一种高丰度稀土永磁材料及其制备方法

1.本发明属于稀土永磁材料领域，具体涉及一种高丰度稀土永磁材料及其制备方法。


背景技术：

2.nd-fe-b永磁材料因其优异的磁性能，已经广泛应用于家用电器、混合动力汽车、风力发电、航空航天等诸多领域。在nd-fe-b永磁材料中，常用稀土元素nd、pr、dy、tb的大量消耗导致原料成本越来越昂贵，尤其nd和pr的消耗占据了80wt.％以上，同时被伴生开采出的高丰度稀土la、ce等被大量积压，加剧了稀土资源利用的不均衡性。目前，考虑到高丰度稀土元素ce存储量丰富和价格成本低等特点，将ce引入nd-fe-b磁体中制备新型含ce磁体引起了广泛关注。
3.在烧结磁体中，已经通过ce替代部分nd/pr制备了高丰度稀土永磁体，磁性能会随着ce含量升高而降低。烧结磁体中ce替代量通常为20～30wt.％，其矫顽力低于12koe，性能满足不了市场应用。主要原因有：第一，ce2fe
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b相的内禀磁性能低直接影响磁性能。第二，过多ce含量易与fe形成cefe2杂相，破坏主相稳定性且稀释磁性。第三，烧结磁体微米晶结构也限制矫顽力的提升。以上几点因素制约了烧结含ce稀土永磁体的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高丰度稀土永磁材料及其制备方法，通过成分比例的选择和相应工艺的配合，使得高ce含量的永磁材料的磁性能优异。
5.实现本发明目的的技术解决方案为：一种高丰度稀土永磁材料的制备方法，包括如下步骤：
6.步骤(1)：称取原材料：对化学式re
x
fe
100-x-y-zmybz
按质量比进行配料，其中re为ce、nd、pr稀土元素的一种或几种，m为co、al、ga元素中一种或几种，25≤x≤32，3≤y≤8，0.8≤z≤1.4，re:(fe,m):b按质量比29:70:1，稀土元素ce含量占总稀土含量的25～30％质量比；
7.步骤(2)：制备磁粉：对步骤(1)称取的原料依次进行感应熔炼、快淬甩带、机械破碎和筛选粒径，获得晶粒尺寸为20-100nm的磁粉；
8.步骤(3)：热压成型：将步骤(2)制备的磁粉放置在模具中，在真空环境下温度保持在600-700℃、施加150-250mpa的压力、保持1-3分钟，得到致密热压毛坯；
9.步骤(4)：热变形成型：对步骤(3)得到的致密热压毛坯在800-900℃、50-150mpa下进行形变量不小于70％的变形，保持30-60秒后，得到热变形磁体。
10.进一步的，步骤(2)中快淬甩带的甩带速率为5-30m/s。
11.进一步的，步骤(3)制备的致密热压毛坯的直径为16
±
2mm，高度为10
±
1mm。
12.进一步的，步骤(4)制备的热变形磁体的直径为30
±
3mm，高度为3
±
0.3mm。
13.一种高丰度稀土永磁材料，采用上述的方法制备。
14.进一步的，永磁材料由re2fe
14
b主相和晶界相组成，所述re2fe
14
b主相为片状纳米
晶。
15.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
16.本发明采用更廉价的ce替代25～30wt.％的nd/pr，降低材料成本；本发明通过合理的设置原料的组分，并通过后续的热压/热变形成型，因为热压/热变形成型的短时间较低温度的过程抑制了cefe2杂相形成，能够使得最终材料由稳定的主相和晶界组成，提高了高含ce量永磁材料的性能；另外，热压/热变形技术是制备的永磁体具有片状纳米晶结构，比微米晶的烧结磁体能获得更高矫顽力。
附图说明
17.图1是高丰度稀土永磁体室温退磁曲线图。
18.图2是高丰度永磁体横截面室温xrd图。
19.图3是高丰度永磁体扫描电镜图。
具体实施方式
20.实施例
21.(1)对化学式按质量比为re
x
fe
100-x-y-zmybz
的成分进行配料和感应熔炼，其中re为ce、nd、pr稀土元素，m为co、al、ga元素中一种或几种，25≤x≤32，3≤y≤8，0.8≤z≤1.4，re:(fe,m):b按质量比29:70:1，高丰度稀土元素ce含量占总稀土含量的30％质量比。
22.(2)将感应熔炼好的re
x
fe
100-x-y-zmybz
母合金放入单辊甩带炉进行快淬甩带，辊速为10m/s，获得快淬条带，其晶粒尺寸为20-100nm。
23.(3)将re
x
fe
100-x-y-zmybz
快淬条带进行机械破碎，然后筛选成粒径一致的快淬磁粉。
24.(4)将re
x
fe
100-x-y-zmybz
快淬磁粉放入直径为16.3mm的热压模具中，在真空环境中对磁粉加热至650℃，施加压力为200mpa，保持温度和压力2分钟，得到高度为10mm的致密热压毛坯。
25.(5)将热压毛坯放入直径为30mm的热变形模具中，在真空环境中对热压毛坯加热至850℃，施加压力为60mpa，样品在施加压力方向的形变量为70％后，保持温度和压力30秒，最后获得高度为3mm的热变形磁体。
26.(6)对步骤(5)制备的磁体采用脉冲磁场测量仪(pfm)测量磁体退磁曲线。图1是高丰度稀土永磁体室温退磁曲线图。可以看出矫顽力为14.4koe，剩磁为12.5kgs，最大磁能积为37.3mgoe，
27.(7)对步骤(5)制备的磁体采用x射线衍射仪(xrd)测量高丰度永磁体横截面的物相结构。图2是高丰度永磁体横截面室温xrd图。可以看出该高丰度永磁体主要特征峰皆属于nd-fe-b的特征峰，具有2:14:1主相结构，无明显杂峰。
28.(8)对步骤(5)制备的磁体采用扫描电子显微镜(sem)测量高丰度永磁体的微观形貌。图3是高丰度永磁体扫描电镜图。可以看出通过热压/热变形技术制备的高丰度稀土永磁体其主相为片状纳米晶结构。


技术特征：
1.一种高丰度稀土永磁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：称取原材料：对化学式re
x
fe
100-x-y-z
m
y
b
z
按质量比进行配料，其中re为ce、nd、pr稀土元素的一种或几种，m为co、al、ga元素中一种或几种，25≤x≤32，3≤y≤8，0.8≤z≤1.4，re:(fe,m):b按质量比29:70:1，稀土元素ce含量占总稀土含量的25～30％质量比；步骤(2)：制备磁粉：对步骤(1)称取的原料依次进行感应熔炼、快淬甩带、机械破碎和筛选粒径，获得晶粒尺寸为20-100nm的磁粉；步骤(3)：热压成型：将步骤(2)制备的磁粉放置在模具中，在真空环境下温度保持在600-700℃、施加150-250mpa的压力、保持1-3分钟，得到致密热压毛坯；步骤(4)：热变形成型：对步骤(3)得到的致密热压毛坯在800-900℃、50-150mpa下进行形变量不小于70％的变形，保持30-60秒后，得到热变形磁体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中快淬甩带的甩带速率为5-30m/s。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(3)制备的致密热压毛坯的直径为16
±
2mm，高度为10
±
1mm。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(4)制备的热变形磁体的直径为30
±
3mm，高度为3
±
0.3mm。5.一种高丰度稀土永磁材料，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的方法制备。6.根据权利要求5所述的永磁材料，其特征在于，永磁材料由re2fe
14
b主相和晶界相组成，所述re2fe
14
b主相为片状纳米晶。

技术总结
本发明属于稀土永磁材料领域，具体涉及一种高丰度稀土永磁材料及其制备方法。包括如下步骤：(1)称取原材料：对化学式Re


技术研发人员：陈斌 龚元元
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/1