CN107610865A

CN107610865A - 钕铁硼永磁材料的制备方法

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Publication number: CN107610865A
Application number: CN201710960245.2A
Authority: CN
Inventors: 付建龙; 刘国征; 赵明静; 李泉; 高岩
Original assignee: Baotou Rare Earth Research Institute; Ruike Rare Earth Metallurgy and Functional Materials National Engineering Research Center Co Ltd
Current assignee: Baotou Rare Earth Research Institute; Ruike Rare Earth Metallurgy and Functional Materials National Engineering Research Center Co Ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本发明公开了一种钕铁硼永磁材料的制备方法，包括：配置制取钕铁硼永磁材料的原料，用镨钕钆合金来提供所需钆元素，用钆部分替代镝或者铽，按照将下列元素质量百分比配料：Pr‑Nd：28‑31％，Gd：0‑1.2％，Co：0.5‑0.9％，Cu：0.1‑0.3％，Al：0.1‑0.5％，Nb：0.1‑0.4％，Ga：0.1‑1％，B：0.95‑1.2％，以及Dy：0.6‑1.8％或者Tb：0‑1.5％，余量为Fe；原料经合金熔炼、氢破碎处理、制粉、磁场取向并压制成型、烧结、热处理后得到钕铁硼永磁材料。本发明通过添加镨钕钆合金来制备钕铁硼永磁材料，能够有效降低钕铁硼的生产成本，提高产品稳定性。

Description

钕铁硼永磁材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种永磁材料的制备方法，具体说，涉及一种钕铁硼永磁材料的制备方法。

背景技术

目前，钕铁硼永磁材料被广泛应用于电子、汽车、计算机、能源、机械、医疗器械等众多领域。传统高性能钕铁硼永磁材料制造工艺主要利用Dy、Tb等稀土重元素取代钕铁硼中Nd元素来提高矫顽力。然而由于Dy、Tb等稀土重元素较为稀缺，造成了生产成本的大幅提高。近年来有报道研究采用Gd替代Nd元素也能大幅提高矫顽力，从而可以降低高性能钕铁硼永磁材料的生产成本。但是如果在熔炼合金的时候直接加入Gd金属，由于Gd金属熔点较高，难以熔炼很难达到成分均匀一致，同时纯度也很难达到生产高性能钕铁硼所需原材料的要求。

专利公开号CN103924266A公开了一种熔盐共沉积电解制备镨钕钆合金的方法，以石墨块作阳极，钼棒为惰性阴极，钼坩埚作为镨钕钆合金接受器，在重量比氟化稀土：氟化钆：氟化锂＝(6-3)：(1.5-7):1组成的氟化物熔盐电解质体系中，加入电解原料：稀土氧化物和氧化钆的混合物，其用量的重量百分含量为稀土氧化物：氧化钆＝(99-35)％、(1-65)％，通以直流电，阳极电流密度0.5-2.0A/cm²，阴极电流密度为5-25A/cm²；电解温度为1030-1200℃电解得到稀土钆合金。其优点是：以简单氟化物电解质体系电解混合氧化物制得稀土钆合金，工艺流程简单，成本低，产品成分稳定，工艺过程仅产生CO₂和少量CO，对环境污染小，属于绿色环保工艺，适于大规模生产。

发明内容

本发明公开了一种钕铁硼永磁材料的制备方法，通过添加镨钕钆合金来制备钕铁硼永磁材料，能够有效降低钕铁硼的生产成本，提高产品稳定性。

技术方案如下：

一种钕铁硼永磁材料的制备方法，包括：

配置制取钕铁硼永磁材料的原料，用镨钕钆合金来提供所需钆元素，用钆部分替代镝或者铽，按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28-31％，Gd：0-1.2％，Co：0.5-0.9％，Cu：0.1-0.3％，Al：0.1-0.5％，Nb：0.1-0.4％，Ga：0.1-1％，B：0.95-1.2％，以及Dy：0.6-1.8％或者Tb：0-1.5％，余量为Fe；

原料经合金熔炼、氢破碎处理、制粉、磁场取向并压制成型、烧结、热处理后得到钕铁硼永磁材料。

进一步：

将配置好的原料放入真空速凝感应熔炼炉，抽真空到小于1.5Pa的条件下充入Ar气进行加热熔化，完全熔化后精炼5-10分钟，将钢液浇到旋转的冷却铜辊，浇铸温度控制在1440-1480℃之间，制备出厚度约为0.2-0.4mm合金铸片；

采用低温吸氢和500℃-550℃高温脱氢的方式在氢处理炉中将合金铸片进行粗破碎；利用气流磨制粉，通过调研磨气体压力和分选机转速控制磁粉粒度分布，制备出平均粉末粒度为1.5-4.5μm的磁粉；

将磁粉称好后，放入适合的磁场成型压机模具内，在磁场强度大于2T的磁场中取向并压制成型，然后退磁取出压坯，抽真空封装，再将封装好的坯料放入等静压机中加压到150-200MPa，保压一段时间后取出压坯；

将压坯放入高真空炉进行烧结，待真空度达到5×10-2Pa时开始提升温度到400℃，保持2-4小时；继续升温至800℃，保温2-4小时；最后升温至1035℃-1090℃，保温2-4h；

在高真空烧结炉进行三段段时效热处理，第一热处理温度1000-1030℃，保温1.5-3.5小时后充入Ar气冷却到90℃以下；第二热处理温度850-900℃，保温1.5-3.5小时后充入Ar气冷却到70℃以下；第三级热处理温度450-650℃，保温1.5-3.5小时风冷到70℃以下，得到钕铁硼永磁材料。

进一步：原料中Fe：62.5-69.5％。

进一步：镨钕钆合金中钆(Gd)含量19.5wt％，镨(Pr)和钕(Nd)的含量小于80.5wt％。

进一步：整个生产过程都是在惰性气体保护下进行的，制备磁体的环境氧含量不高于50ppm，保证烧结后磁体氧含量低于1000ppm。

进一步：按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：1.3％；Gd：0.2％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

进一步：按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：1.1％；Gd：0.4％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

进一步：按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：0.8％；Tb：0.7％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％。

进一步：按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：0.8％；Tb：0.6％；Gd：0.2％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

进一步：按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：0.9％；Tb：0.5％；Gd：0.3％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

与现有技术相比，本发明技术效果包括：

本发明在配料熔炼过程中加入镨钕钆合金，利用钆来部分替代重稀土元素Dy或者Tb。钆元素是以镨钕钆合金的形式提供，克服了单独添加金属钆造成的成分不均匀难以熔炼等问题，而且镨钕钆合金制备方便，有效降低了钕铁硼的生产成本。

具体实施方式

下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

本发明一种钕铁硼永磁材料制备方法，通过添加镨钕钆合金作为原材料取代部分重稀土元素，能够低成本生产高性能钕铁硼，具体步骤如下：

步骤1：配置制取钕铁硼永磁材料的原料，用钆部分替代镝或者铽，用镨钕钆合金来提供所需钆元素，按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28-31％；钆(Gd)：0-1.2％；钴(Co)：0.5-0.9％；铜(Cu)：0.1-0.3％；铝(Al)：0.1-0.5％；铌(Nb)：0.1-0.4％；镓(Ga)：0.1-1％；硼(B)：0.95-1.2％和铁(Fe)：62.5-69.5％，镝(Dy)：0.6-1.8％或者铽(Tb)：0-1.5％；

在配料中加入一定量的镨钕钆合金，通过钆元素替代重稀土元素，用钆部分替代镝、铽中的一种或者两种元素；在保持性能稳定的前提下能够有效生产成本，可用于制造低成本高性能的钕铁硼永磁材料。钆元素以镨钕钆合金状态加入，镨钕钆合金中钆(Gd)含量19.5wt％，镨(Pr)和钕(Nd)的含量小于80.5wt％。

步骤2：合金熔炼；

将配置好的原料放入真空速凝感应熔炼炉，抽真空到小于1.5Pa的条件下充入Ar气进行加热熔化，完全熔化后精炼5-10分钟，将钢液浇到旋转的冷却铜辊，浇铸温度控制在1440-1480℃之间，制备出厚度约为0.2-0.4mm合金铸片。

步骤3：氢处理；

采用低温吸氢和500℃-550℃高温脱氢的方式在氢处理炉中将合金铸片进行粗破碎。

步骤4：制粉；

利用气流磨制粉，通过调研磨气体压力和分选机转速控制磁粉粒度分布，制备出平均粉末粒度为1.5-4.5μm的磁粉。

步骤5：磁场取向并压制成型；

将磁粉称好后，放入适合的磁场成型压机模具内，在磁场强度大于2T的磁场中取向并压制成型，然后退磁取出压坯，抽真空封装，再将封装好的坯料放入等静压机中加压到150-200MPa，保压一段时间后取出压坯。

步骤6：烧结；

将压坯放入高真空炉进行烧结，待真空度达到5×10^-2Pa时开始提升温度到400℃，保持2-4小时；继续升温至800℃，保温2-4小时；最后升温至1035℃-1090℃，保温2-4h。

步骤7：热处理；

在高真空烧结炉进行三段段时效热处理，第一热处理温度1000-1030℃，保温1.5-3.5小时后充入Ar气冷却到90℃以下；第二热处理温度850-900℃，保温1.5-3.5小时后充入Ar气冷却到70℃以下；第三级热处理温度450-650℃，保温1.5-3.5小时风冷到70℃以下。

整个生产过程都是在惰性气体保护下进行的，制备磁体的环境氧含量不高于50ppm，保证烧结后磁体氧含量低于1000ppm。

实施例1

(1)按照将下列质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：1.5％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

(2)将配制的原料投入真空速凝铸片炉里，抽真空到1Pa的条件下充入Ar气保护进行加热熔化，精炼结束后将钢液浇到旋转的冷却铜辊上，制备出厚度约为0.2-0.4mm合金铸片；然后采用低温吸氢和550℃高温脱氢的方式在氢处理炉中将合金铸片进行粗破碎获得氢处理粉；将氢处理粉在气流磨里研磨制备出平均粒度2.9um的磁粉；在磁场强度大于2T的磁场中取向并压制成型，将压制成型后的生坯进行真空封装，然后放入等静压机中加压至150-200MPa，保压10秒后取出生坯；将等静压后的生坯放入真空烧结炉里进行烧结，待真空度达到5×10^-2Pa时开始提升温度到400℃，保持2小时，继续升温至800℃，保温2小时，最后升温至1065℃-1090℃，保温4h后，充入0.8个大气压的氩气冷却到70℃以下；然后在高真空烧结炉进行三段时效热处理，第一热处理温度1030℃，保温1.5小时后充入0.8个大气压Ar气冷却到70℃以下；第二热处理温度890℃，保温2小时后充入0.8个大气压Ar气冷却到70℃以下；第三级热处理温度480℃，保温3小时风冷到70℃。

(3)将烧结完后的毛坯进行密度和磁性能测量。

实施例2

(1)按照将下列质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：1.3％；Gd：0.2％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

(2)后续生产步骤和工艺与实施例1相同。

实施例3

(1)按照将下列质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：1.1％；Gd：0.4％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

(2)后续生产步骤和工艺与实施例1相同。

实施例4

(1)按照将下列质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：0.8％；Tb：0.7％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％。

(2)后续生产步骤和工艺与实施例1相同。

实施例5

(1)按照将下列质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：0.8％；Tb：0.6％；Gd：0.2％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

(2)后续生产步骤和工艺与实施例1相同。

实施例6

(1)按照将下列质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：0.9％；Tb：0.5％；Gd：0.3％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

(2)后续生产步骤和工艺与实施例1相同。

实施例1～6的各项性能指标如表1所示。

表1

从表1的可以看出：

1、用质量百分比为0.2wt％的Gd取代Dy，磁体的矫顽力(HcJ)至少能保持在17.5KOe以上或者更高，最大磁能积(BH)max至少为44.5MGOe。

2、用质量百分比为0.4wt％的Gd取代Dy，磁体的矫顽力(HcJ)至少能保持在17.2KOe以上或者更高，最大磁能积(BH)max至少为44.5MGOe。

3、用质量百分比为0.2wt％的Gd取代Dy和Tb，磁体的矫顽力(HcJ)至少能保持在19KOe以上或者更高，最大磁能积(BH)max至少为44MGOe。

4、用质量百分比为0.4wt％的Gd取代Dy和Tb，磁体的矫顽力(HcJ)至少能保持在18.8KOe以上或者更高，最大磁能积(BH)max至少为44.5MGOe。

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims

1.一种钕铁硼永磁材料的制备方法，包括：

2.如权利要求1所述钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于：

将压坯放入高真空炉进行烧结，待真空度达到5×10^-2Pa时开始提升温度到400℃，保持2-4小时；继续升温至800℃，保温2-4小时；最后升温至1035℃-1090℃，保温2-4h；

3.如权利要求1或者2所述钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于：原料中Fe：62.5-69.5％。

4.如权利要求1或者2所述钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于：镨钕钆合金中钆(Gd)含量19.5wt％，镨(Pr)和钕(Nd)的含量小于80.5wt％。

5.如权利要求1或者2所述钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于：整个生产过程都是在惰性气体保护下进行的，制备磁体的环境氧含量不高于50ppm，保证烧结后磁体氧含量低于1000ppm。

6.如权利要求1或者2所述钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于，按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：1.3％；Gd：0.2％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

7.如权利要求1或者2所述钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于，按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：1.1％；Gd：0.4％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

8.如权利要求1或者2所述钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于，按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：0.8％；Tb：0.7％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％。

9.如权利要求1或者2所述钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于，按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：0.8％；Tb：0.6％；Gd：0.2％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。

10.如权利要求1或者2所述钕铁硼永磁材料的制备方法，其特征在于，按照将下列元素质量百分比配料：Pr-Nd：28.5％；Dy：0.9％；Tb：0.5％；Gd：0.3％；Co：0.8％；Cu：0.2％；Al：0.3％；Nb：0.2％；Ga：0.2％；B：0.98％和其余含量的Fe。