專利名稱：含釓的燒結(jié)稀土永磁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁材料技術(shù)領(lǐng)域，具體講，本發(fā)明涉及含釓的燒結(jié)釹鐵硼稀土永磁合金及其制造方法。

背景技術(shù)：
自從上世紀(jì)80年代初期Nd-Fe-B被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，無(wú)論是Nd-Fe-B永磁材料本身還是其應(yīng)用技術(shù)都得到了迅猛的發(fā)展。Nd-Fe-B永磁材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于磁盤驅(qū)動(dòng)器的音圈電機(jī)、各類電機(jī)、核磁共振成像設(shè)備、電聲器件和磁力機(jī)械等領(lǐng)域。但是，由于Nd-Fe-B磁體的磁性能隨溫度的升高急劇降低，剩磁和矯頑力的負(fù)溫度系數(shù)比較大，因此在一些高溫(大于80度)領(lǐng)域的應(yīng)用受到很大的限制。一般地，為了提高磁體的耐溫性能，目前較為廣泛使用的方法是在Nd-Fe-B合金中添加適量的Tb，Dy替代Nd，以大幅度提高磁體的矯頑力，降低矯頑力的溫度系數(shù)。然而，Tb，Dy都是昂貴的金屬，Tb，Dy的添加大大增加了燒結(jié)Nd-Fe-B磁體的成本。我們注意到，Gd2Fe14B的各向異性場(chǎng)在200℃以下具有正的溫度系數(shù)(J.F.Herbst，Reviews of Modern Physics，Vol63，No4，October 1991，819-904)，因此，如果Gd添加到Nd-Fe-B磁體的主相中，將有利于磁體提高耐溫性能。目前乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，Gd的價(jià)格遠(yuǎn)低于Tb，Dy的價(jià)格，因此，Gd的添加不但能夠增強(qiáng)磁體的耐溫性能，使燒結(jié)Nd-Fe-B磁體能夠廣泛應(yīng)用于汽車、電機(jī)等領(lǐng)域，并且具有很大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
目前，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00710090597.3已經(jīng)公開(kāi)了含釓的添加比例為0.05wt.％＜Gdwt.％≤0.5wt.％的釹鐵硼稀土永磁合金的中國(guó)專利申請(qǐng)，來(lái)提高磁體矯頑力，降低溫度系數(shù)，但是其應(yīng)用范圍過(guò)窄，提高矯頑力和溫度系數(shù)極為有限，并且不利于大幅降低成本。
而本發(fā)明采用添加Gd元素的方法，使Gd元素進(jìn)入燒結(jié)Nd-Fe-B磁體主相和富Nd相，降低燒結(jié)Nd-Fe-B磁體的負(fù)的矯頑力溫度系數(shù)，提高磁體的耐溫性能。本發(fā)明具有成本低廉，產(chǎn)品的一致性好，制造穩(wěn)定性高，并且制造方法簡(jiǎn)單，不需要改變已有的燒結(jié)Nd-Fe-B制造設(shè)備，容易控制等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)本發(fā)明所述方法，能夠得到了磁能積在25～45MGOe之間，具有較低矯頑力溫度系數(shù)的燒結(jié)Nd-Fe-B磁體。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服燒結(jié)Nd-Fe-B永磁體的較大的負(fù)的矯頑力溫度系數(shù)而應(yīng)用受到限制的困難，從而提供一種低成本和具有較好耐溫性能的燒結(jié)Nd-Fe-B永磁體。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種含釓的釹鐵硼稀土永磁合金，其組成為 ReαGdβBγMxNyFe100-α-β-γ-x-y，其特征在于 Re為稀土元素，包括選自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的至少一種元素或一種以上元素； M為添加元素，包括Co和Cu； N為添加元素，包括選自Ti、V、Cr、Mn、Ni、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pd、Au、Pb和Bi中的一種或一種以上元素； α、β、γ、x、y為各元素重量百分比含量； Fe為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 其中，29≤α≤35，0.50＜β≤25，0.95≤γ≤1.20，0≤x≤10，0≤y≤1.50。
最好，所述Gd包括Gd元素金屬、或者Gd合金的原材料。
最好，所述Re包括Nd和Dy、Nd和Tb、Nd和Pr、或者Nd、Dy、Pr和Tb。其中，所述Dy或Tb的含量≤5.0wt.％。
最好，所述N包括Nb和Al、或者Al。
最好，所述Re包括Pr和Dy；所述M包括Co和Cu；所述N包括Al。其中，Pr、Dy、Co、Cu和Al元素重量百分比含量為1≤Pr≤20，0.2≤Dy≤10，0.5≤Co≤30，0.05≤Cu≤1，0.1≤Al≤3。
最好，該釹鐵硼稀土永磁合金的磁能積為25～45MGOe。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種制造如前述的含釓釹鐵硼稀土永磁合金的方法，所述方法包括如下步驟 (1)熔煉將原材料進(jìn)行熔煉鑄錠； (2)制粉通過(guò)氫破碎對(duì)合金錠進(jìn)行破碎，再進(jìn)行氣流磨以制成粉末； (3)成型將上述粉末在磁場(chǎng)為1.8～2T下取向并成型為壓坯； (4)燒結(jié)將壓坯外加200MPa等靜壓，再在真空狀態(tài)、1000～1200℃溫度下進(jìn)行燒結(jié)； (5)退火將燒結(jié)后的壓坯在真空狀態(tài)、480～600℃溫度下進(jìn)行退火，以制得含釓的釹鐵硼稀土永磁合金。
最終燒結(jié)Nd-Fe-B磁體Gd元素含量的原子百分比0.5wt.％＜Gdwt.％≤25wt.％。
本發(fā)明的原材料的純度要求不高，對(duì)于Gd，本發(fā)明實(shí)施例1中所使用的原材料的是純度只有95wt.％。
所得的燒結(jié)Nd-Fe-B永磁體中可以只含Nd、Fe、B和Gd，Pr、Dy、Tb、Nb、Co、Cu、Al可以不用或者少用，C可以作為不可避免的雜質(zhì)進(jìn)入到磁體中。
擇優(yōu)的方案是除了必要的Nd、Fe、B、Gd的成分外還可以包括Pr、Dy、Co、Cu和Al，并可以使用1wt.％≤Pr wt.％≤20wt.％，0.2wt.％≤Dy wt.％≤10wt.％，0.5wt.％≤Co wt.％≤30wt.％，0.1wt.％≤Al wt.％≤3wt.％，0.05wt.％≤Cu wt.％≤1wt.％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用添加重稀土元素Gd的方法使本發(fā)明所得到的磁體的矯頑力溫度系數(shù)β降低，從而提高磁體在高溫下的矯頑力，使磁體具有耐高溫特性。所用原材料純度要求不高，價(jià)格便宜，成本低廉；制備方法簡(jiǎn)單實(shí)用，不需要改變現(xiàn)有的Nd-Fe-B制造設(shè)備和工藝，生產(chǎn)過(guò)程容易控制，制造穩(wěn)定性高，磁性能也可以控制在一個(gè)相對(duì)較大范圍。



圖1是燒結(jié)態(tài)Nd-Gd-Fe-B磁體常溫下的退磁曲線； 圖2是20℃和150℃的Nd-Gd-Fe-B磁體的退磁曲線。

具體實(shí)施例方式 以下將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，并非限定本發(fā)明。
實(shí)施例1～6 按成分為(1)Nd24.5Pr5Dy2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1熔煉鑄錠。經(jīng)過(guò)氫破碎后進(jìn)行氣流磨，制得的細(xì)粉在磁場(chǎng)為1.8～2T下取向并成型，后又外加200MPa等靜壓，最后在真空狀態(tài)下1000℃～1200℃進(jìn)行燒結(jié)，得到磁體后480～600℃退火5小時(shí)，從而制得不含Gd的釹鐵硼磁體作為對(duì)照，參見(jiàn)表1中實(shí)施例1。
采用上述實(shí)施例1的方法制備0.5wt.％～25wt.％之間不同Gd含量、成分分別為(2)Nd24Pr5Dy2.5Gd0.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(3)Nd23.5Pr5Dy2.5Gd1.0Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(4)Nd22Pr5Dy2.5Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(5)Nd19.5Pr5Dy2.5Gd5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(6)Nd4.5Dy2.5Gd25Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1磁體的常溫磁性能及20～150℃的平均溫度系數(shù)，參見(jiàn)表1。
表1 相應(yīng)地，圖1給出了表1中不同Gd含量的Nd-Gd-Fe-B磁體室溫退磁曲線。從圖1和表1可以看到，極少量的反鐵磁性過(guò)渡族元素Gd的添加，磁體的磁性能變化不大。隨著Gd的增多，磁體的剩磁降低，矯頑力增加，當(dāng)Gd的重量百分比達(dá)到2.5wt.％時(shí)，磁體的矯頑力增加明顯，相比Gd含量為0的磁體增加1.0kOe，而當(dāng)Gd的重量百分比達(dá)到25wt.％時(shí)，磁體的矯頑力相比Gd含量為0的磁體增加1.7kOe。
由表1我們還可以看到，磁體在20～150℃的平均溫度系數(shù)隨著Gd添加量的增多而降低，且當(dāng)Gd添加量大于0.5wt％時(shí)，其耐高溫特性顯著改善，已經(jīng)能夠勝任電機(jī)等高溫工作環(huán)境。
此外，表2給出了圖2中不同溫度下Gd含量為2.5wt.％的磁體的各項(xiàng)性能指標(biāo)和溫度系數(shù)。
表2
由表2可以知道剩磁和矯頑力在20～150℃之間的平均溫度系數(shù)為α-0.096％，β-0.48％，因此具有較低的剩磁和矯頑力溫度系數(shù)。這樣的溫度系數(shù)說(shuō)明磁體的耐溫性能得到提高，使燒結(jié)Nd-Gd-Fe-B磁體能夠廣泛應(yīng)用于汽車、電機(jī)等非傳統(tǒng)領(lǐng)域。而日本住友相近牌號(hào)N35SH指標(biāo)為α-0.110％，β-0.55％(參見(jiàn)周壽增，董清飛著《超強(qiáng)永磁體》第2版冶金工業(yè)出版社2004年)。
相應(yīng)地，圖2Gd含量為2.5wt.％時(shí)的燒結(jié)Nd-Gd-Fe-B磁體不同溫度下的退磁曲線，可以看到，在150℃磁體的矯頑力達(dá)到了7.86kOe，Hk為7.5kOe，符合很多電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用要求。
采用上述配方和方法所得到的磁體的磁性能一致性較好，能夠較好符合應(yīng)用要求；使用的原材料純度低(實(shí)施例1中采用的Gd純度為95wt.％)，價(jià)格比較便宜(目前Gd的價(jià)格約是Nd的1/3，是Dy的1/8，Tb的1/50)，不使用或者極少使用價(jià)格昂貴的Dy、Tb等重稀土元素，成本低廉；磁體的制造方法簡(jiǎn)單，基本不需要改變現(xiàn)有燒結(jié)Nd-Fe-B磁體的制造設(shè)備和工藝，磁體的一致性容易控制，制造穩(wěn)定性高，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
以下各表中所述的溫度系數(shù)均指20～150℃之間的平均溫度系數(shù)。
實(shí)施例7～9 將成分分別為(7)Nd27Dy2.5Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(8)Nd27Tb2.5Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(9)Nd22Pr5Tb1.25Dy1.25Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1的鑄錠分別按實(shí)施例1～6的方法制備，所得的結(jié)果如表3。
表3 實(shí)施例10～13 將成分分別為(10)Nd27Dy2.5Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(11)Nd24.5Dy5Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(12)Nd27Tb2.5Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(13)Nd24.5Tb5Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1的鑄錠分別按實(shí)施例1～6的方法制備，所得的結(jié)果如表4。
表4 實(shí)施例14～16 將成分分別為(14)Nd28.5Pr1Gd2.5Fe66.7Al0.3B1、(15)Nd24.5Pr5Gd2.5Fe66.7Al0.3B1、(16)Nd9.5Pr20Gd2.5Fe66.7Al0.3B1的鑄錠分別按實(shí)施例1～6的方法制備，所得的結(jié)果如表5。
表5 實(shí)施例17～19 將成分分別為(17)Nd29.3Dy0.2Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(18)Nd27Dy2.5Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1、(19)Nd19.5Dy10Gd2.5Fe65.05Co1.5Cu0.15Al0.3B1的鑄錠分別按實(shí)施例1～6的方法制備，所得的結(jié)果如表6。
表6 實(shí)施例20～22 將成分分別為(20)Nd27Dy2.5Gd2.5Fe66.1Co0.5Cu0.1Al0.3B1、(21)Nd27Dy2.5Gd2.5Fe65.6Co1Cu0.1Al0.3B1、(22)Nd27Dy2.5Gd2.5Fe66.6Co30Cu0.1Al0.3B1的鑄錠分別按實(shí)施例1～6的方法制備，所得的結(jié)果如表7。
表7 實(shí)施例23～25 將成分分別為(23)Nd24.5Pr5Gd2.5Fe66.9Al0.1B1、(24)Nd24.5Pr5Gd2.5Fe66.7Al0.3B1、(25)Nd24.5Pr5Gd2.5Fe64Al3B1的鑄錠分別按實(shí)施例1～6的方法制備，所得的結(jié)果如表8。
表8 實(shí)施例26～27 將成分分別為(26)Nd26.4Pr5Gd0.6Fe66.7Al0.3B1、(27)Nd7Gd25Fe66.7Al0.3B1的鑄錠分別按實(shí)施例1～6的方法制備，所得的結(jié)果如表9。
表9 實(shí)施例28～30 將成分分別為(28)Nd27Dy2.5Gd2.5Fe65.65Co1Cu0.05Al0.3B1、(29)Nd27Dy2.5Gd2.5Fe65.6Co1Cu0.1Al0.3B1、(30)Nd27Dy2.5Gd2.5Fe64.7Co1Cu1Al0.3B1的鑄錠分別按實(shí)施例1～6的方法制備，所得的結(jié)果如表10。
表10 其中，Nd-Fe-B磁體的檢測(cè)可以通過(guò)常規(guī)的磁性能、X射線衍射和掃描電子顯微鏡甚至光學(xué)顯微鏡檢測(cè)。Gd元素可以通過(guò)常規(guī)的化學(xué)分析、ICP分析和譜線分析的方法確定。
雖然介紹和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本發(fā)明并不局限于此，而是還可以以處于所附權(quán)利要求中定義的技術(shù)方案的范圍內(nèi)的其它方式來(lái)具體實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種含釓的釹鐵硼稀土永磁合金，其組成為
ReαGdβBγMxNyFe100-α-β-γ-x-y，其特征在于
Re為稀土元素，包括選自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和Sc中的至少一種元素或一種以上元素；
M為添加元素，包括Co和Cu；
N為添加元素，包括選自Ti、V、Cr、Mn、Ni、Zn、Ga、Ge、Al、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pd、Au、Pb和Bi中的一種或一種以上元素；
α、β、γ、x、y為各元素重量百分比含量；
Fe為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
其中，29≤α≤35，0.50＜β≤25，0.95≤γ≤1.20，0≤x≤10，0≤y≤1.50。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含釓的釹鐵硼稀土永磁合金，其特征在于，所述Gd包括Gd元素金屬、或者Gd合金的原材料。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含釓的釹鐵硼稀土永磁合金，其特征在于，所述Re包括Nd和Dy、Nd和Tb、Nd和Pr、或者Nd、Dy、Pr和Tb。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的含釓的釹鐵硼稀土永磁合金，其特征在于，所述Dy或Tb的含量≤5.0wt.％。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含釓的釹鐵硼稀土永磁合金，其特征在于，所述N包括Nb和Al、或者Al。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含釓的釹鐵硼稀土永磁合金，其特征在于，所述Re包括Pr和Dy；所述M包括Co和Cu；所述N包括Al。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的含釓的釹鐵硼稀土永磁合金，其特征在于，所述Pr、Dy、Co、Cu和Al元素重量百分比含量為1≤Pr≤20，0.2≤Dy≤10，0.5≤Co≤30，0.05≤Cu≤1，0.1≤Al≤3。
8、根據(jù)權(quán)利要求1～7任一所述的含釓的釹鐵硼稀土永磁合金，其特征在于，該釹鐵硼稀土永磁合金的磁能積為25～45MGOe。
9、一種制造如前述權(quán)利要求任一所述的含釓的釹鐵硼稀土永磁合金的方法，所述方法包括如下步驟
(1)熔煉將原材料進(jìn)行熔煉鑄錠；
(2)制粉通過(guò)氫破碎對(duì)合金錠進(jìn)行破碎，再進(jìn)行氣流磨以制成粉末；
(3)成型將上述粉末在磁場(chǎng)為1.8～2T下取向并成型為壓坯；
(4)燒結(jié)將壓坯外加200MPa等靜壓，再在真空狀態(tài)、1000～1200℃溫度下進(jìn)行燒結(jié)；
(5)退火將燒結(jié)后的壓坯在真空狀態(tài)、480～600℃溫度下進(jìn)行退火，以制得含釓的釹鐵硼稀土永磁合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及含釓的燒結(jié)釹鐵硼稀土永磁合金及其制造方法，所述永磁合金組成為ReαGdβBγMxNyFe100-α-β-γ-x-y，其中，釓元素重量百分比含量為0.50＜β≤25。通過(guò)本發(fā)明在燒結(jié)Nd-Fe-B磁體中添加Gd元素的方法，從而制備出具有較高矯頑力并且具有耐高溫特性的燒結(jié)Nd-Fe-B永磁體。本發(fā)明所得到的磁體的矯頑力溫度系數(shù)β降低，從而提高磁體在高溫下的矯頑力，使磁體具有耐高溫特性。
文檔編號(hào)H01F1/032GK101630557SQ200810116718
公開(kāi)日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者王惠新, 韋立立, 正 李, 朱小礦, 萼 鈕, 超 陳 申請(qǐng)人:寧波科寧達(dá)工業(yè)有限公司, 北京中科三環(huán)高技術(shù)股份有限公司