一种晶界高效扩散的含铈磁体及其制备方法与流程

本发明属于永磁材料，涉及一种晶界高效扩散的含铈磁体及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着钕铁硼永磁材料市场逐步趋于饱和，以及镨、钕、镝等关键稀土原材料价格持续上涨，企业为降低生产成本、实现稀土资源平衡利用，开始大规模推广含高丰度稀土元素镧（la）、铈（ce）的烧结钕铁硼磁体。然而，镧、铈的引入显著恶化了磁体的矫顽力性能，如何提升其添加量的同时，进一步突破高丰度稀土永磁体的综合性能上限，已成为行业内重点研发方向之一。

2、目前关于含铈磁体的研究主要集中在以下两个方向：一是铈磁体微观组织结构的优化，重点在于平衡铈的添加比例及其形成的cefe2相对磁性能的负面作用。例如，中国科学院宁波材料技术与工程研究所在专利cn202510304990.6中提出了一种双合金工艺，通过引入不含铈的合金粉末进行掺杂改性，优化磁体微观结构，从而提升磁性能；二是将晶界扩散技术应用于铈磁体的制备过程。浙江东阳东磁稀土有限公司在专利cn202211521156.5中尝试将晶界扩散引入铈磁体，但其研究重点主要集中在扩散源成分的优化，未对扩散源、扩散工艺与含铈基体组织之间的匹配关系进行系统分析，导致对铈磁体晶界扩散效率的挖掘仍显不足。

3、现有研究大多将上述两个方向独立推进，缺乏对基体组织结构与扩散工艺之间协同调控机制的深入探索，难以实现含铈磁体性能的更大突破。如何将铈磁体的基体微观结构调控与扩散源成分设计、扩散工艺参数优化深度融合，开发一种组织可控、晶界扩散高效、综合性能优异的含铈磁体制备方法，已成为当前高丰度稀土永磁材料发展亟待突破的关键技术难题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种晶界高效扩散的含铈磁体及其制备方法，以克服现有技术的不足。本发明采用了以下技术方案来实现发明目的：

2、本发明一个方面提供了一种晶界高效扩散的含铈磁体的制备方法，包括以下步骤：

3、制备含铈磁体基体材料；制备含渗透源合金粉末的渗透源浆料；将所述渗透源浆料涂覆于含铈磁体基体材料表面，得到附着扩散源磁体；将附着扩散源磁体进行晶界扩散处理，然后进行回火处理，得到所述晶界高效扩散的含铈磁体；

4、所述含铈磁体基体材料的化学成分按重量百分比表示为[r1-xcex]am1bzrcbdcoefe100%-a-b-c-d-e，其中：10wt%≤x≤20wt%，29wt%≤a≤33wt%，0wt%＜b≤0.8wt%，0.1wt%≤c≤0.3wt%，0.91wt%≤d≤0.93wt%，0wt%＜e≤1wt%；r为pr、nd中的一种或两种，m1为cu、ga、al中的一种或多种；其中，fe、co、b、zr的重量份含量满足以下关系：

5、t1=fe的重量份/55.845+co的重量份/58.933，

6、t2=b的重量份/10.811-2×zr的重量份/91.224，

7、14.5≤t1/t2≤15.2。

8、t1为过渡族金属（fe、co）的摩尔当量，t2表征了b、zr元素的当量关系。该比值决定了磁体内部主相（r2fe14b）与富稀土晶界相的占比情况。当t1/t2控制在上述区间时，能够诱导晶界相形成低熔点网络通道，同时避免低熔点相（如cefe2）过度偏析与聚集。这种组织结构大幅降低了后续重稀土渗透的阻力，是确保后续晶界扩散效率的关键基础。

9、优选地，渗透源合金粉末的化学成分按重量百分比表示为rha1ceb1ga100%-a1-b1，其中60wt%≤a1≤75wt%，10wt%≤b1≤30wt%，80wt%≤a1+b1≤95wt%，rh为dy、tb中的一种或两种。在含有重稀土（dy、tb）的扩散源中创新性地引入一定比例的ce和ga。其中，ce元素的加入能极大改善渗透源熔体与含铈基体晶界之间的润湿性和界面结合力；ga元素的加入则有效降低了渗透源的整体熔融温度，提高了液相流动性。三者协同作用，使得重稀土能够顺畅地沿着晶界向磁体内部深层渗透，并在主相晶粒表面形成致密的高矫顽力壳层。

10、优选地，所述含铈磁体基体材料的制备过程包括：配料、熔炼得到铸片、铸片氢破获得粗粉、气流磨获得细粉、取向成型、烧结。

11、所述含铈磁体基体材料的制备过程中，更为具体而言，熔炼步骤中：熔炼温度为1420~1470℃，浇铸温度为1400~1440℃；氢破步骤中：氢破获得的粗粉d50粒径为220~400μm，脱氢处理温度为400~550℃，时间为60~300min；气流磨步骤包括：将氢破获得的粗粉进行惰性气体保护的气流磨，研磨至粉末d50粒径为2~4μm；取向成型步骤包括：在惰性保护下对细粉施加1.0~2.5t取向磁场，同时进行加压成型，成型压力为150~300mpa，保压2~5s；烧结步骤中：烧结温度为1050~1100℃，保温时间为3~10h，保温结束后真空自冷到800~920℃，然后充入惰性气体进行风冷。

12、优选地，将渗透源合金粉末、热塑性树脂粘结剂、有机溶剂混合形成渗透源浆料；以渗透源浆料的质量为基准，所述热塑性树脂粘结剂的添加量为2~5wt%，所述有机溶剂的添加量为10~20wt%。

13、优选地，所述渗透源合金粉末的制备过程包括：配料、熔炼得到铸片、铸片氢破获得粗粉、气流磨获得细粉；所述渗透源合金粉末的d50粒径为2~5μm。

14、所述渗透源合金粉末的制备过程中，更为具体而言，熔炼步骤中：熔炼温度为1440~1490℃，浇铸温度为1410~1450℃；氢破步骤中：氢破获得的粗粉d50粒径为220~400μm，脱氢处理温度为400~550℃，时间为60~300min；气流磨步骤包括：将氢破获得的粗粉进行惰性气体保护的气流磨，研磨至粉末d50粒径为2-3um。

15、优选地，所述热塑性树脂粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇中的一种或多种，所述有机溶剂为酯类、酮类、醇类中的一种或多种。

16、优选地，所述渗透源浆料涂覆量为含铈磁体基体材料重量的0.8~1.2wt%。

17、其中，所述晶界扩散处理采用两段式加热工艺：第一段扩散温度为900~950℃，保温时间为2~6h；随后冷却至第二段扩散温度800~850℃，保温时间为6~12h。第一段相对为高温短时处理，促使特定成分的渗透源快速熔融并以液相形式迅速铺展进入晶界内部；第二段采用低温长时处理，使进入晶界的原子由晶界逐步向主相晶粒内部推移并均匀再分布。

18、优选地，所述回火处理的温度为460~550℃，保温时间为4~8h。

19、本发明第二个方面提供了一种晶界高效扩散的含铈磁体，其由上述制备方法制备而得。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、（1）本发明通过限定含铈基体中t1/t2=14.5~15.2，精准调控fe、co、b、zr的配比，从成分根源上构建连续、均匀、低熔点的晶界扩散通道，避免cefe2相过度聚集，大幅降低重稀土扩散阻力，为晶界高效扩散奠定结构基础。

22、（2）本发明通过将基体调控与扩散源成分设计深度融合，创新性地在扩散源中引入了与基体相匹配的ce元素及降熔元素ga。相较于传统单一的重稀土扩散源，该rh-ce-ga三元渗透源能够显著降低液相界面的张力，改善渗透源与基体的润湿性，促进重稀土离子在连续晶界中的快速、均匀扩散。

23、（3）本发明制备工艺中，优选采用两段式晶界扩散热处理工艺，第一段为高温快速熔解渗透，第二段低温长时间促使重稀土均匀再分布；保证了磁体的微观组织结构以及扩散源的均匀扩散分布。

24、（4）本发明通过基体成分、渗透源、扩散工艺的协同调控，制备了ce添加量为10~20wt%的高丰度稀土磁体，实现高丰度铈的最大化利用，降低重稀土依赖与成本，同时获得了磁体性能的上升，所制备的磁体兼顾低成本与高磁性能。