一种混合稀土-铁-硼系粘结磁粉及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710506268.6 | 申请日 | 2017-06-28 | 公开(公告)号 | CN107507688A | 公开(公告)日 | 2017-12-22 |
| 申请人 | 漯河华瑞永磁材料股份有限公司; | 发明人 | 张卫华; 张财政; 张学中; 易国祥; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及永磁材料加工技术领域，具体涉及一种混合稀土- 铁 - 硼 系粘结磁粉及其制备方法。该磁粉中金属元素组成为MM 23～24％、B 0.98～1.1％、Nb 1.5～2.0％、Al 1.0～1.5％、Co 4.5～5.0％、余量为Fe；其中MM为钕含量不小于16.9％的混合稀土元素。采用含有钕元素的混合稀土代替金属钕，通过控制混合稀土的用量和混合稀土中钕元素含量，同时掺入 铝 、铌和钴，抑制α-Fe相的析出，降低磁通的不可逆损失，提高 矫顽 力 ，改善耐温性，并结合制备方法中速冷工艺和生产设备及参数的控制，在降低成本的同时，确保制备的磁粉具有高的高的内禀矫顽力、 居里 温度 、最大磁能力和剩余磁化强度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种混合稀土-铁-硼系粘结磁粉，其特征在于，该磁粉中金属元素的重量百分含量组成为：MM 23～24％、B 0.98～1.1％、Nb 1.5～2.0％、Al 1.0～1.5％、Co 4.5～5.0％、余量为Fe；其中MM为钕含量不小于16.9％的混合稀土元素。 |
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| 说明书全文 | 一种混合稀土-铁-硼系粘结磁粉及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及永磁材料加工技术领域，具体涉及一种混合稀土-铁-硼系粘结磁粉及其制备方法。 背景技术[0002] 粘结NdFeB磁体由于具有优异的磁性能、机械性能和良好的可加工性，使用越来越普及。就粘结NdFeB磁体的原料----NdFeB磁粉的生产成本而言，其成本组成中稀土金属占了80％左右，因此稀土金属类型及其用量的适当选用也就决定了NdFeB磁体的价格。 [0003] 一般而言，稀土元素在稀土矿中是共生存在的，单独分离、提纯某种特定稀土金属时其分离过程较为复杂，且成本较高。就NdFeB磁粉制备而言，由于混合稀土(MM)成本仅为纯金属钕的五分之一左右，因而以混合稀土(MM)来替代纯金属钕的应用时，则可有效降低NdFeB磁体的生产成本。 [0004] 但在实际生产中，由于混合稀土(MM)中镧或铈的质量百分含量占比较高，一般在78％左右，而镧和铈是非磁性原子，因而随着混合稀土(MM)中镧或铈占比增加(相当于取代Nd的数量的增加)，材料的Js(饱和极化强度)必然降低。显微组织观察表明，当MM中含镧时，铸锭组织中的片状柱晶生长受到抑制，并出现大量的α-Fe；而随着MM含量的提高，富R相不再均匀沿MM2Fe14B晶粒边界分布，而出现富R相聚集现象，进而导致磁体的各向异性场HA显著下降，内禀矫顽力Hcj显著地降低。针对这一问题，为保证最终NdFeB磁体的性能，需要从多个方面进行综合改进，才能在确保降低NdFeB磁体生产成本的同时，较好规避混合稀土(MM)中非钕金属的影响。 发明内容[0006] 同时，本发明还在于提供一种混合稀土-铁-硼系粘结磁粉的制备方法。 [0007] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是： [0008] 一种混合稀土-铁-硼系粘结磁粉，该磁粉中金属元素的重量百分含量组成为：MM 23～24％、B 0.98～1.1％、Nb 1.5～2.0％、Al 1.0～1.5％、Co 4.5～5.0％、余量为Fe；其中MM为钕含量不小于16.9％的混合稀土元素。 [0009] 优选的，上述磁粉中金属元素的重量百分含量组成为：MM 23％、B 1.1％、Nb 1.7％、Al 1.0％、Co 4.5％、余量为Fe。 [0010] 上述混合稀土-铁-硼系粘结磁粉的制备方法，包括以下操作步骤： [0011] 1)按金属元素的重量百分含量组成取各原料加入真空感应熔炼炉中，在＜4×10-2 Pa的真空状态下，加热将各原料熔炼成澄清合金液，搅拌均匀后将合金液倒入浇注模内，在20～35℃的冷却水温度下快速冷却成合金锭； [0012] 2)将步骤1)熔炼成的合金锭破碎后加入真空感应快淬炉中，真空度达到5×10-2Pa后，在1450～1500℃温度下破碎的合金锭熔化成金属熔融液，金属熔融液经喷嘴喷射到转动的钼轮上，控制快淬速度为25～33m/s，将金属熔融液快淬成厚度为50±5μm的均匀条带； [0013] 3)将步骤2)制备的均匀条带粉碎后、在4.5～5.5×10-2Pa的真空度下、600～700℃温度下，设置下料速度为20～25kg/h、转速为20转/秒，进行真空晶化处理60～80min； [0014] 4)将步骤3)晶化处理后的物料进行粉碎，即得所述的磁粉。 [0015] 可选的，步骤3)中所述粉碎为将步骤2)制备的均匀条带粉碎至40目。 [0016] 可选的，步骤4)中粉碎为将晶化处理后的物料粉碎至80目。 [0017] 本发明混合稀土-铁-硼系粘土磁粉，采用含有钕元素的混合稀土代替金属钕，并且通过控制混合稀土的用量和混合稀土中钕元素的含量，并且同时掺入铝、铌和钴金属元素，在降低成本的同时，避免稀土元素中的镧和铈等非磁性原子对磁性能的影响，确保制备的磁粉具有高的高的内禀矫顽力、居里温度、最大磁能力和剩余磁化强度，具体体现在：少量铌的添加既可以抑制α-Fe相的析出，还可降低合金的磁通的不可逆损失；而显微组织观察表明，铝的添加可使合金晶粒细化，同时改善了富R相与R2Fe14B固相的浸润角，使富R相更加均匀的沿边界分布，由于其可明显改善晶粒边界显微结构，因而可明显提高合金的矫顽力；另外少量钴的添加可以改善磁体的耐温性，而随钴含量的增加，合金的居里温度线形提高，磁感可逆温度系数明显降低。 [0018] 本发明粘结磁粉的制备方法，在熔炼合金锭的过程中采用低温冷水进行冷凝，提高冷凝速度，避免α-Fe的出现，降低混合稀土中非钕金属对磁粉性能的影响；另外用感应炉代替电弧炉，替代后，在快淬炉的坩埚内，感应炉可产生感应电流熔化铸锭，使炉内环境、温度可控以及可使合金液的流速更均匀，进而消除溢流法生产中严重影响产品性能的因素，从而使产品性能得到大幅度提高并更加稳定； [0019] 同时，粘结磁粉在制备过程中金属原材料熔融的温度、真空度、快淬的速度、晶化处理的温度、真空度等的参数控制均会影响原料的结晶行为，进而影响制备磁粉的晶粒尺寸等微观结构，最终影响磁粉的矫顽力等磁性能，那么本发明粘结磁粉的制备方法，根据原料的性能特性，选择合适的熔炼真空环境、熔炼温度，采用真空感应快淬设备智能控制快淬的真空环境和快淬速度，并选择合适的真空晶化处理的真空环境和温度，进一步的细化产品的晶粒结构，进一步提升磁粉的各项磁性能。 [0020] 总之，本发明通过对掺入的金属元素及其用量，以及制备工艺的综合改进，在降低钕铁硼系粘结磁粉生产成本的同时，较好保证了产品的性能，同时也较好地综合利用了稀土资源，具有较好地实用价值。 具体实施方式[0021] 下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。 [0022] 下述实施例和对比例中生产原料： [0023] 混合稀土MM(湖南有色金属研究院，成份为镧28.9％，铈48.2％，镨5.5％，钕16.9％，其他为0.5％)、纯铁(太原钢铁集团，纯度99.9％)、硼铁(辽阳国际硼合金有限公司，纯度20.43％)、铌铁(九江中澳钽铌有限公司，纯度65.8％)、铝(中国铝业集团公司，纯度99％)、钴(金川集团股份有限公司，纯度99.982％)等； [0024] 生产设备： [0025] 真空熔炼炉(爱发科中北(沈阳)真空设备有限公司)、真空感应快淬炉(沈阳广泰真空设备有限公司)、晶化炉(XG-200型动态连续真空晶化炉) [0026] 检测设备： [0027] 磁特性测试仪，AMT-4，四川绵阳双极电子有限公司生产，用于磁性能检测； [0028] FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试仪，上海复旦天欣科教仪器有限公司。 [0029] 实施例1 [0030] 一种混合稀土-铁-硼系粘结磁粉，该磁粉中金属元素的重量百分含量组成为：MM 23％、B 1.1％、Nb 1.7％、Al 1.0％、Co 4.5％、余量为Fe。 [0031] 上述混合稀土-铁-硼系粘结磁粉的制备方法，包括以下操作步骤： [0032] 1)按金属元素的重量百分含量组成取各原料加入真空感应熔炼炉中，在＜4×10-2 Pa的真空状态下，加热将各原料熔炼成澄清合金液，搅拌均匀后将合金液倒入浇注模内，在28℃的冷却水温度下快速冷却成合金锭； [0033] 2)将步骤1)熔炼成的合金锭破碎后加入真空感应快淬炉中，真空度达到5×10-2Pa后，在1480℃温度下破碎的合金锭熔化成金属熔融液，金属熔融液经喷嘴喷射到转动的钼轮上，控制快淬速度为30m/s，将金属熔融液快淬成厚度为50±5μm的均匀条带； [0034] 3)将步骤2)制备的均匀条带粉碎至40目后、在5.0×10-2Pa的真空度下、650℃温度下，设置下料速度为22kg/h、转速为20转/秒，进行真空晶化处理70min； [0035] 4)将步骤3)晶化处理后的物料粉碎至80目，即得所述的磁粉。 [0036] 实施例2 [0037] 一种混合稀土-铁-硼系粘结磁粉，该磁粉中金属元素的重量百分含量组成为：MM 23.5％、B 1％、Nb 2.0％、Al 1.2％、Co 4.8％、余量为Fe。 [0038] 上述混合稀土-铁-硼系粘结磁粉的制备方法，包括以下操作步骤： [0039] 1)按金属元素的重量百分含量组成取各原料加入真空感应熔炼炉中，在＜4×10-2Pa的真空状态下，加热将各原料熔炼成澄清合金液，搅拌均匀后将合金液倒入浇注模内，在20℃的冷却水温度下快速冷却成合金锭； [0040] 2)将步骤1)熔炼成的合金锭破碎后加入真空感应快淬炉中，真空度达到5×10-2Pa后，在1450℃温度下破碎的合金锭熔化成金属熔融液，金属熔融液经喷嘴喷射到转动的钼轮上，控制快淬速度为25m/s，将金属熔融液快淬成厚度为50±5μm的均匀条带； [0041] 3)将步骤2)制备的均匀条带粉碎至40目后、在4.8×10-2Pa的真空度下、600℃温度下，设置下料速度为20kg/h、转速为20转/秒，进行真空晶化处理60min； [0042] 4)将步骤3)晶化处理后的物料粉碎至80目，即得所述的磁粉。 [0043] 实施例3 [0044] 一种混合稀土-铁-硼系粘结磁粉，该磁粉中金属元素的重量百分含量组成为：MM 24％、B 0.98％、Nb 1.5％、Al 1.5％、Co 5.0％、余量为Fe。 [0045] 上述混合稀土-铁-硼系粘结磁粉的制备方法，包括以下操作步骤： [0046] 1)按金属元素的重量百分含量组成取各原料加入真空感应熔炼炉中，在＜4×10-2Pa的真空状态下，加热将各原料熔炼成澄清合金液，搅拌均匀后将合金液倒入浇注模内，在35℃的冷却水温度下快速冷却成合金锭； [0047] 2)将步骤1)熔炼成的合金锭破碎后加入真空感应快淬炉中，真空度达到5×10-2Pa后，在1500℃温度下破碎的合金锭熔化成金属熔融液，金属熔融液经喷嘴喷射到转动的钼轮上，控制快淬速度为33m/s，将金属熔融液快淬成厚度为50±5μm的均匀条带； [0048] 3)将步骤2)制备的均匀条带粉碎至40目后、在5.5×10-2Pa的真空度下、700℃温度下，设置下料速度为25kg/h、转速为20转/秒，进行真空晶化处理80min； [0049] 4)将步骤3)晶化处理后的物料粉碎至80目，即得所述的磁粉。 [0050] 对比例1 [0051] 本对比例粘结磁粉与实施例1不同的是，采用的混合稀土MM中钕元素的含量为10％，其他同实施例1。 [0052] 对比例2 [0053] 本对比例粘结磁粉与实施例1不同的是，该粘结磁粉金属元素的重量百分含量组成为：MM 23％、B 1.1％、Nb 1.7％、Ti 1.0％、Co 4.5％、余量为Fe。 [0054] 对比例3 [0055] 本对比例粘结磁粉与实施例1不同的是，该粘结磁粉金属元素的重量百分含量组成为：MM 23％、B 1.1％、Ga 1.7％、Al 1.0％、Co 4.5％、余量为Fe [0056] 对比例4 [0057] 本对比例粘结磁粉与实施例1不同的是，该粘结磁粉金属元素的重量百分含量组成为：MM 23％、B 1.1％、Nb 1.7％、Al 1.0％、Cr 4.5％、余量为Fe [0058] 对比例5 [0059] 本对比例粘结磁粉与实施例1不同的是，该粘结磁粉金属元素的重量百分含量组成为：Nd 23％、B 1.1％、Nb 1.7％、Al 1.0％、Co 4.5％、余量为Fe。 [0060] 对比例6 [0061] 本对比例粘结磁粉与实施例1不同的是，该粘结磁粉金属元素的重量百分含量组成为：Nd 30.2％、B 1.1％，余量为Fe。 [0062] 对比例7 [0063] 本对比例粘结磁粉与实施例1不同的是，该粘结磁粉金属元素的重量百分含量组成为：MM 30.2％、B 1.1％，余量为Fe。 [0064] 试验例 [0065] 试验方法：将实施例1～3和对比例1～7制备的磁粉分别与环氧树脂按照97.5：2.5的比例，将环氧树脂用10毫升丙酮完全溶解后按比例加入磁粉，混合均匀后，放进60℃烘箱内烘干30分钟，再次过80目筛，称取4.8克进行压制，压制成直径和高均为10mm的圆柱形标准磁体后，检测各项磁性能，结果如下表1所示： [0066] 表1 [0067] Hcj (BH)max 居里温度 Br 实施例1 9.24kOe 12.8MGOe 330℃ 8100Gs 实施例2 9.20kOe 12.5MGOe 320℃ 8050Gs 实施例3 9.15kOe 11.9MGOe 315℃ 8020Gs 对比例1 8.30kOe 9.25MGOe 220℃ 7600Gs 对比例2 8.95kOe 10.9MGOe 295℃ 7900Gs 对比例3 8.90kOe 10.5MGOe 290℃ 7850Gs 对比例4 8.85kOe 10.2MGOe 280℃ 7810Gs 对比例5 9.7kOe 13.6MGOe 350℃ 8350Gs 对比例6 9.05kOe 11.5MGOe 300℃ 8000Gs 对比例7 8.50kOe 9.85MGOe 250℃ 7790Gs [0068] 由上述表1所示的结果可知，相比对比例5、对比例6和对比例7，本发明实施例1采用混合稀土替换了钕，并掺入合适用量的钴、铌和铝，制得的粘结磁粉的各项性能与未发生大幅度的下降，在降低成本的同时，仍然具有高的内禀矫顽力、高的最大磁能积、高的居里温度和高的剩余磁化强度； [0069] 相比对比例1，本发明实施例1中限定混合稀土中钕元素含量不小于16.9％，使得在采用混合稀土代替钕降低成本的同时，避免了混合稀土中非钕元素对产品磁性能的影响，避免出现如对比例1中的磁性能的大幅度下降； [0070] 相比对比例2、对比例3和对比例4，本发明实施例1中采用掺入钴、铌和铝，而不是钛、镓和铬等元素，使得在采用混合稀土代替钕降低成本的同时，避免混合稀土中非钕元素对产品磁性能的影响，确保制备的产品仍然具有高的内禀矫顽力、高的最大磁能积、高的居里温度和高的剩余磁化强度。 |
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