專利名稱：：一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種低成本、低失重、高性能永磁性材料的制造方法，尤其是用釓鐵合金作為原材料制造釹鐵硼，即穩(wěn)定了產(chǎn)品的性能又降低了生產(chǎn)成本。
背景技術(shù)：
：目前，釹鐵硼永磁材料被廣泛應(yīng)用于電子、汽車、計算機、能源、機械、醫(yī)療器械等眾多領(lǐng)域，釹鐵硼的廣泛應(yīng)用對促進國民經(jīng)濟發(fā)展和提高社會進步起到了至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)燒結(jié)釹鐵硼工藝主要是通過添加重稀土元素Dy和Tb取代主相中的Nd來提高磁體的矯頑力，隨著重稀土元素Dy和Tb的匱乏，以及我國對該類稀土元素限制開采政策的出臺，重稀土元素Dy和Tb的價格逐漸走高，為了能夠降低原材料成本，提高市場競爭能力，近來一些釹鐵硼生產(chǎn)企業(yè)把目光轉(zhuǎn)向用價格相對便宜的其他稀土元素如Gd、Ho和La對Dy和Tb進行取代，就Gd對Dy和Tb進行取代而言，人們常在原料熔煉時直接加入金屬Gd或Gd203來降低釹鐵硼的生產(chǎn)成本，但金屬Gd的熔點較高，熔煉時要消耗很多能量，純度也很難達到生產(chǎn)高性能釹鐵硼所需原料的要求，以Gd203為原料容易引入氧元素破壞釹鐵硼的性能。本專利發(fā)明了一種用Gd-Fe合金作為原材料，利用Gd部分取代Dy和Tb生產(chǎn)低成本、低失重、高性能釹鐵硼的方法，該方法申請的專利相對較少，而且類似專利沒有系統(tǒng)研究釓取代Dy和Tb對產(chǎn)品性能的影響。北京有色金屬研究總院顏世宏等人報道了一種熔鹽電解制備釓鐵合金的方法，專利公開號CN101200806A，該專利報道了制備成本低廉釓鐵合金的方法，使本發(fā)明用釓鐵合金作為生產(chǎn)釹鐵硼的原材料成為了可能。中國專利CN10101698A報道的用釓鐵合金作為釹鐵硼的原材料，其原料配方，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品性能和本發(fā)明也有較大差別。中國專利CN101256861A重點研究了鈥代替鏑對燒結(jié)釹鐵硼磁體性能的影響，沒有系統(tǒng)研究釓代替鏑和鋱對其性能的影響，另外，其原料配方，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品性能和我們的發(fā)明也有較大差別。中國專利CN101447268A報道了添加納米釓化合物制備釹鐵硼合金，其原料主要為氧化釓、氯化釓和氟化釓等，其制備過程容易引入對提高釹鐵硼性能有害的氧、氯和氟等雜質(zhì)。本發(fā)明較詳細的研究了釓鐵合金作為原材料對釹鐵硼磁性能和耐腐蝕性的影響，認為該方法可以有效提高產(chǎn)品的性價比，提高釹鐵硼永磁體的市場競爭力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、低失重、高性能釹鐵硼永磁材料一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，能夠有效降低釹鐵硼的生產(chǎn)成本，提高市場競爭能力。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于(1)用釓部分替代鏑和鋱，用釓鐵合金來提供所需釓元素，將下列原子百分比的原料Nd:12.5-13.1%;Dy:0.5-0.7%;Tb:0.2-0.4%;Gd:0.2-0.5%;Co:0.5-2.0%;Cu:0.05-0.2%;A1:0.3-0.7%;Zr:0.02-0.1%;B:5.95-6.1%和53.5-85.5%的Fe混合在一起進行配料；(2)主要原料純度如下含Nd為80%的Pr-Nd合金；工業(yè)用99.8%的純Fe;含B為19-20X的B-Fe合金；含Dy為80%的Dy-Fe合金；含Gd為73-75%的Gd-Fe合金；其他原料均為純度》99.0%的金屬；(3)將配制好的原料放入真空中頻速凝感應(yīng)爐里，抽真空到小于lPa的條件下充入Ar氣保護進行加熱熔化，精煉結(jié)束后將鋼液澆到旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥上，制備出厚度約為0.25-0.35mm合金鑄片，澆鋼溫度控制在1450-150(TC之間，在氫碎爐里進行氫化合金鑄片，通過低溫吸氫和高溫脫氫反應(yīng)后合金鑄片變成非常疏松的顆粒，然后通過氣流磨制成平均粒度為3.0-5.0m的料粉；(4)料粉稱好后，放入適合的壓機模具內(nèi)，在磁場強度大于1.8T的磁場中取向并壓制成型，然后退磁取出生坯，抽真空封裝，再將封裝好的坯料放入等靜壓機中加壓15-20MPa，保壓后取出生坯；(5)將成型的生坯放入高真空爐里進行燒結(jié)，調(diào)節(jié)真空度達到2.1X10—乍a時開始提升溫度到800°C，保持該溫度3-5個小時后，調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度到1060°C_1120°C，保持該溫度1.5-2小時后充入Ar氣冷卻到90°C以下，然后在高真空爐里進行時效處理。吸氫反應(yīng)時反應(yīng)爐里氫氣壓力高于0.097MPa時，氫氣閥自動關(guān)閉，氫氣壓力下降到0.035MPa時，氫氣閥自動開啟，吸氫反應(yīng)2-3小時。脫氫時溫度控制在55(TC，反應(yīng)約6小時。在高真空爐里進行時效處理分兩級第一級時效溫度850°C_9501:，保持該溫度1.5-2小時后充入Ar氣冷卻到9(TC以下；第二級時效溫度490°C-55(TC，保溫2-2.5小時后充入Ar氣冷卻到90°C以下。整個生產(chǎn)過程都是在惰性氣體氬氣或氮氣保護下進行?！N添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其成分組成的原子含量百分比為Nd:12.8%;Dy:0.7%;Tb:0.4%;Co:1.0%;Cu:0.1%;A1:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95%和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)?！N添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其成分組成的原子含量百分比為Nd:12.8%;Dy:0.5%;Gd:0.2%;Tb:0.4%;Co:1.0%;Cu:0.1%;A1:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95%和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)。—種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其成分組成的原子含量百分比為Nd:12.8%;Dy:0.7%;Gd:0.2%;Tb:0.2%;Co:1.0%;Cu:0.1%;A1:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95%和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)。—種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其成分組成的原子含量百分比為Nd:12.8%;Dy:0.5%;Gd:0.4%;Tb:0.2%;Co:1.0%;Cu:0.1%;A1:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95%和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)。上述添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，禮元素以釓鐵(Gd-Fe)合金狀態(tài)加入，其中Gd含量為73wt^，鐵含量小于27wt^。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點用原子百分比為0.2at%的Gd取代Dy，磁體矯頑力(孔)至少能保持在18.5K0e或者更高，最大磁能積(BH)max至少為44MG0e，而原料成本約下降3%。用原子百分比為0.2at%的Gd取代Tb，磁體矯頑力(孔)至少能保持在18.5K0e或者更高，最大磁能積(BH)max至少為44MG0e，而原料成本約下降3_4%。用原子百分比為0.4at%的Gd取代Dy和Tb，磁體性能略有下降，原料成本約下降3-4%。Gd-Fe合金的加入，可以提高磁體的耐腐蝕性，穩(wěn)定產(chǎn)品的性能。本發(fā)明通過在配料過程中加入價格相對便宜釓鐵合金來利用Gd元素部分替代重稀土金屬元素Dy和Tb，而減少重稀土Dy和Tb的用量，從而降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的性價比。本發(fā)明在配料過程中加入釓鐵合金利用釓來部分替代重稀土元素Dy和Tb，禮元素是以釓鐵合金的形式提供，克服了單獨添加金屬Gd和Gd203對能量的消耗和對產(chǎn)品性能的負面影響，而且釓鐵合金制備方便，價格便宜，有效降低了釹鐵硼的生產(chǎn)成本。圖1為Nd12.8Dy0.7—xTb0.4GdxFe余CoL0Cu0.^10.5Zr0.06B5.95的磁體矯頑力隨Gd含量變化的曲線。具體實施例方式—種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，是低成本、低失重、高性能釹鐵硼永磁材料的制造方法，(1)用釓部分替代鏑和鋱來降低釹鐵硼的生產(chǎn)成本，本發(fā)明用釓鐵合金來提供所需釓元素，將下列原子百分比的原料Nd:12.5-13.1%;Dy:0.5-0.7%;Tb:0.2-0.4%;Gd:0.2-0.5%;Co:0.5-2.0%;Cu:0.05-0.2%;Al:0.3-0.7%;Zr:0.02-0.1%;B:5.95-6.1%和53.5-85.5%的Fe混合在一起進行配料；(2)將配制好的原料放入真空中頻速凝感應(yīng)爐里，抽真空到小于lPa的條件下充入Ar氣保護進行加熱熔化，精煉結(jié)束后將鋼液澆到旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥上，制備出厚度約為0.25-0.35mm合金鑄片，澆鋼溫度控制在1450-150(TC之間，在氫碎爐里進行氫化合金鑄片，通過低溫吸氫和高溫脫氫反應(yīng)后合金鑄片變成非常疏松的顆粒，然后通過氣流磨制成平均粒度為3.0-5.0m的料粉。(3)料粉稱好后，放入適合的壓機模具內(nèi)，在磁場強度大于1.8T的磁場中取向并壓制成型，然后退磁取出生坯，抽真空封裝，再將封裝好的坯料放入等靜壓機中加壓15-20MPa，保壓后取出生坯。(4)將成型的生坯放入高真空爐里進行燒結(jié)，調(diào)節(jié)真空度達到2.1X10—乍a時開始提升溫度到800°C，保持該溫度3-5個小時后，調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度到1060°C_1120°C，保持該溫度1.5-2小時后充入Ar氣冷卻到90°C以下，然后在高真空爐里進行時效處理。而且，吸氫反應(yīng)時反應(yīng)爐里氫氣壓力高于0.097MPa時，氫氣閥自動關(guān)閉，氫氣壓力下降到0.035MPa時，氫氣閥自動開啟，吸氫反應(yīng)2-3小時。脫氫時溫度控制在550°C，反應(yīng)約6小時。在高真空爐里進行時效處理分兩級第一級時效溫度850°C_9501:，保持該溫度1.5-2小時后充入Ar氣冷卻到90°C以下；第二級時效溫度490°C-55(TC，保溫2-2.5小時后充入Ar氣冷卻到90°C以下。整個生產(chǎn)過程都是在惰性氣體(氬氣)或氮氣保護下進行。實施例1按下列步驟生產(chǎn)(1)將下列原子百分比的原料Nd:12.8%;Dy:0.7%;Tb:0.4%;Co:1.0%;Cu:0.1%;Al:0.5%;Zr:O.06%;B:5.95%和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)混合在一起進行配料；(2)將步驟(1)配制的原料投入真空中頻速凝感應(yīng)爐里，抽真空到小于lPa的條件下充入Ar氣保護進行加熱熔化，精煉結(jié)束后將鋼液澆到旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥上，制備出厚度約為0.25-0.35mm合金鑄片，然后在氫碎爐里進行氫化合金鑄片，在氣流磨里將氫化后的合金鑄片磨制成平均粒度為3.75iim的料粉，在磁場強度為1.8T的磁場中取向并壓制出成型的生坯，然后退磁取出生坯，抽真空封裝，再將封裝好的坯料放入等靜壓機中加壓15-20MPa，保壓后取出生坯。(3)將成型的生坯放入高真空爐里進行燒結(jié)，調(diào)節(jié)真空度達到2.1X10—2Pa時開始提升溫度到80(TC，保持該保溫4.5個小時，調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度到1085t:，保持保溫1.5小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到86t:，然后在高真空爐里進行兩級時效處理第一級時效溫度910°C，保持該溫度1.5小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到84°C;第二級時效溫度52(TC，保溫2小時后充入一個大氣壓的Ar氣，冷卻到80°C。(4)對燒結(jié)完成后的毛坯進行密度、磁性能和溫度特性的測量。實施例2(1)將下列原子百分比的原料Nd:12.8%;Dy:0.5%;Gd:0.2%;Tb:0.4%;Co:1.0%;CU:0.1%;A1:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95%和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)混合在一起進行配料；(2)以下生產(chǎn)步驟和工藝與實施例1相同，請參考實施例1。實施例3(1)將下列原子百分比的原料Nd:12.8%;Dy:0.7%;Gd:0.2%;Tb:0.2%;Co:1.0%;CU:0.1%;A1:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95%和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)混合在一起進行配料；(2)以下生產(chǎn)步驟和工藝與實施例1相同，請參考實施例1。實施例4(1)將下列原子百分比的原料Nd:12.8%;Dy:0.5%;Gd:0.4%;Tb:0.2%;Co:1.0%;CU:0.1%;A1:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95%和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)混合在一起進行配料；(2)以下生產(chǎn)步驟和工藝與實施例1相同，請參考實施例1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1給出了釓取代鏑和鋱所制造釹鐵硼永磁材料的磁性能參數(shù)，當隨著釓含量增加時，產(chǎn)品的剩余磁感應(yīng)強度和內(nèi)稟矯頑力略有下降，但是下降幅度不大，基本能維持不添加釓鐵合金時產(chǎn)品的磁性能，但是能顯著降低原材料成本，降低幅度約在3_4%左右，對提高產(chǎn)品的性價比有積極的作用。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2給出了釓取代鏑和鋱所制造釹鐵硼永磁材料的失重實驗數(shù)據(jù)，實驗條件為:2.0大氣壓，12(TC，濕度100%RH，時間120小時。釓鐵作為原料對磁體的微結(jié)構(gòu)有明顯的改變。釓元素進入晶界相，平衡了電負性，改變了晶界的氧化動力學過程，降低了材料的氧化速度。從數(shù)據(jù)可以看出，禮越多，進入晶界相越多，降低氧化速度越明顯，磁體在同一條件下的失重值越小。圖1為Nd12.8Dy0.7—xTb0.4GdxFe余CoL0Cu0.^10.5Zr0.06B5.95的磁體矯頑力隨Gd含量變化的曲線，從圖中可以看出，當Gd取代Dy時，Gd的原子百分比小于0.2時，磁體的矯頑力能夠保持在18K0e以上，當Gd的原子百分比大于0.2時，磁體的矯頑力急劇下降，在穩(wěn)定產(chǎn)品的性能的前提下，為了降低原材料成本，Gd的原子百分比最好控制在0.2%左右。權(quán)利要求一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于(1)用釓部分替代鏑和鋱，用釓鐵合金來提供所需釓元素，將下列原子百分比的原料Nd12.5-13.1％；Dy0.5-0.7％；Tb0.2-0.4％；Gd0.2-0.5％；Co0.5-2.0％；Cu0.05-0.2％；Al0.3-0.7％；Zr0.02-0.1％；B5.95-6.1％和53.5-85.5％的Fe混合在一起進行配料；(2)主要原料純度如下含Nd為80％的Pr-Nd合金；工業(yè)用99.8％的純Fe；含B為19-20％的B-Fe合金；含Dy為80％的Dy-Fe合金；含Gd為73-75％的Gd-Fe合金；其他原料均為純度≥99.0％的金屬；(3)將配制好的原料放入真空中頻速凝感應(yīng)爐里，抽真空到小于1Pa的條件下充入Ar氣保護進行加熱熔化，精煉結(jié)束后將鋼液澆到旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥上，制備出厚度約為0.25-0.35mm合金鑄片，澆鋼溫度控制在1450-1500℃之間，在氫碎爐里進行氫化合金鑄片，通過低溫吸氫和高溫脫氫反應(yīng)后合金鑄片變成非常疏松的顆粒，然后通過氣流磨制成平均粒度為3.0-5.0μm的料粉；(4)料粉稱好后，放入適合的壓機模具內(nèi)，在磁場強度大于1.8T的磁場中取向并壓制成型，然后退磁取出生坯，抽真空封裝，再將封裝好的坯料放入等靜壓機中加壓15-20MPa，保壓后取出生坯；(5)將成型的生坯放入高真空爐里進行燒結(jié)，調(diào)節(jié)真空度達到2.1×10-2Pa時開始提升溫度到800℃，保持該溫度3-5個小時后，調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度到1060℃-1120℃，保持該溫度1.5-2小時后充入Ar氣冷卻到90℃以下，然后在高真空爐里進行時效處理。2.按照權(quán)利要求1所述的一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于吸氫反應(yīng)時反應(yīng)爐里氫氣壓力高于O.097MPa時，氫氣閥自動關(guān)閉，氫氣壓力下降到0.035MPa時，氫氣閥自動開啟，吸氫反應(yīng)2-3小時。脫氫時溫度控制在550°C，反應(yīng)約6小時。3.按照權(quán)利要求1所述的一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于在高真空爐里進行時效處理分兩級第一級時效溫度850°C_9501:，保持該溫度1.5-2小時后充入Ar氣冷卻到90°C以下；第二級時效溫度490°C-55(TC，保溫2-2.5小時后充入Ar氣冷卻到90。C以下。4.按照權(quán)利要求1所述的一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于整個生產(chǎn)過程都是在惰性氣體氬氣或氮氣保護下進行。5.按照權(quán)利要求1所述的一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于其成分組成的原子含量百分比為Nd:12.8%;Dy:0.7%;Tb:0.4%;C。:1.0%;Cll:0.1%;Al:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95%和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)。6.按照權(quán)利要求1所述的一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于其成分組成的原子含量百分比為Nd:12.8%;Dy:0.5%;Gd:0.2%;Tb:0.4%;C。:1.0%;Cu:O.1%;Al:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95X和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)。7.按照權(quán)利要求1所述的一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于其成分組成的原子含量百分比為Nd:12.8%;Dy:0.7%;Gd:0.2%;Tb:0.2%;Co:1.0%;Cu:0.1%;Al:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95%和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)。8.按照權(quán)利要求1所述的一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于其成分組成的原子含量百分比為Nd:12.8%;Dy:0.5%;Gd:0.4%;Tb:0.2%;Co:1.0%;CU:O.1%;Al:0.5%;Zr:0.06%;B:5.95X和其余含量的Fe及其由原料引入的雜質(zhì)。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，其特征在于釓元素以釓鐵Gd-Fe合金狀態(tài)加入，其中Gd含量為73wt%，鐵含量小于27wt%。全文摘要一種添加釓鐵合金制備釹鐵硼永磁材料的方法，將下列原子百分比的原料Nd12.5-13.1％；Dy0.5-0.7％；Tb0.2-0.4％；Gd0.2-0.5％；Co0.5-2.0％；Cu0.05-0.2％；Al0.3-0.7％；Zr0.02-0.1％；B5.95-6.1％和53.5-85.5％的Fe混合在一起進行配料、熔煉、制粉、成型及燒結(jié)過程。在配料中加入一定量的釓鐵合金通過釓元素部分替代重稀土元素鏑和鋱，該方法在穩(wěn)定產(chǎn)品性能的前提下減少鏑和鋱的用量來有效降低生產(chǎn)成本，能改善磁體的耐腐蝕性。用該方法制造的釹鐵硼永磁材料，低成本、低失重、高性能。文檔編號C22F1/16GK101719406SQ20091024519公開日2010年6月2日申請日期2009年12月29日優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日發(fā)明者何紹卿,刁樹林,武志敏,王文慧,范躍林,董義,袁文杰,邢冰冰,陳雅申請人:天津天和磁材技術(shù)有限公司