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1、(10)申请公布号 CN 102982935 A(43)申请公布日 2013.03.20CN102982935A*CN102982935A*(21)申请号 201210506356.3(22)申请日 2012.11.30H01F 1/053(2006.01)B22F 3/03(2006.01)(71)申请人钢铁研究总院地址 100081 北京市海淀区学院南路76号(72)发明人李卫 赖彬 朱明刚 汪旭超郭朝晖 张珂 王会杰(74)专利代理机构北京铭硕知识产权代理有限公司 11286代理人张军(54) 发明名称一种无重稀土永磁材料及其热压制备方法(57) 摘要本发明公布了一种无重稀土永磁材料及其。
2、热压制备方法。所述无重稀土永磁材料的成分按重量百分比为：RExFe100-x-y-z-aCoyTMzBa，其中RE为钕和/或镨，x为10-40，y为大于0小于等于10，a为0.8-1.5，z为大于0小于等于1.5，TM是除Co之外添加至少一个或多个过渡族元素。所述无重稀土永磁材料的热压制备方法包括把电弧熔炼或感应熔炼制备的铸锭作为母合金使用铜辊或钼辊快淬制成薄带，然后将所述薄带破碎后通过磁选和筛选成均匀统一的磁粉，然后对磁粉进行热压热变形处理制成磁性能较高的各向异性磁体。本发明公开的制备方法中热变形温度低，时间短，在原材料和能源方面降低了热压永磁材料的成本。(51)Int.Cl.权利要求书1页。
3、 说明书5页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页1/1页21.一种无重稀土永磁材料，其特征在于，所述无重稀土永磁材料的成分按重量百分比为：RExFe100-x-y-z-aCoyTMzBa，其中RE为钕和/或镨，x为10-40，y为大于0小于等于10，a为0.8-1.5，TM是除Co之外添加至少一个或多个过渡族元素，z为大于0小于等于1.5。2.如权利要求1所述的无重稀土永磁材料，其特征在于，所述无重稀土永磁材料的中的TM是Ga，Al，Nb，Cu，其中，Ga占总量的重量百分比为大于0小于等于0.7%，Al占总量的重量百。
4、分比为大于0小于等于0.2%，Nb占总量的重量百分比为大于0小于等于1.5%，Cu占总量的重量百分比为大于0小于等于0.2%。3.如权利要求2所述的无重稀土永磁材料，其特征在于，所述无重稀土永磁材料中的TM在晶界抑制晶粒的长大，使得所述无重稀土永磁材料晶粒尺寸统一，分布均匀。4.如权利要求1所述的无重稀土永磁材料，其特征在于，所述无重稀土永磁材料的矫顽力大于17kOe，磁能积大于50MGOe。5.一种无重稀土永磁材料的热压制备方法，其特征在于，所述热压制备方法包括下述步骤：（1）配料：NdFeB合金按照下述重量百分比配置原材料RExFe100-x-y-z-aCoyTMzBa，其中RE为钕和/或。
5、镨，x为10-40，y为大于0小于等于10，a为0.8-1.5，z为大于0小于等于1.5，TM是除Co之外添加至少一个或多个过渡族元素；（2）熔炼：将配置好的原料放入电弧炉熔炼或者感应炉熔炼制备铸锭；（3）快淬：将通过熔炼后制备的铸锭熔融加热至温度为1300左右，喷射到冷却辊上，进行快淬处理，冷却辊的转速为15-30m/s，在保护气氛下进行快淬处理，制备的快淬薄带带厚为20-50m，可以完全为晶态，也可以包含部分非晶带；（4）快淬薄带的破碎：利用机械破碎或者球磨破碎；（5）磁选和筛选：快淬带破碎后通过磁选去除快淬带中易磁化的带子，丝状物；通过研磨和筛选，制成颗粒度为0.1mm-0.45mm的尺。
6、寸均匀的磁粉；（6）热压/热变形：对得到的磁粉在550-650的温度，压力为150-250MPa，高温保温时间为1min-1.5min，成型密度为7.58-7.6g/cm3下进行热压致密化；热变形过程使用的温度为800-850，高温保温时间为2min-4min，最终制得无重稀土永磁材料，其中，热压成型的第二模具直径大于第一模具直径，用于实现热压磁体的流变取向过程。6.根据权利要求书5所述的方法，其特征在于，所述热压制备方法中的的TM是Ga，Al，Nb，Cu，其中，Ga占总量的重量百分比为大于0小于等于0.7%，Al占总量的重量百分比为大于0小于等于0.2%，Nb占总量的重量百分比为大于0小于等。
7、于1.5%，Cu占总量的重量百分比为大于0小于等于0.2%。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热压制备方法中的TM在晶界抑制晶粒的长大，使得所述无重稀土永磁材料晶粒尺寸统一，分布均匀。8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热压制备方法制得的无重稀土永磁材料的矫顽力大于17kOe，磁能积大于50MGOe，主要组成为Nd2Fe14B四方相。9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热压制备方法中快淬步骤中所使用的冷却辊轮是铜辊或钼辊。10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热压制备方法获得的磁粉适于制备常规使用的各向异性热压磁体。权 利 要 求 书CN 102982935。
8、 A1/5页3一种无重稀土永磁材料及其热压制备方法技术领域0001 本发明涉及永磁材料技术领域，特别是一种无重稀土、低成本永磁材料及其热压制备方法。背景技术0002 通过热压/热变形处理可以制备性能优异的全密度各向异性NdFeB永磁体，由于其独特的制备工艺和可近终成型的特点，与粉末冶金烧结工艺已经成为制备全密度各向异性高性能NdFeB材料的两种基本生产工艺路线，相关文献可以参考申请号为2007101708.8的中国发明专利申请公开高性能辐向磁环及其制备方法，该方法通过对快淬粉进行热压热变形处理，降低氧含量，改善磁体均匀性，提高了磁体的磁性能。但其成分含有重稀土元素，没有考虑材料和能源成本。由于。
9、现状下重稀土的价格相比2007年有较大的提升，必须考虑节省原材料材料的成本。重稀土的添加可以提高热压磁体的矫顽力，但重稀土的添加会降低磁体的磁性能，增加热变形过程（制备磁体过程）中的温度和使用压力，在原材料和能源方面增加了较高的成本。发明内容0003 本发明的技术内容是针对上述的技术现象而提供一种低成本无重稀土而添加相应元素（由于添加量较小，在下文中称为微量元素）在永磁材料剩磁和最大磁能积变化不大的情况下提高热压无重稀土永磁材料矫顽力和适用范围的方法，所得磁体的矫顽力大大提高。对添加的相应元素成分的控制，在熔炼之后，进入晶界一直晶粒的长大，使得制备的快淬带中的等轴晶尺寸统一，分布均匀。0004。
10、 根据本发明的一方面，提供一种无重稀土永磁材料，所述无重稀土永磁材料的成分按重量百分比为：RExFe100-x-y-z-aCoyTMzBa，其中RE为钕和/或镨，x为10-40，y为大于0小于等于10，a为0.8-1.5，TM是除Co之外添加至少一个或多个过渡族元素，z为大于0小于等于1.5。0005 该无重稀土永磁材料的中的TM是Ga，Al，Nb，Cu中的一种或多种，其中，Ga占总量的重量百分比为大于0小于等于0.7%，Al占总量的重量百分比为大于0小于等于0.2%，Nb占总量的重量百分比为大于0小于等于1.5%，Cu占总量的重量百分比为大于0小于等于0.2%。0006 无重稀土永磁材料中的。
11、TM在晶界抑制晶粒的长大，使得所述无重稀土永磁材料晶粒尺寸统一，分布均匀。0007 所述无重稀土永磁材料的矫顽力大于17kOe，磁能积大于50MGOe。0008 根据本发明的另一方面，提供一种无重稀土永磁材料的热压制备方法，该方法包括下述步骤：（1）配料：NdFeB合金按照下述重量百分比配置原材料RExFe100-x-y-z-aCoyTMzBa，其中RE为钕和/或镨，x为10-40，y为大于0小于等于10，a为0.8-1.5，z为大于0小于等于1.5，TM是除Co之外添加至少一个或多个过渡族元素；（2）熔炼：将配置好的原料说 明 书CN 102982935 A2/5页4放入电弧炉熔炼或者感应炉。
12、熔炼制备铸锭；（3）快淬：将通过熔炼后制备的铸锭熔融加热至温度为1300左右，喷射到冷却辊上，进行快淬处理，冷却辊的转速为15-30m/s，在保护气氛下进行快淬处理，制备的快淬薄带带厚为20-50m，可以完全为晶态，也可以包含部分非晶带；（4）快淬薄带的破碎：利用机械破碎或者球磨破碎；（5）磁选和筛选：快淬带破碎后通过磁选去除快淬带中易磁化的带子，丝状物；通过研磨和筛选，制成颗粒度为0.1mm-0.45mm的尺寸均匀的磁粉；（6）热压/热变形：对得到的磁粉在550-650的温度，压力为150-250MPa，高温保温时间为1min-1.5min，成型密度为7.58-7.6g/cm3下进行热压致密。
13、化；热变形过程使用的温度为800-850，高温保温时间为2min-4min，最终制得无重稀土永磁材料，其中，热压成型的第二模具直径大于第一模具直径，用于实现热压磁体的流变取向过程。0009 所述热压制备方法中的的TM是Ga，Al，Nb，Cu，其中，Ga占总量的重量百分比为大于0小于等于0.7%，Al占总量的重量百分比为大于0小于等于0.2%，Nb占总量的重量百分比为大于0小于等于1.5%，Cu占总量的重量百分比为大于0小于等于0.2%。0010 所述热压制备方法中的TM在晶界抑制晶粒的长大，使得所述无重稀土永磁材料晶粒尺寸统一，分布均匀。0011 所述热压制备方法制得的无重稀土永磁材料的矫顽力。
14、大于17kOe，磁能积大于50MGOe，主要组成为Nd2Fe14B四方相。0012 所述热压制备方法中快淬步骤中所使用的冷却辊轮是铜辊或钼辊。0013 所述热压制备方法获得的磁粉适于制备常规使用的各向异性热压磁体。0014 与现有技术相比，本发明的优点在于：在配料时不添加重稀土，把电弧熔炼或感应熔炼制备的铸锭作为母合金，通过使用钼辊进行快淬制成薄带，再将薄带破碎后通过磁选和筛选成均匀统一的磁粉，然后对磁粉进行热压热变形处理制成磁性能较高的各向异性热压磁体。所述方法中的添加的TM可以在晶界抑制晶粒的长大，使得所述永磁材料晶粒尺寸统一，分布均匀。附图说明0015 通过下面结合示例性地示出一例的附图。
15、进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：0016 图1是不添加微量元素Nb时快淬粉的截面形貌；0017 图2是添加占总质量百分比为0.5%的微量元素Nb时快淬粉的截面形貌；0018 图3是添加占总质量百分比为1.0%的微量元素Nb时快淬粉的截面形貌；0019 图4是添加占总质量百分比为1.5%的微量元素Nb时快淬粉的截面形貌。具体实施方式0020 以下，参照实施例和附图来详细说明本发明的设计思想。0021 由于重稀土造成的成本和燃料消耗，本发明通过采用添加微量元素，以达到与添加重稀土达到的性能相同的性能。0022 本发明的无重稀土永磁材料及其制备方法是在配料时不添加重稀。
16、土，在原材料方面降低了成本。添加Ga，Nb，Al，Cu等微量元素改善快淬带的结构，使得磁体能够较好的热说 明 书CN 102982935 A3/5页5压热变形，最终极大的增强各向异性磁体的矫顽力，使制备的热变形磁体的矫顽力在17kOe以上；在热压热变形过程中，由于无重稀土添加，相对于重稀土添加后磁体的热变形过程，无重稀土永磁合金更易于变形，降低了热变形过程使用的温度和形变压力以及高温保温时间，从能源的角度也降低了成本。无重稀土的添加，降低了成本，通过添加Ga，Nb等元素在一定条件下达到和添加重稀土时同样的提高磁体的矫顽力的效果，达到了常规使用的要求，扩展了热压磁体的适用范围。0023 本发明把。
17、电弧熔炼或感应熔炼制备的铸锭作为母合金，使用钼辊或铜辊做冷却辊，通过快淬制成薄带，然后将带子破碎后通过磁选和筛选成均匀统一的磁粉，然后对磁粉进行热压热变形处理制成磁性能较高的各向异性磁体。其优点是在配料时添加Ga，Nb，Al，Cu等元素改善快淬带的结构，使得磁体能够较好的热压热变形，最终极大的增强各向异性磁体的矫顽力，从而达到常规使用的要求。所述方法获得的磁粉可以适于制备常规使用的各向异性热压磁体。0024 本发明首先按照RExFe100-x-y-z-aCoyTMzBa，的重量百分比配置原材料，其中RE为钕和/或镨，x为10-40，y为大于0小于等于10，a为0.8-1.5，z为大于0小于等于。
18、1.5，在配置原材料的过程中加入TM微量元素，即Ga，Al，Nb，Cu；其中，Ga占总量的重量百分比为大于0小于等于0.7%，Al占总量的重量百分比为大于0小于等于0.2%，Nb占总量的重量百分比为大于0小于等于1.5%，Cu占总量的重量百分比为大于0小于等于0.2%。在下面的实施例中着重描述添加的Ga元素以及Nb元素所制备的无重稀土永磁材料性能。按照上述质量百分比配置好原料后放入电弧炉或者感应炉中熔炼，熔炼的温度根据添加元素的具体熔点设定。将熔炼好的铸锭加热熔融直到温度达1300左右时，向冷却辊喷射，冷却辊的速度控制在15m/s-30m/s，保护气氛为一定压力的氩气，制得一定厚度的快淬带。经。
19、破碎后，进行磁选和筛选，制成颗粒度均匀的磁粉。对得到的磁粉进行热压/热变形处理，参数按照合理范围内进行选取。0025 实施例10026 将快淬粉原料按重量百分比为RE29.9Fe63.2-zCo6TMzB0.9配置，其中RE为钕，TM为Ga，在实施例1中，Ga的含量分别为占总质量的百分比（wt.%）为0、0.3、0.5和0.7，即，z取0、0.3、0.5和0.7。首先，将含Ga占总质量0.3wt.%的配料加热熔融到温度为1300左右，喷射到冷却辊上，冷却辊的转速为15m/s，在Ar气保护气氛的气压为2105Pa下进行快淬处理，制备的快淬薄带带厚为20m，包含部分非晶带,利用机械破碎粗破碎，而后。
20、利用球磨破碎进行细破碎，快淬带破碎后通过磁选去除快淬带中易磁化的带子，丝状物，通过研磨和筛选，制成颗粒度为0.1mm的尺寸均匀的磁粉,对得到的磁粉在600，压力为150MPa，高温保温1min，成型密度为7.58g/cm3下进行热压致密化，热变形过程使用的温度为850，高温保温时间为2min，经过上述步骤后制备的永磁材料进行检测后，列出各种数据，含量和磁性能分别为表1所示，将Ga占总质量0.5wt.%的配料按照上述步骤，加热熔融到温度为1300左右，喷射到冷却辊上，冷却辊的转速为30m/s，在Ar气保护气氛的气压为3105Pa下进行快淬处理制成30m的快淬带，而后在650，压力为250MPa，。
21、保温1.5min，成型密度为7.6g/cm3下进行热压致密化，热变形过程使用温度为850，高温保温时间为2min，经过上述步骤后制备的永磁材料进行检测后，列出各种数据。不再详细描述Ga含量占总质量百分比为0wt.%和0.7wt.%的成分的磁粉的制备，其制备方法与上述相同。下面列出各项数说 明 书CN 102982935 A4/5页6据，进行详细说明。0027 表1添加不同微量元素Ga时各向异性热压磁体的磁性能0028 0029 通过表1中的数据得知，按照上述配比原料制备所得的无重稀土永磁材料的矫顽力（Hcj）较高，大于17kOe，样品磁能积大于50MGOe。其中，如表1中数据所示，Ga含量为0。
22、.0时，矫顽力值低于17kOe，作为对比，添加微量的Ga比不添加Ga极大的增强了磁体的矫顽力。0030 实施例20031 利用与上述实施例1相同的方法制备实施例2所述的磁粉，将快淬粉原料按重量百分比为RE29.9Fe65.2-zCo4TMzB0.9配置，RE为钕，其中TM为Nb，在实施例2中，Nb的含量分别为占总质量的百分比（wt.%）为0.05和0.1，经过上述步骤制备所得永磁材料，在热压/热变形步骤中，两种成分的合金均采用不同的温度进行热压，即，温度分别为550、600以及650，相同的成分经过不同的温度处理后，所述永磁材料经性能检测，数据如下表所示。0032 表2、添加微量元素Nb后不同。
23、热压温度各向异性热压磁体的磁性能0033 0034 0035 通过表中的数据得知，微量元素Nb的添加相对于无微量元素添加时较大的提高了磁体的内禀矫顽力，使得磁体内禀矫顽力（Hcj）大于17kOe，最大磁能积（(BH)m）大于50MGOe。说 明 书CN 102982935 A5/5页70036 在实施例2中，同时对添加了微量元素Nb后得到的永磁合金的金相组织进行检测并分析，考虑不同微量元素对微观组织的影响，测得的微观截面形貌，其中，图1是不添加微量元素Nb时快淬粉的截面形貌，图2是添加占总质量百分比为0.5%的微量元素Nb时快淬粉的截面形貌，图3是添加占总质量百分比为1.0%的微量元素Nb时快。
24、淬粉的截面形貌，图4是添加占总质量百分比为1.5%的微量元素Nb时快淬粉的截面形貌。图1到图4均是在相同SEM扫描电镜下相同倍率50000倍下的微观形貌图。0037 如图1所示，在不加元素Nb时制得的快淬粉的截面形貌，我们可以看出在粉体的尺寸较大，着Nb含量的添加，粉体逐渐细小均匀。参照表2，Nb含量的增加提高了磁体的内禀矫顽力，使得磁体矫顽力大于17kOe。而这和快淬带结构的改善有关。添加微量元素Nb细化了磁体的晶粒，改善了磁体的结构。0038 对实施例1和2所制得的磁粉进行X射线分析，所述磁粉的主要组成为Nd2Fe14B四方相。0039 为了描述的简便，这里省略了不同TM元素的实施例，其中Al元素和Cu元素的添加在微观上的作用与上述实施例基本相同。0040 虽然已经参照本发明实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行形式和细节上的各种改变。说 明 书CN 102982935 A1/2页8图1图2说 明 书 附 图CN 102982935 A2/2页9图3图4说 明 书 附 图CN 102982935 A。