一种钕铁硼磁材及其制备方法与流程

本技术涉及钕铁硼磁材，具体涉及一种钕铁硼磁材及其制备方法。

背景技术：

1、钕铁硼永磁体具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积的显著优势，广泛应用于新能源汽车、风力发电、节能家电、消费电子和航空航天等领域，是支撑现代工业和新能源产业发展的关键基础材料。

2、随着下游应用对磁体高温稳定性要求的不断提升，在钕铁硼配方中引入重稀土元素以提高矫顽力已成为行业通用手段。相关技术中，镝、铽等重稀土因具有较高的磁晶各向异性场，是提升矫顽力的主流选择，但其资源稀缺、价格昂贵，大幅推高了磁体制备成本。钆作为一种相对廉价的重稀土元素，具有较高的居里温度，理论上可改善磁体热稳定性，因此部分配方尝试以钆部分替代镝以降低成本。

3、然而，钆的磁晶各向异性场显著低于镨钕，若钆在烧结过程中大量进入主相晶格，会严重稀释主相磁矩，导致剩磁大幅下降，且其对矫顽力的提升效率远低于镝、铽。因此，如何在保留钆元素、控制原料成本的前提下，有效抑制钆向主相晶格扩散、促使其均匀富集于晶界区域，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了改善钆在烧结过程中大量进入主相晶格，会严重稀释主相磁矩，导致剩磁大幅下降的问题，本技术提供一种钕铁硼磁材及其制备方法，通过双合金组分拆分、晶界润湿元素配比优化以及有机表面配位调控体系的协同作用，实现钆元素的晶界定向富集。

2、第一方面，本技术提供一种钕铁硼磁材，采用如下的技术方案：

3、一种钕铁硼磁材，制备原料包括合金a和合金b，所述合金a的制备原料包括以下重量份的组分：镨钕29.1-31.5份、硼0.98-1.06份、钴0.43-0.68份和铁61-65份；

4、所述合金b的制备原料包括以下重量份的组分：镨钕0.9-1份、钆0.6-1份、镝0.5-0.8份、钴0.07-0.12份、铜0.1-0.15份、镓0.05-0.1份和铁2-3份。

5、通过采用上述技术方案，合金a为主相基体，承担提供基础磁矩、保证剩磁的核心作用，将镨钕、硼、铁、钴主体置于合金a中，有利于获得晶粒均匀、主相占比高的微晶薄带，减少钆元素对主相结晶过程的干扰；合金b为富稀土低熔点晶界调控合金，将钆、镝、铜、镓等元素集中配置于该合金中，使钆元素从原料阶段就处于晶界相体系内，在烧结过程中主要随液相晶界相分布于晶粒边界区域，大幅降低了钆向主相晶格内部扩散的驱动力；且在合金b中保留少量镨钕、钴与铁，有助于降低晶界合金的熔点，改善其对主相晶粒的润湿性，从而制备得到具有较高的剩磁和矫顽力的钕铁硼磁材。

6、优选的，所述铜和镓的总质量与钆的质量比为(0.2-0.3):1。

7、通过采用上述技术方案，钆元素本身的磁晶各向异性场较弱，若钆元素在烧结过程中进入主相晶格，会部分取代镨钕，稀释主相磁矩，导致磁体剩磁下降；若钆元素在晶界处局部团聚，则难以形成连续均匀的富钆晶界相，为镝元素提供均匀分布的晶界载体。

8、铜和镓作为低熔点组元，其总质量与钆的质量比控制在上述范围内，有助于构建黏度适宜的晶界液相，促进钆元素在晶界区域的均匀铺展，降低其进入主相的风险，形成连续分布的富钆晶界层，为镝元素在晶界-主相界面处的偏聚提供良好的分布载体，从而促进镝元素在晶界区域的均匀富集，借助镝较强的各向异性场实现矫顽力的有效提升。

9、优选的，还包括调控剂a，所述调控剂a包括柠檬酸铵盐和酒石酸铵盐中的至少一种。

10、通过采用上述技术方案，羟基多元羧酸铵盐分子结构中同时带有多个羧基和邻位羟基，能够与稀土离子形成稳定的配位络合物，在烧结升温过程中对钆、镝等晶界调控元素的迁移行为起到一定的调控作用，有助于这些元素富集于晶界区域而非大量进入主相晶格；另一方面，铵盐形式不引入碱金属杂质，避免了碱金属破坏晶界相结构的风险，从而使钆-镝复合晶界调控体系能够更有效地在晶界区域发挥作用，提高磁体矫顽力。

11、优选的，所述调控剂a为柠檬酸铵盐，所述柠檬酸铵盐包括柠檬酸三铵和柠檬酸氢二铵中的至少一种。

12、通过采用上述技术方案，柠檬酸铵盐分子中具有较多的配位位点，对稀土离子的络合能力较强，对钆-镝复合晶界调控体系的迁移调控效果更为显著；且柠檬酸三铵和柠檬酸氢二铵的ph值接近中性，对磁粉表面的酸蚀作用温和，能够保障了磁粉颗粒表层的完整性，降低了因表面酸蚀导致的稀土氧化和磁粉活性下降的风险，从而兼顾了高剩磁和高矫顽力。

13、优选的，还包括调控剂b，所述调控剂b为无水葡萄糖。

14、优选的，所述调控剂a和调控剂b的质量比为(1.5-4):1。

15、通过采用上述技术方案，葡萄糖分子中含有醛基，具有一定的还原性，在其受热分解过程中有助于降低磁粉颗粒局部的氧分压；经高温烧结分解后，葡萄糖部分碳化形成无定形碳层，均匀分布在原始颗粒边界，起到物理屏障作用，进一步阻碍钆元素向主相晶粒内部扩散并阻碍主相晶粒过度长大。

16、将无水葡萄糖与调控剂a复配使用时，无水葡萄糖与调控剂a先后熔融形成均匀共熔液相，调控剂a能够提供强螯合的羧基位点，无水葡萄糖则提供多个邻位羟基辅助配位，形成多重吸附，进一步加固对稀土元素的表层锚定。此外，在分解阶段时，调控剂a分解释放的微量氨气与葡萄糖的醛基可能发生弱美拉德反应，生成少量含氮低聚物，适度提高有机体系的热稳定性，从而延长调控剂的作用时长，使镝在晶界-主相界面处的偏聚层更加连续完整，进一步提高了磁体矫顽力。

17、第二方面，本技术提供一种钕铁硼磁材的制备方法，采用如下的技术方案：

18、一种钕铁硼磁材的制备方法，用于制备上述钕铁硼磁材，包括以下步骤：

19、熔融甩带：按合金a的配方称取镨钕、硼、钴和铁进行熔炼，得到的熔融液进行甩带，获得甩带片a；

20、按合金b的配方称取镨钕、钆、镝、钴、铜、镓和铁进行熔炼，得到的熔融液进行甩带，获得甩带片b；

21、氢破研磨：分别将甩带片a和甩带片b氢破制成粗粉a和粗粉b，粗粉a和粗粉b经预混后一起进行气流磨研磨，获得磁粉；

22、混合压制：将所述磁粉置于氮气保护下进行模压成型，得到压坯；

23、烧结回火：将所述压坯进行烧结，再经二级回火热处理后，得到钕铁硼磁材。

24、优选的，在气流磨研磨后，所述调控剂a和/或调控剂b分散于醇溶剂中，以喷雾方式加入磁粉并混合均匀，获得混合磁粉；将混合磁粉置于氮气保护下进行模压成型，得到压坯。

25、通过采用上述技术方案，在气流磨之后、压制之前以醇溶剂喷雾的方式加入调控剂，避开了熔炼和氢破阶段的高温或强机械作用对有机物的破坏，使调控剂能够均匀包覆在磁粉颗粒表面，并精准作用于后续烧结过程中的晶界形成区域；此外，采用醇溶剂分散的形式加入调控剂，有效提高了调控剂的包覆的均匀性。

26、优选的，所述烧结处理包括以下阶段：

27、第一阶段：以4-6℃/min升温至180-210℃，保温20-40 min；

28、第二阶段：以2-3℃/min升温至380-420℃，保温50-70 min；

29、第三阶段：以4-6℃/min升温至1050-1100℃，保温2-3 h。

30、通过采用上述技术方案，调控剂a和调控剂b在第一阶段熔融，并在保温过程中形成的共熔液相充分铺展于磁粉颗粒表面；第二阶段的慢速升温和较长保温则有利于有机物反应生成的含氮低聚物以及葡萄糖部分碳化产物的有序分解，且分解产物以气相形式逐步排出，降低了剧烈反应产生大量气体导致压坯开裂的风险；第三阶段为磁体致密化的常规烧结区间，被固定在颗粒表层的钆-镝复合体系随晶界液相均匀分布于最终的晶界区域，实现了矫顽力的有效提升，且主相体积得到充分保留，维持了较高的剩磁水平。

31、优选的，所述二级回火包括：

32、第一级回火：880-950℃保温1.5-2.5 h；

33、第二级回火：480-550℃保温2.5-3.5 h。

34、通过采用上述技术方案，第一级回火处于富稀土晶界相的熔融或半熔融区间，使晶界相发生形貌重构，能够优化晶界相对主相晶粒的包覆状态，减少主相晶粒间的磁耦合，并促使镝在晶界-主相界面处的偏聚层更加连续完整，从而提升磁体的矫顽力并改善退磁曲线方形度；第二级回火则促使晶界内可能存在的微量有害杂相（如调控剂a/b分解后残留的微量碳、氮杂质）进一步析出并净化晶界界面，降低反磁化形核率，同时稳定富钆-镝晶界相的组织结构；二级回火进一步完成了晶界调控体系的定型，使磁体在保持高剩磁的同时获得更高的矫顽力和热稳定性。

35、综上所述，本技术具有以下有益效果：

36、1、本技术通过采用合金a为主相基体、合金b为晶界调控合金的双合金设计，将钆、镝等重稀土元素集中配置于合金b中，使其在烧结过程中主要随液相晶界相分布于晶粒边界区域，减少了钆元素进入主相晶格对磁矩的稀释，从而在保持磁体高剩磁的同时，借助镝元素较强的各向异性场有效提升了矫顽力；

37、2、本技术通过控制铜和镓的总质量与钆的质量比，构建了黏度适宜的晶界液相，促进钆元素在晶界区域均匀铺展，为镝元素在晶界-主相界面处的偏聚提供良好的分布载体；

38、3、本技术通过调控剂a与调控剂b的复配协同，对钆-镝复合晶界调控体系进行配位锚定和迁移调控，促使镝在晶界-主相界面处形成连续完整的偏聚层，提高了磁体的矫顽力和热稳定性。