一种高性能含铈稀土永磁体及其制备方法与流程

1.本发明属于永磁材料领域，特别涉及一种高性能含铈稀土永磁体及其制备方法。


背景技术：

2.含铈稀土永磁材料是国内近年来稀土永磁材料领域研究的热点，用高丰度、低成本的稀土元素铈替代钕铁硼稀土永磁体中的稀土元素镨钕，既可以降低钕铁硼稀土永磁体的成本，同时又能够综合的利用我国的稀土资源，实现稀土元素的平衡利用，因此具有重要的战略地位和作用。稀土永磁体中ce2fe
14
b的饱和磁极化强度和各向异性场均低于nd2fe
14
b，因此采用铈替代镨钕制备的稀土永磁体，其剩磁和矫顽力都会降低，因此目前行业内含铈稀土永磁体一般只能制备低磁能积低矫顽力的磁体。
3.稀土元素铈替代镨钕制备的含铈稀土永磁体，微观结构中的相组成为主相((ndce)2fe
14
b)、晶界相(cefe2)、富硼相，它均区别与传统钕铁硼的主相(nd2fe
14
b)和晶界相(富钕相)、富硼相。在(ndce)2fe
14
b主相中由于铈的存在，大大降低了主相的熔点，容易在烧结过程中产生固相烧结，从而降低矫顽力。另外由于晶界相从富钕相改变为cefe2相，热处理温度也与原有工艺有较大的差别。因此新的含铈稀土永磁体的热处理工艺的开发是十分必要的。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种高性能含铈稀土永磁体及其制备方法，配方设计能够改善和强化含铈稀土永磁体的晶界，抑制铈元素分布偏析所造成的不利影响，同时能够细化晶粒，以及最佳的热处理工艺，从而能够制备高性能的含铈稀土永磁体。
5.本发明提供了一种高性能含铈稀土永磁体，包括母合金及晶界添加合金；其中，所述母合金的组分为：(r,ce,dy)afebm
cbd
；r为除ce，dy以外的其它稀土元素中的一种或多种且必须含有nd，m为al，si，ti，v，cr，mn，ni，co，cu，zn，ga，zr，nb，w，o，c，s，n，h元素中的至少一种，fe为铁元素，b为硼元素；所述晶界添加合金为锆的氧化物、氢化物中的至少一种。
6.所述母合金组分的质量百分比为：29wt％≤a≤33wt％，0.1wt％≤c≤3wt％，0.9wt％≤d≤1wt％，其余为b。
7.所述ce在母合金中的质量百分比为1～10％。
8.所述dy在母合金中的质量百分比为0.1～0.5％。
9.所述晶界添加合金的添加量为0.1～0.5％，平均粒度为1～10um。
10.本发明提供了一种高性能含铈稀土永磁体的制备方法，包括：
11.(1)按组分进行配料，然后采用真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1400～1500℃，浇注成0.1～0.5mm厚的铸片，再采用氢破炉进行氢破碎，氢破反应的氢气压力为0.05～0.2mpa，将铸片破碎成母合金粗粉；
12.(2)在母合金粗粉中添加锆的氧化物、氢化物中的至少一种的粉末，添加的质量百分比为0.1～0.5％；
13.(3)将步骤(2)混合均匀的粗粉采用气流磨研磨成细粉，研磨气体为氮气，平均粒度控制为2～5μm，研磨后的细粉进行细粉混料；
14.(4)将步骤(3)得到混料均匀的细粉在氮气保护下在压机中进行磁场取向、压制成型，再经过等静压操作得到压坯，然后将压坯在氮气保护下装入烧结炉内进行高温烧结，最后采用第一级时效和第二级时效进行热处理。
15.所述步骤(4)中的高温烧结温度为1000～1080℃，保温时间3～6小时，保温结束后连续进行高于该烧结温度10～15℃，保温1～2小时。
16.所述步骤(4)中的第一级时效热处理温度为630～880℃，保温1～2小时；第二级时效热处理温度为400～620℃，保温时间为3～6小时。
17.晶界添加合金为锆的氢化物或氧化物，采用公知的方法制备成粉末。
18.有益效果
19.(1)本发明的配方设计能够改善和强化含铈稀土永磁体的晶界，抑制铈元素分布偏析所造成的不利影响，从而能够制备高性能的含铈稀土永磁体。
20.(2)本发明的晶界添加合金是针对含铈稀土永磁体在烧结过程中易于固相烧结进行的创新设计，能够抑制固相烧结，细化产品晶粒，进一步提高磁体的矫顽力。
21.(3)本发明的烧结和热处理工艺，是针对含铈稀土永磁体新的微观结构和相组成所开发的新工艺，能够进一步实现磁体矫顽力的提高。
22.(4)本发明的磁性能要求为：(bh)
max
(mgoe) hcj(koe)＞60，具备优异的性能。
具体实施方式
23.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
24.实施例1
25.本实施例提供了一种高性能的含铈稀土永磁体，其成分的质量百分比为nd
21.0
pr
7.0
ce
2.0
dy
0.1
co
0.3
al
0.05
cu
0.1
ga
0.1
nb
0.1b0.95
fe
68.3
。
26.(1)按照上述成分进行配料，然后采用真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1460～1480℃，浇注成平均厚度为0.28～0.30mm的铸片，再采用氢破炉进行氢破碎，氢破反应的氢气压力为0.05～0.2mpa，将铸片破碎成母合金粗粉；
27.(2)在母合金粗粉中添加锆的氢化物zrh2粉末，添加的质量百分比为0.2％；
28.(3)将步骤(2)混合均匀的粗粉采用气流磨研磨成细粉，研磨气体为氮气，平均粒度控制为3.0～3.1μm，研磨后的细粉进行细粉混料；
29.(4)将步骤(3)得到混料均匀的细粉在氮气保护下在压机内进行磁场取向、压制成型，再经过等静压操作得到压坯，然后将压坯在氮气保护下装入烧结炉内进行高温烧结，最后采用第一级时效和第二级时效进行热处理。所述高温烧结温度为1060℃，保温时间4小时，保温结束后连续进行在烧结温度1070℃，保温1小时。所述第一级时效热处理温度为840℃，保温1.5小时；第二级时效热处理温度为510℃，保温时间为4小时。
30.实施例2
31.本实施例提供了一种高性能的含铈稀土永磁体，其成分的质量百分比为nd
19.3
pr
6.4
ce
5.0
dy
0.3
co
0.5
al
0.1
cu
0.15
ga
0.15
ti
0.1b0.92
fe
67.08
。
32.(1)按照上述成分进行配料，然后采用真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1440～1460℃，浇注成平均厚度为0.25～0.27mm的铸片，再采用氢破炉进行氢破碎，氢破反应的氢气压力为0.05～0.2mpa，将铸片破碎成母合金粗粉；
33.(2)在母合金粗粉中添加氧化锆zro2的粉末，添加的质量百分比为0.1％；
34.(3)将步骤(2)混合均匀的粗粉采用气流磨研磨成细粉，研磨气体为氮气，平均粒度控制为2.9～3.0μm，研磨后的细粉进行细粉混料；
35.(4)将步骤(3)得到混料均匀的细粉在氮气保护下在压机内进行磁场取向、压制成型，再经过等静压操作得到压坯，然后将压坯在氮气保护下装入烧结炉内进行高温烧结，最后采用第一级时效和第二级时效进行热处理。所述高温烧结温度为1065℃，保温时间3小时，保温结束后连续进行在烧结温度1075℃，保温2小时。所述第一级时效热处理温度为820℃，保温2小时；第二级时效热处理温度为600℃，保温时间为4小时。
36.实施例3
37.本实施例提供了一种高性能的含铈稀土永磁体，其成分的质量百分比为nd
20.7
pr
6.8
ce
3.0
dy
0.5
co
0.5
al
0.3
cu
0.15
ga
0.15
ti
0.1b0.91
fe
66.89
。
38.(1)按照上述成分进行配料，然后采用真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1440～1460℃，浇注成平均厚度为0.25～0.27mm的铸片，再采用氢破炉进行氢破碎，氢破反应的氢气压力为0.05～0.2mpa，将铸片破碎成母合金粗粉；
39.(2)在母合金粗粉中添加锆的氢化物zrh2粉末，添加的质量百分比为0.4％；
40.(3)将步骤(2)混合均匀的粗粉采用气流磨研磨成细粉，研磨气体为氮气，平均粒度控制为2.9～3.0μm，研磨后的细粉进行细粉混料；
41.(4)将步骤(3)得到混料均匀的细粉在氮气保护下在压机内进行磁场取向、压制成型，再经过等静压操作得到压坯，然后将压坯在氮气保护下装入烧结炉内进行高温烧结，最后采用第一级时效和第二级时效进行热处理。所述高温烧结温度为1070℃，保温时间3小时，保温结束后连续进行在烧结温度1082℃，保温2小时。所述第一级时效热处理温度为820℃，保温2小时；第二级时效热处理温度为580℃，保温时间为4小时。
42.实施例4
43.本实施例提供了一种高性能的含铈稀土永磁体，其成分的质量百分比为nd
17.7
pr
5.8
ce
7.0
dy
0.5
co
0.5
al
0.1
cu
0.15
ga
0.15
ti
0.1b0.93
fe
67.07
。
44.(1)按照上述成分进行配料，然后采用真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1440～1460℃，浇注成平均厚度为0.25～0.27mm的铸片，再采用氢破炉进行氢破碎，氢破反应的氢气压力为0.05～0.2mpa，将铸片破碎成母合金粗粉；
45.(2)在母合金粗粉中添加锆的氢化物zrh2粉末，添加的质量百分比为0.3％；
46.(3)将步骤(2)混合均匀的粗粉采用气流磨研磨成细粉，研磨气体为氮气，平均粒度控制为2.9～3.0μm，研磨后的细粉进行细粉混料；
47.(4)将步骤(3)得到混料均匀的细粉在氮气保护下在压机内进行磁场取向、压制成型，再经过等静压操作得到压坯，然后将压坯在氮气保护下装入烧结炉内进行高温烧结，最后采用第一级时效和第二级时效进行热处理。所述高温烧结温度为1065℃，保温时间3小
时，保温结束后连续进行在烧结温度1080℃，保温2小时。所述第一级时效热处理温度为690℃，保温2小时；第二级时效热处理温度为450℃，保温时间为4小时。
48.对比例1
49.本对比例提供了一种高性能的含铈稀土永磁体，其成分的质量百分比为nd
21.0
pr
7.0
ce
2.0
dy
0.1
co
0.3
al
0.05
cu
0.1
ga
0.1
nb
0.1b0.95
fe
68.3
50.(1)按照上述成分进行配料，然后采用真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1460～1480℃，浇注成平均厚度为0.28～0.30mm的铸片，再采用氢破炉进行氢破碎，氢破反应的氢气压力为0.05～0.2mpa，将铸片破碎成母合金粗粉；
51.(2)将步骤(1)的粗粉采用气流磨研磨成细粉，研磨气体为氮气，平均粒度控制为3.0～3.1μm，研磨后的细粉进行细粉混料；
52.(3)将步骤(2)得到混料均匀的细粉在氮气保护下在压机内进行磁场取向、压制成型，再经过等静压操作得到压坯，然后将压坯在氮气保护下装入烧结炉内进行高温烧结，最后采用第一级时效和第二级时效进行热处理。所述高温烧结温度为1060℃，保温时间4小时，保温结束后连续进行在烧结温度1070℃，保温1小时。所述第一级时效热处理温度为840℃，保温1.5小时；第二级时效热处理温度为510℃，保温时间为4小时。
53.对比例2
54.本对比例提供了一种高性能的含铈稀土永磁体，其成分的质量百分比为nd
19.3
pr
6.4
ce
5.0
dy
0.3
co
0.5
al
0.1
cu
0.15
ga
0.15
ti
0.1b0.92
fe
67.08
55.(1)按照上述成分进行配料，然后采用真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1440～1460℃，浇注成平均厚度为0.25～0.27mm的铸片，再采用氢破炉进行氢破碎，氢破反应的氢气压力为0.05～0.2mpa，将铸片破碎成母合金粗粉；
56.(2)将步骤(1)的粗粉采用气流磨研磨成细粉，研磨气体为氮气，平均粒度控制为2.9～3.0μm，研磨后的细粉进行细粉混料；
57.(3)将步骤(2)得到混料均匀的细粉在氮气保护下在压机内进行磁场取向、压制成型，再经过等静压操作得到压坯，然后将压坯在氮气保护下装入烧结炉内进行高温烧结，最后采用第一级时效和第二级时效进行热处理。所述高温烧结温度为1065℃，保温时间3小时，保温结束后连续进行在烧结温度1075℃，保温2小时。所述第一级时效热处理温度为820℃，保温2小时；第二级时效热处理温度为600℃，保温时间为4小时。
58.对比例3
59.本对比例提供了一种高性能的含铈稀土永磁体，其成分的质量百分比为nd
20.7
pr
6.8
ce
3.0
dy
0.5
co
0.5
al
0.3
cu
0.15
ga
0.15
ti
0.1b0.91
fe
66.89
60.(1)按照上述成分进行配料，然后采用真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1440～1460℃，浇注成平均厚度为0.25～0.27mm的铸片，再采用氢破炉进行氢破碎，氢破反应的氢气压力为0.05～0.2mpa，将铸片破碎成母合金粗粉；
61.(2)将步骤(1)混合均匀的粗粉采用气流磨研磨成细粉，研磨气体为氮气，平均粒度控制为2.9～3.0μm，研磨后的细粉进行细粉混料；
62.(3)将步骤(2)得到混料均匀的细粉在氮气保护下在压机内进行磁场取向、压制成型，再经过等静压操作得到压坯，然后将压坯在氮气保护下装入烧结炉内进行高温烧结，最后采用第一级时效和第二级时效进行热处理。所述高温烧结温度为1070℃，保温时间3小
时，保温结束后连续进行在烧结温度1082℃，保温2小时。所述第一级时效热处理温度为820℃，保温2小时；第二级时效热处理温度为580℃，保温时间为4小时。
63.对比例4
64.本对比例提供了一种高性能的含铈稀土永磁体，其成分的质量百分比为nd
17.7
pr
5.8
ce
7.0
dy
0.5
co
0.5
al
0.1
cu
0.15
ga
0.15
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0.1b0.93
fe
67.07
65.(1)按照上述成分进行配料，然后采用真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1440～1460℃，浇注成平均厚度为0.25～0.27mm的铸片，再采用氢破炉进行氢破碎，氢破反应的氢气压力为0.05～0.2mpa，将铸片破碎成母合金粗粉；
66.(2)在母合金粗粉中添加锆的氢化物zrh2粉末，添加的质量百分比为0.3％；
67.(3)将步骤(2)混合均匀的粗粉采用气流磨研磨成细粉，研磨气体为氮气，平均粒度控制为2.9～3.0μm，研磨后的细粉进行细粉混料；
68.(4)将步骤(3)得到混料均匀的细粉在氮气保护下在压机内进行磁场取向、压制成型，再经过等静压操作得到压坯，然后将压坯在氮气保护下装入烧结炉内进行高温烧结，最后采用第一级时效和第二级时效进行热处理。所述高温烧结温度为1075℃，保温时间5小时。所述第一级时效热处理温度为900℃，保温2小时；第二级时效热处理温度为500℃，保温时间为4小时。
69.上述实施例、对比例的成分、工艺及磁性能结果见下表：
70.表1实施例与对比例的成分
[0071][0072][0073]
表2实施例与对比例的工艺及磁性能
[0074]
[0075]
由上述实验结果可知，本发明的配方设计能够改善和强化含铈稀土永磁体的晶界，抑制铈元素分布偏析所造成的不利影响，从而能够制备高性能的含铈稀土永磁体，晶界添加合金可以进一步提升矫顽力。烧结和热处理工艺，是针对含铈稀土永磁体新的微观结构和相组成所开发的新工艺，能够进一步实现磁体矫顽力的提高。