（Nb），所述的鈷（Co）、鈮（Nb）含量範圍為：鈷（Co）0.2％-0.4％，鈮（Nb）0.2％-0.8％。
3.如權利要求1或2所述的電機用釹鐵硼永磁體，其特徵在於：所述釓（Gd）的含量為1.7％-3％。
4.一種電機用釹鐵硼永磁體的製造方法，其特徵在於它經過以下工藝、步驟製造而成：1）配料工序：按照以下組份含量（重量）鐠釹（PrNd）24％-26.1％、釓（Gd）1.7％-7％、鈥（Ho）1％-3％、鏑（Dy）0-6％、硼（B）0.9％-1.0％、銅（Cu）0.1％-0.12％、鋁（Al）0.2％-0.65％、鐵（Fe）65.7％-66.5％進行配料；2）熔煉工序：將配料放入熔煉爐中熔煉，真空度控制在5×10帕±10％；3）制粉工序：經過均勻化的鋼錠通過粗破碎、中破碎、氣流磨製成粒度為3.6微米-4.2微米的釹鐵硼粉末，此過程中控制氧含量在50ppm以下；4）成型工序：在成型車間的稱粉箱中稱取計算好的粉料壓製成坯塊，經過等靜壓機後進轉料車拆袋等待入燒結爐燒結，成型工序過程中要控制氧含量在200ppm以下；5）燒結工序：將壓制好的坯塊經轉料車入燒結爐燒結，燒結制度為（1080℃±20℃）/（3.5-4.5小時）+（920℃±20℃）/（2.5-3.5小時）+（530℃±30℃）/（3.5-4.5小時），真空度控制在3×10帕±10％；6）磨加工工序：將燒結出來的毛坯磨加工成規則的產品。
5.如權利要求4所述的電機用釹鐵硼永磁體的製造方法，其特徵在於：在配料工序中還加入鈷（Co）、鈮（Nb），所述的鈷（Co）、鈮（Nb）含量範圍為：鈷（Co）0.2％-0.4％，鈮（Nb）0.2％-0.8％。
6.如權利要求4或5所述的電機用釹鐵硼永磁體的製造方法，其特徵在於：在制粉工序的氣流磨之前還可再加入0.2％-1.0％的稀土氧化鏑。
實施方式
- 實施例1
1）配料工序：配製100千克/爐。
2）熔煉工序：採用單面冷卻鑄錠模的中頻感應熔煉爐，將100千克的配料以熔點的高低按一定的次序放入爐中熔煉，注意鋼錠的收率，真空度控制在5×10帕。
熔煉溫度主要是使所有的金屬熔化，由於添加的稀土熔點不高，所以最高溫度取決於難熔合金的溫度，一般是純鐵和鈮鐵，溫度為1600-1700攝氏度。
配料\實施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
鐠釹（PrNd） | 26.1 | 25.3 | 25.0 | 24.0 | 26.0 | 28.0 | 24.1 | 25.4 |
釓（Gd） | 1.8 | 1.7 | 3.0 | 7.0 | 0.5 | 1.0 | 1.8 | 1.7 |
鈥（Ho） | 1.2 | 1.7 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 4.0 | 3.0 | 5.0 |
鏑（Dy） | 2.7 | 2.7 | 2.6 | 1.0 | 6.0 | 0.5 | 2.2 | 0 |
硼（B） | 1 | 1 | 1.0 | 1.1 | 1 | 1 | 0.9 | 1 |
銅（Cu） | 0.1 | 0.1 | 0.15 | 0.12 | 0.15 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
鋁（Al） | 0.6 | 0.5 | 0.65 | 1.2 | 0.7 | 0.55 | 0.6 | 0.2 |
鈷（Co） | 0.3 | 0.6 | 0.2 | 0.3 | 1.5 | 0.7 | 0.4 | 0 |
鈮（Nb） | 0.5 | 0.3 | 0 | 0.3 | 0.8 | 0.2 | 0.4 | 0.6 |
鐵（Fe） | 65.7 | 66.1 | 66.4 | 63.9 | 62.35 | 63.95 | 66.5 | 66.0 |
總量 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
3）制粉工序：經過均勻化的鋼錠通過粗破碎、中破碎，氣流磨製成粒度為3.6微米-4.2微米的釹鐵硼粉末，此過程中注意控制氧含量在50ppm以下。
4）成型工序：在成型車間的稱粉箱中稱取計算好的粉料壓製成坯塊，經過200兆帕的等靜壓機後進轉料車拆袋等待入燒結爐燒結。成型工序過程中要特別注意控制氧含量在200ppm以下。
5）燒結工序：將壓制好的坯塊經轉料車入燒結爐燒結，燒結制度為1100℃/4小時+920℃/3小時+530℃/4小時，真空度控制在3×10帕。
6）磨加工工序：將燒結出來的毛坯磨加工成規則的產品。
經過上述的生產步驟生產的產品性能指標均達到同行業相同牌號N38SH的性能標準。此N38SH材料的具體性能：Br＝12.28千克，Hcj＝20.30千奧斯特，（BH）m＝37.80MGO，ρ≈7.550克/立方厘米。
- 實施例2
在制粉工序的氣流磨前加入0.4％的氧化鏑，燒結制度為1090℃/4小時+920℃/3小時+560℃/3.5小時，其它與實施例1相同。生產出的N35SH材料的具體性能：Br＝12.13千克，Hcj＝21.00千奧斯特，（BH）m＝35.60MGO，ρ≈7.550克/立方厘米。
- 實施例3
在制粉工序的氣流磨前加入0.2％的氧化鏑，燒結制度為1090℃/4小時+940℃/2.5小時+560℃/4小時，其它與實施例1相同。生產出的N33SH材料的具體性能：Br＝11.81千克，Hcj＝20.20千奧斯特，（BH）m＝33.200MGO，ρ≈7.550克/立方厘米。
- 實施例4
燒結制度為1090℃/4小時+900℃/3.5小時+530℃/4小時，其它與實施例1相同。生產出的N30H材料的具體性能：Br＝11.30千克，Hcj＝17.65千奧斯特，（BH）m＝30.730MGO，6ρ≈7.50克/立方厘米。
- 實施例5
在制粉工序的氣流磨前加入1.0％的氧化鏑，燒結制度為1100℃/4小時+920℃/3小時+530℃/4小時，其它與實施例1相同。生產出的N33UH材料的具體性能：Br＝11.88千克，Hcj＝26.83千奧斯特，（BH）m＝32.870MGO，ρ≈7.60克/立方厘米。
- 實施例6
燒結制度為1100℃/3.5小時+920℃/3小時+500℃/4.5小時，其它與實施例1相同。生產出的N35H材料的具體性能：Br＝11.81千克，Hcj＝17.86千奧斯特，（BH）m＝35.370MGO，ρ≈7.52克/立方厘米。
- 實施例7
燒結制度為1060℃/4.5小時+920℃/3小時+530℃/4小時，其它與實施例1相同。生產出的N33SH材料的具體性能：Br＝11.75千克，Hcj＝20.46千奧斯特，（BH）m＝32.97MGO，ρ≈7.45克/立方厘米。
- 實施例8
燒結制度為1100℃/3.5小時+920℃/3小時+500℃/4.5小時，其它與實施例1相同。生產出的N30SH材料的具體性能：Br＝11.41千克，Hcj＝21.07千奧斯特，（BH）m＝31.13MGO，ρ≈7.50克/立方厘米。
榮譽表彰
2019年5月16日，《電機用釹鐵硼永磁體及其製造方法》獲得安徽省第六屆專利獎優秀獎。
