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一种永磁材料及其制备方法

阅读:196发布:2022-08-30

专利汇可以提供一种永磁材料及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种永磁材料及其制备方法。该永磁材料包含一种或多种稀土元素和一种或多种过渡金属元素,在所述永磁材料中,该一种或多种稀土元素的 原子 百分比小于或等于13%,且所述永磁材料的最大磁能积大于或等于18MGOe。,下面是一种永磁材料及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种永磁材料,其包含一种或多种稀土元素和一种或多种过渡金属元素,在所述永磁材料中,该一种或多种稀土元素的原子百分比小于或等于13%,且所述永磁材料的最大磁能积大于或等于18MGOe;
所述永磁材料的制备方法包括以下步骤:
将永磁粉末和软磁粉末混合;
将永磁粉末和软磁粉末的混合物模压成永磁坯体;
将所述永磁坯体装入模具,获得热压单元;
对所述热压单元进行热压变形,所述热压单元为永磁坯体以及其内部放置有所述永磁坯体的模具;在热压变形过程中,对热压单元沿热压压方向的两端进行冷却处理。
2.根据权利要求1所述的永磁材料,其中该永磁材料的最大磁能积小于40MGOe。
3.根据权利要求1所述的永磁材料,其中该永磁材料的最大磁能积小于或等于35MGOe。
4.根据权利要求1所述的永磁材料,其中该永磁材料的最大磁能积小于或等于30MGOe。
5.根据权利要求1所述的永磁材料,其中该永磁材料最大磁能积为20~28MGOe。
6.根据权利要求1所述的永磁材料,其中该永磁材料最大磁能积为22~28MGOe。
7.根据权利要求1所述的永磁材料,其中该永磁材料最大磁能积为24~28MGOe。
8.根据权利要求1所述的永磁材料,其中该永磁材料最大磁能积为25~28MGOe。
9.根据权利要求1所述的永磁材料,其中该永磁材料最大磁能积为25.5~27.5MGOe。
10.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述一种或多种稀土元素的原子百分比大于或等于5%。
11.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述一种或多种稀土元素的原子百分比大于或等于6%。
12.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述一种或多种稀土元素的原子百分比为5~13%。
13.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述一种或多种稀土元素的原子百分比为6~12%。
14.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述一种或多种稀土元素的原子百分比为7~9%。
15.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述一种或多种稀土元素的原子百分比为7~8%。
16.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述一种或多种稀土元素的原子百分比为
7.3~7.6%。
17.根据权利要求1所述的永磁材料,其内禀矫顽力为2~10kOe。
18.根据权利要求1所述的永磁材料,其内禀矫顽力为3~7kOe。
19.根据权利要求1所述的永磁材料,其内禀矫顽力为4~6kOe。
20.根据权利要求1所述的永磁材料,其饱和磁化强度为10~16kGs。
21.根据权利要求1所述的永磁材料,其饱和磁化强度为11~15kGs。
22.根据权利要求1所述的永磁材料,其饱和磁化强度为13~14kGs。
23.根据权利要求1所述的永磁材料,其剩余磁化强度为9~14kGs。
24.根据权利要求1所述的永磁材料,其剩余磁化强度为11~13kGs。
25.根据权利要求1所述的永磁材料,其剩余磁化强度为12~13kGs。
26.根据权利要求1所述的永磁材料,其剩磁比为0.8~0.95。
27.根据权利要求1所述的永磁材料,其剩磁比为0.8~0.9。
28.根据权利要求1所述的永磁材料,其剩磁比为0.85~0.9。
29.根据权利要求1所述的永磁材料,其剩磁比为0.9~0.95。
30.根据权利要求1所述的永磁材料,该永磁材料具有磁各向异性
31.根据权利要求30所述的永磁材料,该永磁材料一个方向上的磁性能参数的数值是该永磁材料在另一个方向上的相同磁性能参数的1.1倍以上;所述磁性能参数选自内禀矫顽力、饱和磁化强度、剩余磁化强度、剩磁比、最大磁能积的一种或多种。
32.根据权利要求31所述的永磁材料,该永磁材料具有磁各向异性,该永磁材料一个方向上的磁性能参数的数值是该永磁材料在另一个方向上的相同磁性能参数的1.3倍以上。
33.根据权利要求31所述的永磁材料,该永磁材料具有磁各向异性,该永磁材料一个方向上的磁性能参数的数值是该永磁材料在另一个方向上的相同磁性能参数的1.5倍以上。
34.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述稀土元素选自Nd、Sm、Pr、Dy、La、Ce、Gd、Tb、Ho、Er、Eu、Tm、Yb、Lu、Y、Sc、稀土金属混合物、或者它们的组合。
35.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述稀土元素为Nd和/或Sm。
36.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述过渡金属元素选自Fe、Co、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nd、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn、Cd、或者它们的组合。
37.根据权利要求1所述的永磁材料,其中所述过渡金属元素为选自Fe、Cu、Zr和Co中的一种多种。
38.根据权利要求1所述的永磁材料,其中该永磁材料包含至少一种硬磁相和至少一种软磁相,所述硬磁相的组成为RxTy,并且其中R选自一种或多种稀土元素,其中T选自一种或多种过渡金属元素,0<x<5,0<y<30。
39.根据权利要求38所述的永磁材料,R为Sm。
40.根据权利要求38所述的永磁材料,T为Co。
41.根据权利要求38所述的永磁材料,T还选自Co、Fe、Cu、Zr中的一种或多种。
42.根据权利要求38所述的永磁材料,其中该永磁材料还包含组成为R’x’T’y’Mz’的硬磁相,并且其中R’选自一种或多种稀土元素,其中T’选自一种或多种过渡金属元素,其中M选自一种或多种IIIA、IVA、VA族元素,其中0<x’<5,0<y’<30,0<z’<25。
43.根据权利要求42所述的永磁材料,R’为Nd。
44.根据权利要求42所述的永磁材料,T’为Fe。
45.根据权利要求1所述的永磁材料,其中该永磁材料包含至少一种硬磁相和至少一种软磁相,所述硬磁相的组成为R’x’T’y’Mz’,并且其中R’选自一种或多种稀土元素,其中T’选自一种或多种过渡金属元素,其中M选自一种或多种IIIA、IVA、VA族元素,其中0<x’<5,0<y’<30,0<z’<25。
46.根据权利要求45所述的永磁材料,R’为Nd。
47.根据权利要求45所述的永磁材料,T’为Fe。
48.根据权利要求42~47任一项所述的永磁材料,其中所述M选自B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Sb、Bi、或者它们的组合。
49.根据权利要求48所述的永磁材料,M为B。
50.根据权利要求42所述的永磁材料,其中包括RxTy和R’x’T’y’Mz’,RxTy和R’x’T’y’Mz’的质量比为5~10:1。
51.根据权利要求38所述的永磁材料,其中所述至少一种组成为RxTy的化合物具有1:4~10的原子比R:T。
52.根据权利要求38所述的永磁材料,其中所述至少一种组成为RxTy的化合物具有1:
4.5~5.5、1:6.5~7.5或1:8~9的原子比R:T。
53.根据权利要求38所述的永磁材料,其中所述至少一种组成为RxTy的化合物具有1:5、
1:7或2:17的原子比R:T。
54.根据权利要求38所述的永磁材料,其中所述至少一种组成为RxTy化合物选自PrCo5、SmCo5、SmCo7、Sm2Co17、Smx(Co1-a-b-cFeaCubZrc)y或者它们的组合,a、b和c各自独立地大于或等于0,且小于1,且1-a-b-c>0。
55.根据权利要求54所述的永磁材料,其中所述Smx(Co1-a-b-cFeaCubZrc)y中,Sm:Co:Fe:
Cu:Zr的原子比为0.8~1.2:5~5.5:1~1.5:0.2~0.6:0.1~0.2。
56.根据权利要求54所述的永磁材料,其中所述Smx(Co1-a-b-cFeaCubZrc)y中,Sm:Co:Fe:
Cu:Zr的原子比为1.0:5.3:1.3:0.4:0.1。
57.根据权利要求42~47任一项所述的永磁材料,其中组成为R’x’T’y’Mz’的化合物具有
1~3:13~15:0.5~2的原子比R’:T’:M。
58.根据权利要求42~47任一项所述的永磁材料,其中组成为R’x’T’y’Mz’的化合物具有
2:14:1的原子比R’:T’:M。
59.根据权利要求42~47任一项所述的永磁材料,其中组成为R’x’T’y’Mz’的化合物选自Nd2Fe14B、Pr2Fe14B或者它们的组合。
60.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中所述至少一种软磁相包含软磁材料。
61.根据权利要求60所述的永磁材料,其中所述软磁材料选自含有元素、钴元素和/或镍元素的单质、合金、化合物、或者它们的组合。
62.根据权利要求60所述的永磁材料,其中所述软磁材料为α-Fe、Co、α-FeCo合金、或者它们的组合。
63.根据权利要求60所述的永磁材料,其中所述软磁材料中,Fe元素和Co元素的质量比为65~70:30~35。
64.根据权利要求1所述的永磁材料,所述永磁材料为复合永磁材料。
65.根据权利要求1所述的永磁材料,所述永磁材料为纳米复合永磁材料。
66.根据权利要求1所述的永磁材料,所述永磁材料不含有富稀土相。
67.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中至少部分硬磁相的晶粒具有沿易磁化方向的择优取向。
68.根据权利要求67所述的永磁材料,其中所述易磁化方向为晶体晶向指数的001或
002方向。
69.根据权利要求38所述的永磁材料,其中至少部分硬磁相的晶粒为柱状晶,所述柱状晶沿柱状晶的长轴方向择优取向。
70.根据权利要求38所述的永磁材料,该永磁材料的XRD衍射图中,至少一种硬磁相的
002衍射峰的相对强度大于40%。
71.根据权利要求1所述的永磁材料,该永磁材料的XRD图谱中存在SmCo7相的衍射峰,SmCo7在以下一个或多个2θ存在衍射峰:30.5、36.9、42.9、43.3、44.3和48.7度。
72.根据权利要求71所述的永磁材料,SmCo7在以下2θ角存在衍射峰:30.5、36.9、43.3、
44.3和48.7度。
73.根据权利要求72所述的永磁材料,所述30.5、36.9、42.9、43.3、44.3、48.7度的衍射峰分别对应SmCo7相(101)、(110)、(200)、(111)、(002)、(201)晶面的衍射峰。
74.根据权利要求70所述的永磁材料,所述002衍射峰的相对强度大于50%。
75.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中所述软磁相分布在所述硬磁相的基体中。
76.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中所述硬磁相分布在所述软磁相的基体中。
77.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中至少部分硬磁相的晶粒尺寸为
50纳米以下。
78.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中至少部分硬磁相的晶粒尺寸为
30纳米以下。
79.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中至少部分硬磁相的晶粒尺寸为
10~30纳米。
80.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中至少部分软磁相的晶粒尺寸为
50纳米以下。
81.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中至少部分软磁相的晶粒尺寸为
30纳米以下。
82.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中至少部分软磁相的晶粒尺寸为
10~20纳米。
83.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中至少部分硬磁相的晶粒形状为棒状,该棒状硬磁相晶粒的长轴尺寸为20~30纳米,短轴尺寸为5~10纳米。
84.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中至少部分硬磁相和软磁相的界面处存在磁交换耦合作用。
85.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中所述软磁相的含量为10~30重量%。
86.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中所述软磁相的含量为15~25重量%。
87.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中所述软磁相的含量为20~25重量%。
88.根据权利要求38~47任一项所述的永磁材料,其中所述软磁相的含量为22~24重量%。
89.根据权利要求1所述的永磁材料,其尺寸为a毫米×b毫米以上,其中a为0.5~3,b为
0.5~20。
90.一种制备永磁材料的方法,其包括:
将永磁粉末和软磁粉末混合;
将永磁粉末和软磁粉末的混合物模压成永磁坯体;
将所述永磁坯体装入模具,获得热压单元;
对热压单元进行热压变形,所述热压单元为永磁坯体以及其内部放置有所述永磁坯体的模具;在热压变形过程中,对热压单元沿热压压力方向的两端进行冷却处理。
91.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压变形过程中,在热压单元变形前,先对所述热压单元进行加热,同时对该热压单元的两端以一定的冷却效率进行冷却处理,使热压单元的中间温度达到热变形温度,热压单元的两端温度低于热变形温度。
92.根据权利要求91所述的方法,热变形温度为400~900℃。
93.根据权利要求91所述的方法,热压单元的两端温度比热变形温度低300~600℃。
94.根据权利要求91所述的方法,热压单元的两端温度比热变形温度低300~500℃。
95.根据权利要求91所述的方法,热压单元的两端温度比热变形温度低350~450℃。
96.根据权利要求91所述的方法,热压单元的两端温度为100~400℃。
97.根据权利要求91所述的方法,热压单元的两端温度为150~350℃。
98.根据权利要求91所述的方法,热压单元的两端温度为200~300℃。
99.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压变形的过程保持所述冷却处理。
100.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压单元受压变形的过程中,施加的最大热压压力为15~25吨。
101.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压单元受压变形的过程中,施加的最大热压压力为18~22吨。
102.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压单元受压变形的过程中,施加的最大热压压力为20~21吨。
103.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压单元受压变形的过程中,热压单元的中间温度为热变形温度,热变形温度为500~800℃。
104.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压单元受压变形的过程中,热压单元的中间温度为热变形温度,热变形温度为500℃~700℃。
105.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压单元受压变形的过程中,热压单元的中间温度为热变形温度,热变形温度为600℃~700℃。
106.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压单元受压变形的过程中,升压时间为5~80s。
107.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压单元受压变形的过程中,升压时间为15~60s。
108.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,在所述热压单元受压变形的过程中,升压时间为20~40s。
109.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,其中所述热压变形过程中,当热压压力达到最大热压压力后,还继续保温保压一段时间,保温保压时间为1~60s,所述保压压力为15~25吨。
110.根据权利要求109所述的制备永磁材料的方法,保温保压时间为20~40s。
111.根据权利要求109所述的制备永磁材料的方法,所述保压压力为18~22吨。
112.根据权利要求109所述的制备永磁材料的方法,所述保压压力与最大热压压力基本相同。
113.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,热压变形后,热压单元平行于热压压力方向的变形量为60~90%。
114.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,热压变形后,热压单元平行于热压压力方向的变形量为65~85%。
115.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,热压变形后,热压单元平行于热压压力方向的变形量为70~80%。
116.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,其中所述永磁坯体的密度为4~
3
10g/cm。
117.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,其中所述永磁坯体的密度为5~8g/cm3。
118.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,其中所述永磁坯体的密度为6~
3
7.2g/cm。
119.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,其中所述模具为两端开口的圆筒体,所述圆筒体外壁的母线为内凹的曲线、直线或外凸的曲线。
120.根据权利要求119所述的制备永磁材料的方法,所述内凹的曲线或外凸的曲线为圆弧线或抛物线。
121.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,所述模具的内壁是直筒。
122.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,所述模具的高度为6~10mm。
123.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,所述模具的高度为7~8mm。
124.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,所述模具的内径为5~8mm。
125.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,所述模具的内径为6~7mm。
126.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,所述模具的外径为6~10mm;外径最大处为8~9mm,外径最小处为7~8mm。
127.根据权利要求126所述的制备永磁材料的方法,所述模具的外径最大处与外径最小处的差值为0~1mm。
128.根据权利要求126所述的制备永磁材料的方法,所述模具的外径最大处与外径最小处的差值为0.4~0.6mm。
129.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,其中所述模具的材质为金属。
130.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,其中所述模具的材质高温合金
131.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,其中所述模具的材质为GH4169或GH2025高温合金
132.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,其中所述永磁坯体由永磁粉末和软磁粉末压制形成。
133.根据权利要求132所述的制备永磁材料的方法,其中所述永磁粉末包含至少一种组成为RxTy的化合物,并且其中R选自一种或多种稀土元素,其中T选自一种或多种过渡金属元素,组成为RxTy的化合物具有1:4~10的原子比R:T。
134.根据权利要求133所述的制备永磁材料的方法,其中所述永磁粉末还包含至少一种组成为R’x’T’y’Mz’的化合物,并且其中R’选自一种或多种稀土元素,其中T’选自一种或多种过渡金属元素,其中M选自IIIA、IVA、VA族元素或者它们的组合,其中0<x’<5,0<y’<
30,0<z’<25。
135.根据权利要求132所述的制备永磁材料的方法,其中所述永磁粉末包含至少一种组成为R’x’T’y’Mz’的化合物,并且其中R’选自一种或多种稀土元素,其中T’选自一种或多种过渡金属元素,其中M选自IIIA、IVA、VA族元素或者它们的组合,其中0<x’<5,0<y’<30,
0<z’<25。
136.根据权利要求132所述的制备永磁材料的方法,其中所述软磁粉末包含至少一种含有铁元素、钴元素和/或镍元素的单质、化合物、合金、或者它们的组合。
137.根据权利要求132所述的制备永磁材料的方法,其中永磁粉末具有原子比Sm:Co=
1:5~6。
138.根据权利要求132所述的制备永磁材料的方法,其中永磁粉末具有原子比
Sm:Co:Fe:Cu:Zr=0.8~1.2:5~5.5:1~1.5:0.1~0.5:0.1~0.3;
或者Sm:Co=1:5;
或者Sm:Co:Nd:Fe:B=8~10:40~50:1~3:10~15:1~3。
139.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,该方法采用电火花烧结系统或热模拟试验机对所述热压单元进行热压变形。
140.根据权利要求139所述的制备永磁材料的方法,该方法通过在所述电火花烧结系统或热模拟试验机的两个电极中通冷却,对热压单元沿热压压力方向的两端进行冷却处理。
141.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,还包括对热压变形后的热压单元进行去应力处理。
142.根据权利要求90所述的制备永磁材料的方法,其中所述混合为球磨混合。
143.根据权利要求142所述的制备永磁材料的方法,其中球磨混合采用的球料质量比为1:10~30。
144.根据权利要求142所述的制备永磁材料的方法,其中球磨混合的时间为2~7小时。
145.根据权利要求142所述的制备永磁材料的方法,其中球磨混合的时间为4~5小时。
146.根据权利要求142所述的制备永磁材料的方法,其中球磨混合后永磁粉末为非晶。
147.根据权利要求90~146任一项所述的制备永磁材料的方法,其中所述永磁材料为权利要求1~89任一项所述的永磁材料。
148.根据权利要求1所述永磁材料,其由权利要求91~146任一项所述的方法制得。

说明书全文

一种永磁材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于磁性材料领域,具体涉及一种永磁材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 当前,高性能永磁材料在国民经济和高科技发展中占据着重要的 地位。随着能发电、混合动和纯电动汽车等新兴高科技产业的发 展,对高性能永磁材料的需求量日益增大,有关该材料的研究和开发 显示出越来越重要的战略性地位。
[0003] 稀土永磁材料是稀土元素RE(Sm,Nd,Pr等)与过渡金属M (Fe,Co)等所形成的一类高性能永磁材料。在元素周期表里,稀土 元素是15个镧系元素的总称。需要指出的是,人们常把第III副族元 素钪和钇也列入稀土元素之中。60年代开发的以SmCo5为代表的第 一代稀土永磁材料和70年代开发的以Sm2Co17为代表的第二代稀土永 磁材料都具有良好的永磁性能。1983年佐川真人等对RE-Fe-X三元合 金进行了广泛地实验研究,发现了第三代稀土永磁材料具有高磁能积 的Nd-Fe-B磁体。Nd-Fe-B磁体具有较高的最大磁能积,且具有较低 的价格,但与Sm-Co永磁体相比,其居里温度点较低,高温性能较差。
[0004] 上世纪90年代初,人们提出了采用纳米技术将纳米尺度的软、 硬磁相组成“交换耦合永磁体”,开拓了“下一代”超强永磁材料的新思 路。该类永磁材料的理论磁能积高达100MGOe,远远超过目前“永磁 王”Nd2Fe14B的最高磁能积64MGOe。另外,该类永磁材料含有大量 廉价的软磁相(例如Fe或FeCo等),稀土含量低,因而成本低、且 耐蚀性好。
[0005] 衡量永磁材料性能优劣的关键指标之一是最大磁能积。20年来, 人们采用机械合金化、快淬、热变形(例如,模锻(die-upset))等 多种技术制备出了各种永磁材料。
[0006] 中国专利CN1985338A公开了一种各向异性纳米复合稀土 永磁体。该专利通过模锻技术制备了一种永磁材料。由于该专利使用 了富稀土永磁粉末作为原料,该永磁材料的稀土元素含量高,成本较 高。
[0007] 中国专利CN1735947A公开了一种复合稀土永磁体材料。该专利 通过熔体旋淬的方法制备了稀土合金粉末,再通过快速热压技术,获 得了SmCo9.5永磁材料,该永磁材料具有11.1MGOe的最大磁能积。
[0008] 美国专利US2012/0153212公开了一种纳米永磁材料。该专利通 过模锻技术制备了永磁材料。其采用SmCo5+20重量%Fe65Co35制备 了永磁材料,该永磁材料具有19.2MGOe的最大磁能积。
[0009] 现有技术还需要成本更低、性能更好的永磁材料,尤其是稀土含 量更低,最大磁能积更高的永磁材料。

发明内容

[0010] 针对现有技术中存在的一个或多个问题,本发明的一个目的在于 提供一种永磁材料;本发明的另一个目的在于提供一种稀土元素含量 低的永磁材料;本发明的另一个目的还在于提供一种最大磁能积更高 的永磁材料。本发明的又一个目的在于提供一种制备永磁材料的方法。
[0011] 通过下面的技术方案,本发明实现了上述的一个或者多个目的。
[0012] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种永磁材料,其包含一种 或多种稀土元素和一种或多种过渡金属元素,在所述永磁材料中,该 一种或多种稀土元素的原子百分比小于或等于13%,且所述永磁材料 的最大磁能积大于或等于18MGOe。
[0013] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中该永磁材料的最大磁能积小于40MGOe,优选小于或等于35MGOe, 再优选小于或等于30MGOe。
[0014] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中该永磁材料最大磁能积为20~28MGOe;优选为22~28MGOe,更优 选为24~28MGOe,再优选为25.5~27.5MGOe。
[0015] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述一种或多种稀土元素的原子百分比大于或等于5%,优选大于 或等于6%。
[0016] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述一种或多种稀土元素的原子百分比为5~13%,优选为6~12%, 再优选为7~9%,更优选为7~8%,再优选为7.3~7.6%。
[0017] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 内禀矫顽力为2~10kOe,优选为3~7kOe,更优选为4~6kOe。
[0018] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 饱和磁化强度为10~16kGs,优选为11~15kGs、更优选为13~14kGs。
[0019] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 剩余磁化强度为9~14kGs,优选11~13kGs,再优选12~13kGs。
[0020] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 剩磁比为0.8~1,优选0.85~1,,再优选0.95~1,再优选0.8~0.95,再 优选为0.9~0.95。
[0021] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,所 述永磁材料不含有富稀土相。
[0022] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方法, 其包括,对热压单元进行热压变形,所述热压单元为永磁坯体以及其 内部放置有所述永磁坯体的模具;在热压变形过程中,对热压单元沿 热压压力方向的两端进行冷却处理。
[0023] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方法, 在所述热压变形过程中,在热压单元变形前,先对所述热压单元进行 加热,同时对该热压单元的两端以一定的冷却效率进行冷却处理,使 热压单元的中间温度达到热变形温度,热压单元的两端温度低于热变 形温度;
[0024] 优选地,热变形温度为400~900℃;
[0025] 优选地,热压单元的两端温度比热变形温度低300~600℃,优选 低300~500℃,更优选低350~450℃;
[0026] 优选地,热压单元的两端温度为100~400℃,优选为150~350℃, 更优选为200~300℃。
[0027] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方法, 在所述热压变形的过程保持所述冷却处理。
[0028] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方法, 其中所述永磁坯体的密度为4~10g/cm3,优选为5~8g/cm3,更优选为 6~7.2g/cm3。
[0029] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方法, 其中所述模具为两端开口的圆筒体,所述圆筒体外壁的母线为内凹的 曲线、直线或外凸的曲线。
[0030] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方法, 所述内凹的曲线或外凸的曲线为圆弧线或抛物线。
[0031] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方法, 其中所述模具的材质为金属,优选为高温合金,更优选为GH4169或 GH2025高温合金
[0032] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方法, 其包括以下步骤的一步或多步:
[0033] 1)将永磁粉末和软磁粉末混合;
[0034] 2)将永磁粉末和软磁粉末的混合物模压成永磁坯体;
[0035] 3)将所述永磁坯体装入模具,获得所述热压单元;
[0036] 4)对所述热压单元进行所述热压变形;
[0037] 5)对热压变形后的热压单元进行去应力处理。
[0038] 除非特别指出,本发明所述“变形量”为平行于压力方向的负变形 量。在一个实施方案中, l0和l分别是热压单元在热压 变形前和变形后平行于压力方向的高度。
[0039] 本发明所述永磁材料在至少一个方向上具有本发明所述磁性能, 包括最大磁能积、饱和磁化强度、剩余磁化强度、剩磁比或内禀矫顽 力中的一种或多种。
[0040] 本发明所述内禀矫顽力(符号:Hin),单位:奥斯特(Oe), 1Oe=1000/4πA/m,1kOe=1000Oe。
[0041] 饱和磁化强度(符号:4πMs),单位Gs,1Gs=103A/m。
[0042] 剩余磁化强度(简称剩磁,符号:4πMr),单位Gs,1Gs=103A/m, 1kGs=1000Gs。(单位Gs也可以简写为G;kGs可简写为kG)
[0043] 剩磁比是指剩余磁化强度与饱和磁化强度的比值,即Mr/Ms。
[0044] 最大磁能积(符号:BHmax),单位:MGOe,1MGOe=100/4πkJ/m3。
[0045] 本发明中,根据原料中软磁粉末和永磁粉末的重量百分数计算永 磁材料中稀土元素的原子百分数,如果二者出现不一致的情况,以原 料中软磁粉末和永磁粉末的重量百分数为准。
[0046] 本发明中,多个指两个或两个以上。
[0047] 本发明的有益效果
[0048] 本发明利用较少的稀土原材料制备出性能出色的永磁材料。
[0049] 本发明永磁材料中稀土元素的原子百分比含量较低,但本发明永 磁材料具有较高的最大磁能积、饱和磁化强度、剩余磁化强度、内禀 矫顽力或剩磁比。附图说明
[0050] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请 的一部分。在附图中:
[0051] 图1是实施例1-9中模具的示意图;
[0052] 图2是实施例1-9中热压变形过程示意图;
[0053] 图3是实施例6中前驱体的TEM照片;
[0054] 图4是实施例6中前驱体的XRD图谱;
[0055] 图5是实施例6中永磁材料的XRD图谱;
[0056] 图6是实施例6中永磁材料的TEM照片;
[0057] 图7是实施例6中永磁材料的去磁曲线;
[0058] 图8是实施例1-9中永磁材料的内禀矫顽力、饱和磁化强度和最 大磁能积随软磁粉末含量变化的关系曲线;
[0059] 图9是实施例21-25中热压模具的示意图;
[0060] 图10是对比例1中永磁材料的XRD图片;
[0061] 图11是对比例1中永磁材料的去磁曲线;
[0062] 图12是实施例34中前驱体的X射线衍射图谱;
[0063] 图13是实施例34中前驱体的TEM照片;
[0064] 图14是实施例34中永磁材料的退磁曲线;
[0065] 图15是实施例34中永磁材料的XRD图谱;
[0066] 图16是实施例40中前驱体的XRD图谱;
[0067] 图17是实施例40中永磁材料的去磁曲线;
[0068] 图18是实施例40中永磁材料的XRD图谱。具体实施方案
[0069] 本发明提供了如下的具体实施方案以及他们之间的所有可能的 组合。出于简洁的目的,本申请没有逐一记载实施方案的各种具体组 合方式,但应当认为本申请具体记载并公开了所述具体实施方案的所 有可能的组合方式。
[0070] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种永磁材料,其包含一种 或多种稀土元素和一种或多种过渡金属元素,在所述永磁材料中,该 一种或多种稀土元素的原子百分比小于或等于13%,且所述永磁材料 的最大磁能积大于或等于18MGOe。
[0071] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中该永磁材料的最大磁能积小于40MGOe,优选小于或等于35MGOe, 再优选小于或等于30MGOe。
[0072] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中该永磁材料最大磁能积为20~28MGOe;优选为22~28MGOe,更优 选为24~28MGOe,再优选为25~28MGOe,再优选为25.5~27.5MGOe。
[0073] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述一种或多种稀土元素的原子百分比大于或等于5%,优选大于 或等于6%。
[0074] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述一种或多种稀土元素的原子百分比为5~13%,优选为6~12%, 再优选为7~9%,更优选为7~8%,再优选为7.3~7.6%。
[0075] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 内禀矫顽力为2~10kOe,优选为3~7kOe,更优选为4~6kOe。
[0076] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 饱和磁化强度为10~16kGs,优选为11~15kGs、更优选为13~14kGs。
[0077] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 剩余磁化强度为9~14kGs,优选11~13kGs,再优选12~13kGs。
[0078] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 剩磁比为0.8~0.95,优选为0.8~0.9、0.85~0.9或0.9~0.95。
[0079] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,该 永磁材料具有磁各向异性,优选该永磁材料一个方向上的磁性能参数 的数值是该永磁材料在另一个方向上的相同磁性能参数的1.1倍以上, 优选为1.3倍以上,再优选为1.5倍以上。所述磁性能参数可以选自内 禀矫顽力、饱和磁化强度、剩余磁化强度、剩磁比、最大磁能积的一 种或多种。
[0080] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述稀土元素选自Nd、Sm、Pr、Dy、La、Ce、Gd、Tb、Ho、Er、 Eu、Tm、Yb、Lu、Y、Sc、稀土金属混合物、或者它们的组合。
[0081] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述过渡金属元素选自Fe、Co、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nd、Ta、 Cr、Mo、W、Mn、Cu、Zn、Cd、或者它们的组合。
[0082] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中该永磁材料包含至少一种硬磁相和至少一种软磁相,所述硬磁相的 组成为RxTy,并且其中R选自一种或多种稀土元素,其中T选自一 种或多种过渡金属元素,0<x<5,0<y<30。R优选为Sm;T优选 为Co;T还可以选自Co、Fe、Cu、Zr中的一种或多种。
[0083] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中该永磁材料还包含一种组成为R’x’T’y’Mz’的硬磁相,并且其中R’选 自一种或多种稀土元素,其中T’选自一种或多种过渡金属元素,其中 M选自一种或多种IIIA、IVA、VA族元素,其中0<x’<5,0<y’< 30,0<z’<25。R’优选为Nd;T’优选为Fe。
[0084] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述M选自B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Sb、Bi、或者 它们的组合。M优选为B。
[0085] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中包括RxTy和R’x’T’y’Mz’,RxTy和R’x’T’y’Mz’的质量比优选为5~10:1, 再优选为8~10:1。
[0086] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述至少一种组成为RxTy的化合物具有1:4~10的原子比R:T。
[0087] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述至少一种组成为RxTy的化合物具有1:4.5~5.5、1:6.5~7.5或 1:8~9的原子比R:T。
[0088] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述至少一种组成为RxTy的化合物具有1:5、1:7或2:17的原子比 R:T。
[0089] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述至少一种组成为RxTy化合物选自PrCo5、SmCo5、SmCo7、 Sm2Co17、Smx(Co1-a-b-cFeaCubZrc)y或者它们的组合,a、b和c各自独 立地大于或等于0,且小于1,且1-a-b-c>0。
[0090] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述Smx(Co1-a-b-cFeaCubZrc)y中,Sm:Co:Fe:Cu:Zr的原子比为 0.8~1.2:5~5.5:1~1.5:0.2~0.6:0.1~0.2。
[0091] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述Smx(Co1-a-b-cFeaCubZrc)y中,按质量计,Sm:Co:Fe:Cu:Zr的原 子比为1.0:5.3:1.3:0.4:0.1。
[0092] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中至少一种组成为R’x’T’y’Mz’的化合物具有1~3:13~15:0.5~2的原子比 R’:T’:M。
[0093] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中至少一种组成为 R’x’T’y’Mz’的化合物具有2:14:1的原子比R’:T’:M。
[0094] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中至少一种组成为R’x’T’y’Mz’的化合物选自Nd2Fe14B、Pr2Fe14B或者 它们的组合。
[0095] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述至少一种软磁相包含软磁材料。
[0096] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述软磁材料选自含有元素、钴元素和/或镍元素的单质、合金、 化合物、或者它们的组合。
[0097] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述软磁材料为α-Fe、Co、α-FeCo合金、或者它们的组合。
[0098] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述软磁材料中,Fe元素和Co元素的质量比为65~70:30~35。
[0099] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,所 述永磁材料为复合永磁材料。
[0100] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,所 述永磁材料为纳米复合永磁材料。
[0101] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,所 述永磁材料不含有富稀土相。
[0102] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中至少部分硬磁相的晶粒具有沿易磁化方向的择优取向。
[0103] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述易磁化方向为晶体晶向指数的001或002方向。
[0104] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中至少部分硬磁相的晶粒为柱状晶,所述柱状晶沿柱状晶的长轴方向 择优取向。
[0105] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,该 永磁材料的XRD衍射图中,至少一种硬磁相的002衍射峰的相对强度 大于40%。
[0106] 在本发明的一个优选的实施方案中,本发明提供一种永磁材料, 该永磁材料的XRD图谱中存在SmCo7相的衍射峰,SmCo7在以下一 个或多个2θ存在衍射峰:30.5、36.9、42.9、43.3、44.3和48.7度。
[0107] 优选地,SmCo7在以下2θ角存在衍射峰:30.5、36.9、43.3、44.3 和48.7度。
[0108] 优选地,所述30.5、36.9、42.9、43.3、44.3、48.7度的衍射峰分 别对应SmCo7相(101)、(110)、(200)、(111)、(002)、(201)晶面的衍射峰。
[0109] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,所 述002衍射峰的相对强度大于50%,优选大于70%,再优选为100%。
[0110] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 具有选自本发明图5a、图5b、图15a、图15b、图18a或图18b所示 的至少一张XRD衍射图谱。
[0111] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述软磁相分布在所述硬磁相的基体中。
[0112] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述硬磁相分布在所述软磁相的基体中。
[0113] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中至少部分硬磁相的颗粒(或晶粒)尺寸为50纳米以下,优选为30 纳米以下,更优选为10~30纳米。
[0114] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中至少部分软磁相的颗粒(或晶粒)尺寸为50纳米以下,优选为30 纳米以下,更优选为10~20纳米。
[0115] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中至少部分硬磁相的颗粒(或晶粒)形状为棒状,该棒状硬磁相颗粒 (或晶粒)的长轴尺寸为20~30纳米,短轴尺寸为5~10纳米。
[0116] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中至少部分硬磁相和软磁相的界面处存在磁交换耦合作用。
[0117] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 中所述软磁相的含量为10~30重量%,优选为15~25重量%,更优选 为20~25重量%,再优选为22~24重量%。
[0118] 在本发明一个优选实施方案中,本发明提供了一种永磁材料,其 尺寸为a毫米×b毫米以上,其中a为0.5~3,优选为1~2,b为0.5~20, 优选为1~20,再优选为5~15。
[0119] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方法, 其包括,对热压单元进行热压变形,所述热压单元为永磁坯体以及其 内部放置有所述永磁坯体的模具;在热压变形过程中,对热压单元沿 热压压力方向的两端进行冷却处理。
[0120] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,在所述热压变形过程中,在热压单元变形前,先对所述热压单元 进行加热,同时对该热压单元的两端以一定的冷却效率进行冷却处理, 使热压单元的中间温度达到热变形温度,热压单元的两端温度低于热 变形温度;
[0121] 优选地,热变形温度为400~900℃;
[0122] 优选地,热压单元的两端温度比热变形温度低300~600℃,优选 低300~500℃,更优选低350~450℃;
[0123] 优选地,热压单元的两端温度为100~400℃,优选为150~350℃, 更优选为200~300℃。
[0124] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,在所述热压变形的过程保持所述冷却处理。
[0125] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,在所述热压单元受压变形的过程中,施加的最大热压压力为15~25 吨,优选为18~22吨,再优选为20~21吨。
[0126] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,在所述热压单元受压变形的过程中,热压单元的中间温度为热变 形温度,热变形温度为500~800℃,优选为500℃~700℃,更优选为 600℃~700℃。
[0127] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,在所述热压单元受压变形的过程中,升压时间为5~80s,优选为 15~60s,更优选为20~40s。
[0128] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中所述热压变形过程中,当热压压力达到最大热压压力后,还 继续保温保压一段时间,保温保压时间为1~60s,优选为20~40s;
[0129] 所述保压压力优选为15~25吨,更优选为18~22吨,也可以与最 大热压压力基本相同。
[0130] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,热压变形后,热压单元平行于热压压力方向的变形量为60~90%, 优选为65~85%,更优选为70~80%。
[0131] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中所述永磁坯体的密度为4~10g/cm3,优选为5~8g/cm3,更优 选为6~7.2g/cm3。
[0132] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中所述模具为两端开口的圆筒体,所述圆筒体外壁的母线为内 凹的曲线、直线或外凸的曲线。
[0133] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,所述内凹的曲线或外凸的曲线为圆弧线或抛物线。
[0134] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,所述热压模具的内壁是直筒。
[0135] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,所述热压模具的高度为6~10mm,优选为7~8mm。
[0136] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,所述热压模具的内径为5~8mm,优选为6~7mm。
[0137] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,所述热压模具的外径为6~10mm,例如为7~8mm或8~9mm;优 选外径最大处为8~9mm,优选外径最小处为7~8mm。
[0138] 优选地,所述热压模具的外径最大处与外径最小处的差值为 0~1mm,例如0.4~0.6mm。
[0139] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中所述模具的材质为金属,优选为高温合金,更优选为GH4169 或GH2025高温合金钢
[0140] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中所述永磁坯体由永磁粉末和软磁粉末压制形成。
[0141] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中所述永磁粉末包含至少一种组成为RxTy的化合物,并且其中 R选自一种或多种稀土元素,其中T选自一种或多种过渡金属元素。
[0142] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中所述永磁粉末还包含至少一种组成为R’x’T’y’Mz’的化合物, 并且其中R’选自一种或多种稀土元素,其中T’选自一种或多种过渡金 属元素,其中M选自IIIA、IVA、VA族元素或者它们的组合,其中 0<x’<5,0<y’<30,0<z’<25。
[0143] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中所述软磁粉末包含至少一种含有铁元素、钴元素和/或镍元素 的单质、化合物、合金、或者它们的组合。
[0144] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中永磁粉末具有原子比Sm:Co=1:5~6。
[0145] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的永 磁材料,其中永磁粉末具有原子比
[0146] Sm:Co:Fe:Cu:Zr=0.8~1.2:5~5.5:1~1.5:0.1~0.5:0.1~0.3;
[0147] 或者Sm:Co=1:5;
[0148] 或者Sm:Co:Nd:Fe:B=8~10:40~50:1~3:10~15:1~3。
[0149] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,该方法采用电火花烧结系统或热模拟试验机对所述热压单元进行 热压变形。
[0150] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,该方法通过在所述电火花烧结系统或热模拟试验机的两个电极中 通冷却,对热压单元沿热压压力方向的两端进行冷却处理。
[0151] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其包括以下步骤的一步或多步:
[0152] 1)将永磁粉末和软磁粉末混合;
[0153] 2)将永磁粉末和软磁粉末的混合物模压成永磁坯体;
[0154] 3)将所述永磁坯体装入模具,获得所述热压单元;
[0155] 4)对所述热压单元进行所述热压变形;
[0156] 5)对热压变形后的热压单元进行去应力处理。
[0157] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中步骤1)所述混合为球磨混合。
[0158] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中球磨混合采用的球料质量比为1:10~30,例如1:20。
[0159] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中球磨混合的时间为2~7小时,优选为4~5小时。
[0160] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中球磨混合后永磁粉末为非晶。
[0161] 在本发明的一个优选实施方案中,提供了一种制备永磁材料的方 法,其中所述永磁材料为本发明前述实施方案中的永磁材料。
[0162] 在本发明的一个实施方案中,提供了一种永磁材料,其由本发明 前述实施方案中的方法制得。
[0163] 下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描 述。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本 发明的限定
[0164] 具体实施例
[0165] 除非特别说明,本发明实施例中涉及的磁性能参数包括:内禀矫 顽力Hin(单位:kOe);饱和磁化强度4πMs(单位:kGs)、最大 磁能积(BH)max(单位:MGOe)、剩余磁化强度4πMr(单位:kGs) 和剩磁比Mr/Ms。
[0166] 本发明实施例中涉及的热压变形参数包括热变形温度T1(℃)、两 端温度T2(℃)、最大热压压力F(吨)、升压时间t1(s)、保温保压时 间t2(s)、变形量ε%。
[0167] 实施例中使用的各实验设备的品牌型号如下:
[0168]试验设备 设备品牌 设备型号
XRD 日本理学 D/Max-2500/PC
TEM 日本电子 JEM2010
SPS 日本SPS SYNTEX INC. SPS-3.2MK-IV
热模拟试验机 美国DSI公司 Gleeble 3500
VSM 美国Lakeshore 7407
[0169] 实施例1~9
[0170] 1.前驱体制备:
[0171] 原料包括永磁粉末和软磁粉末。具体地,永磁粉末为 SmCoFeCuZr合金粉末和SmCo5合金粉末的混合物(两种粉末均购 买自美国阿法爱莎公司),其中SmCoFeCuZr合金粉末中各元素的重 量比为Sm:Co:Fe:Cu:Zr=25.5:52.5:14:5:3,SmCo5合金粉末中各元素 的重量比为Sm:Co=33:67。两种粉末混合后,经换算,混合粉末中各 元素的原子比为Sm:Co:Fe:Cu:Zr=1.0:5.3:1.3:0.4:0.1。软磁粉末包括 α-Fe粉末和Co粉末,其中,α-Fe:Co的重量比为70:30。
[0172] 实施例1~9的原料中分别含有不同含量的软磁粉末,表1示出软 磁粉末在实施例1~9原料中所占质量分数。在氩气保护的手套箱中, 将上述永磁粉末和软磁粉末装入球磨罐,球料质量比20:1,在SPEX 球磨机上球磨4.5小时,获得前驱体。
[0173] 前驱体的X射线衍射(XRD)图谱如图4所示,图中仅有α-Fe(Co) 相的衍射峰,无其它衍射峰,说明球磨后的永磁相为非晶。
[0174] 前驱体的透射电子显微镜(TEM)照片如图3所示,图中有很多 分散均匀的晶粒,晶粒尺寸为约3~5纳米。结合图4的XRD图谱可 知,上述晶粒为α-Fe(Co)软磁晶粒。这些α-Fe(Co)软磁晶粒均匀地分 布于永磁粉末形成的非晶基体中。
[0175] 2.模压成型:将上述球磨获得的前驱体在室温模压成型,获得 永磁坯体。永磁坯体为直径约6mm、高约2mm的圆柱体,其密度为 约6.8~7.2g/cm3。
[0176] 将上述4个永磁坯体装入热压模具。如图1所示,实施例1~9的 热压模具为两端开口的圆筒体,圆筒体内壁为直筒,圆筒体的外壁的 母线为内凹的曲线,曲线的最低点位于圆筒体的1/2高度处。圆筒体 高h=8mm,内径约d1=6.2mm,圆筒体两端位置的外径d3=8mm,圆 筒体中间位置的外径d2=7.6mm。该模具的材质为GH4169高温合金 钢。上述永磁坯体以及其内部放置有永磁坯体的热压模具共同构成本 发明的热压单元。
[0177] 3.热压变形:对上述热压单元进行热压变形,热压变形的示意 图如图2所示。
[0178] 如图2所示,使用电火花烧结系统(简称SPS系统)对上述热压 单元进行热压变形。在SPS系统两个电极2a、2b上分别放置石墨垫 片3a、3b,在各石墨垫片3上进一步分别放置硬质合金压头4a、4b, 将上述热压单元5置于两硬质合金压头4a、4b之间,热压单元5的轴 线与压力方向平行。此外,SPS系统的两个电极2a、2b处设有冷却水 入口1a、1b和冷却水出口6a、6b。在热压单元5外壁的1/2高度处 设置测温热电偶,以该热电偶测量的温度为热压单元5的中间温度。 在合金压头4a、4b处设置测温热电偶,以该热电偶测量的温度为热压 单元的两端温度。
[0179] 使用SPS系统对热压单元进行热压变形。首先将热压单元5夹持 在两个合金压头4a、4b之间进行加热。同时,在SPS的两个电极2 处通冷却水,使得热压单元5的两端温度降低。在加热和冷却水处理 的双重作用下,热压单元5在平行于热压压力的方向(即热压单元的 轴线方向)形成中间温度高、两端温度低的温度梯度。当热压单元5 的中间温度达到热变形温度T1(℃)时,两端温度为T2(℃),此 时热压单元尚未开始变形。保持热压单元的中间温度为T1,并保持冷 却水条件,将热压压力逐渐升高至最大热压压力F(吨),这段时间 为升压时间t1(s)。升压期间,热压单元5发生变形。然后将热压单 元5在热变形温度T1和最大热压压力F下保温保压,保温保压时间 为t2(s),然后撤去温度和压力,完成热压变形。经上述热压变形后, 热压单元沿热压压力方向的变形量为ε%。
[0180] 4.去应力处理:将上述热压变形后的热压单元5在100℃热处 理36小时,获得实施例1~9的永磁材料,其直径为约13mm,高为 约1.7mm。
[0181] 表1示出了实施例1~9的软磁粉末在原料中的重量含量,以及永 磁材料中稀土元素的原子百分比,以及各项热压变形参数,以及永磁 材料的各项磁性能参数。
[0182]
[0183] 图8示出实施例1~9的永磁材料的各项磁性能参数随软磁粉末在 原料中所占质量百分数变化的曲线。
[0184] 对于实施例6的永磁材料,垂直(图5a)和平行(图5b)于热 压压力方向的两个面的XRD图谱如图5所示。定性分析表明变形后永 磁材料包含三个相,分别为SmCo7,、SmCo5和α-Fe(Co)相。从XRD图 谱上没有明显的Fe、Cu、Zr的相。对比图5a和5b,各衍射峰的相对强 度有明显的区别,尤其是SmCo7相的各衍射峰的相对强度有明显的区别。 图5a中示出垂直于热压压力方向的面的XRD曲线,其中SmCo7相的 (002)衍射峰为最强峰(见分峰拟合的数据)。而在PDF标准卡片上, SmCo7相的最强峰为(111)峰,(002)峰与最强峰相比相对强度只为30%。 可见,本实施例永磁材料中SmCo7相的(002)衍射峰的相对强度要高 于标准卡片。图5b示出平行于热压压力方向的面的XRD曲线,SmCo7相(200)衍射峰为最强峰,(002)衍射峰明显的低于其他的衍射峰,(200) 面与(002)面是垂直的。以上数据表明,该永磁材料的SmCo7相在热 压压力方向上存在[00l]方向的织构。
[0185] 对于实施例6的永磁材料,平行(图6a)和垂直(图6b)于热压 压力方向的两个面的TEM照片如图6所示。在图6a和图6b右上角的 框图中,分别用箭头S表示热压压力方向,用箭头I表示拍照方向。如 图6a所示,一部分晶粒呈棒状,棒的长轴方向平行于热压压力方向(右 上角的箭头S方向)。上述棒状晶粒的长轴尺寸约20-30nm,短轴尺寸 约10nm。结合XRD分析结果可知,这些棒状的晶粒为具有择优取向的 SmCo7相晶粒,棒的长轴方向为SmCo7的易磁化方向。在棒状晶粒的周 围的球形晶粒为SmCo5和ɑ-Fe(Co)相的晶粒,尺寸约为10-20nm。上述 XRD和TEM说明,该复合永磁体具有结构各向异性。
[0186] 对于实施例6的永磁材料,该材料在平行(以∥表示)和垂直(以 ⊥表示)热压压力方向的去磁曲线如图7所示。该材料在平行和垂直热 压压力方向的最大磁能积分别为27.3MGOe和10.9MGOe;内禀矫顽力 分别为4.5kOe和3.3kOe;剩磁比分别为0.92和0.78,该永磁材料在平 行热压压力方向的磁性能明显优于其在垂直热压压力方向的磁性能。平 行于热压压力方向为该永磁材料的易磁化方向,该方向的磁性能好;而 垂直热压压力方向为该永磁材料的难磁化方向,该方向磁性能较差。以 上结果表明,该永磁材料具有磁各向异性。该磁性能特征与上述XRD和 TEM分析相符合,进一步证明,SmCo7相的易磁化轴(即[00l]方向)在 平行于热压压力方向有择优取向,即该永磁材料具有沿晶向指数[001]方 向的织构。
[0187] 结合上述分析可知,本发明永磁材料具有明显的结构各向异性和磁 各向异性。
[0188] 实施例10~14
[0189] 原料同实施例6,其中软磁粉末的质量分数为23重量%,对应的 稀土元素原子百分比为7.4%。
[0190] 表2示出实施例10~14的热变形温度T1、两端温度T2,以及其 它热压变形参数,以及永磁材料平行于热压压力方向的各项磁性能参 数。除表2定义的热压变形参数外,其它热压变形步骤及参数参照实 施例1~9。
[0191] 表2
[0192]
[0193] 实施例15~20
[0194] 原料同实施例6,其中软磁粉末的质量分数为23%,对应的稀土 元素原子百分比为7.4%。
[0195] 表3示出实施例15~20的升压时间t1(s),以及其它热压变形 参数,以及永磁材料平行于热压压力方向的各项磁性能参数。除表3 定义的热压变形参数外,其它热压变形步骤及参数参照实施例1~9。
[0196] 表3
[0197]
[0198] 实施例21~25
[0199] 原料同实施例6,其中软磁粉末的质量分数为23%,对应的稀土 元素原子百分比为7.4%。
[0200] 表4示出实施例21~25的热压模具的外形参数,以及其它热压变 形参数,以及永磁材料平行于热压压力方向的各项磁性能参数。除表 4定义的热压变形参数外,其它热压变形步骤及参数参照实施例1~9。 永磁坯体高度为2mm,直径与所使用的热压模具的内径基本相同。
[0201] 图9示出了外壁为直筒的热压模具和外壁外凸的热压模具。图9a示出外壁为直筒的热压模具,其为两端开口的圆筒体,圆筒体内壁和 外壁均为直筒,圆筒体的外壁的母线为垂直于底面的直线,圆筒体高 为h,内径为d1,外径为d3。图9b示出外壁外凸的热压模具,其为 两端开口的圆筒体,圆筒体内壁为直筒,圆筒体外壁的母线为外凸的 曲线,曲线的最高点位于圆筒体的1/2高度处。圆筒体高为h,内径 为d1,圆筒体两端位置的外径为d3,圆筒体中间位置为d2。
[0202] 实施例21~25的热压模具的材质为GH4169高温合金钢。
[0203]
[0204] 实施例26~31
[0205] 原料同实施例6,其中软磁粉末的质量分数为23重量%,对应的 稀土元素原子百分比为7.4%。
[0206] 表5示出实施例26~31的变形量(单位:%),以及其它热压变 形参数,以及永磁材料在平行于热压压力方向上的磁性能参数。除表 5定义的热压变形参数外,其它热压变形步骤及参数参照实施例1~9。
[0207] 表5
[0208]
[0209] 对比例1
[0210] 采用实施例6的前驱体(原料中软磁粉末的含量为23重量%), 对应的稀土元素原子百分比为7.4%。在六面顶压机上制备永磁材料。
[0211] 具体地,将上述前驱体模压成型,获得直径6mm,高2~3mm的 圆柱形永磁体。在该永磁体表面包一层厚度为0.01mm的钽箔,然后 包埋于立方氮化粉中,进一步模压成直径10mm,高15mm的圆柱 体热压单元。将上述热压单元置于内径11mm,外径14mm,高19.5mm 的石墨套中,将石墨套置于叶腊石磨具中,叶腊石磨具是具有直径为 14mm通孔,边长为32mm×32mm×32mm叶腊石块,两端各放置一个直 径为14mm,高度为6mm的钢垫片。将上述整套装置放置于六面顶压 机上热压,通过给石墨套通电加热热压单元。热压的压力为3GPa, 温度为650℃,时间为60s,即获得对比例1的永磁材料。该压力是等 静压,永磁材料基本没有发生变形。
[0212] 图10为该永磁材料的XRD谱图,其中图10a和图10b分别为圆 柱形永磁材料的底面和侧面的XRD谱图,两个XRD曲线的各个峰强 度基本相同,没有发现晶粒的择优取向,即该永磁材料没有晶体织构。
[0213] 图11为该圆柱形永磁材料平行于底面方向(以∥表示)和垂直 于底面方向(以⊥表示)的去磁曲线。该永磁材料的最大磁能积为14.1 MGOe,该材料呈磁各向同性。
[0214] 实施例32~36
[0215] 原料包括永磁粉末和软磁粉末,永磁粉末为SmCo5粉末(购自 美国阿法埃莎公司),软磁粉末为α-Fe粉末。按照表6调整软磁粉末 在原料中的质量分数。在氩气保护的手套箱中,将上述永磁粉末和软 磁粉末装入球磨罐,球料质量比20:1,在SPEX球磨机上球磨4小时, 获得前驱体。
[0216] 表6示出实施例32~36的软磁粉末在原料中的重量含量,以及永 磁材料中稀土元素的原子百分比,以及各热压变形参数,以及各项磁 性能参数。除表6定义的热压变形参数外,其它热压变形步骤及参数 参照实施例6。
[0217] 实施例34的前驱体的X射线衍射(XRD)图谱如图12所示。 图中只有α-Fe相的衍射峰,没有其它衍射峰,说明前驱体中永磁粉末 仍为非晶。
[0218] 实施例34的前驱体的透射电子显微镜(TEM)照片如图13所示。 图中可以观察到很多分散均匀的晶粒,晶粒尺寸为约3~5纳米。结合 图12的XRD数据可知,上述晶粒为α-Fe软磁晶粒,这些软磁晶粒 均匀地分布在SmCo5永磁粉末非晶基体上。
[0219] 实施例34的永磁材料垂直(图15a)和平行(图15b)于热压压 力方向的两个面的XRD图谱如图15所示。
[0220] 对于实施例34的永磁材料,变形后永磁材料包含三个相,分别为 SmCo7,SmCo5和ɑ-Fe(Co)相。对比图15a和15b,各衍射峰的相对强 度有明显的区别,尤其是SmCo7相的各衍射峰的相对强度有明显的区别。 图15a中示出垂直于热压压力方向的面的XRD曲线,其中SmCo7相的 (002)衍射峰的相对强度要明显高于平行热压方向的面的(002)的相 对强度(见图15b)。这表明,该永磁材料的SmCo7相在热压压力方向上 存在的[00l]方向的织构。
[0221] 实施例34的永磁材料平行热压压力方向(以∥表示)和垂直热压 压力方向(以⊥表示)的去磁曲线上如图14所示。在平行热压压力方向 和垂直热压压力方向,该材料的磁能积分别为25.8MGOe和8.3MGOe; 内禀矫顽力分别为4.9kOe和3.1kOe;剩磁比分别为0.9和0.72,该永磁 材料在平行热压压力方向的磁性能明显优于垂直热压压力方向。平行于 热压压力方向为该永磁材料的易磁化方向,该方向的磁性能好;而垂直 热压压力方向为该永磁材料的难磁化方向,该方向磁性能较差。以上结 果表明,该永磁材料具有明显的磁各向异性。该磁性能参数印证了XRD 和TEM分析,即SmCo7相的易磁化轴(即[00l]方向)在平行于热压压 力方向具有择优取向,该永磁材料具有沿晶向指数[001]方向的织构。
[0222] 表6
[0223]
[0224] 实施例37~40
[0225] 1.前驱体制备:原料包括永磁粉末和软磁粉末。永磁粉末为 SmCo5粉末和Nd2Fe14B粉末的混合物,二者的质量比为9:1。软磁粉 末为α-Fe粉末和Co粉末的按重量比65:35的混合物。
[0226] 按照表7调整软磁粉末在原料中的质量分数。在氩气保护的手套 箱中,将上述永磁粉末和软磁粉末装入球磨罐,球料质量比20:1,在 SPEX球磨机上球磨4小时,获得前驱体。
[0227] 上述前驱体的X射线衍射(XRD)图谱如图16所示,图中仅有 α-Fe(Co)相的衍射峰,没有其它明显衍射峰。说明SmCo5和Nd2Fe14B 永磁粉末为非晶。
[0228] 2.模压成型:将上述前驱体在室温模压成型,获得永磁坯体。 该永磁坯体的形状为圆柱体,直径为约6mm,高为约2mm,密度为 约6.8~7.2g/cm3。将4个永磁坯体装入实施例1~9中所述的模具中, 该永磁坯体及其内部放置有永磁坯体的模具统称为热压单元。
[0229] 3.热压变形:使用Gleeble3500热模拟试验机(简称Gleeble3500) 对上述热压单元进行热压变形。具体地,在Gleeble3500的重载卡具 之间设置两个硬质合金压头。将上述热压单元夹在两个合金压头之间 进行热压变形,热压单元的轴线平行于热压压力方向。
[0230] 首先将热压单元夹持在两个合金压头之间进行加热。同时,在 Gleeble3500的两个电极处通冷却水,使得热压单元的两端温度降低。 在加热和冷却水处理的双重作用下,热压单元在平行于热压压力的方 向(即热压单元的轴线方向)形成中间温度高、两端温度低的温度梯 度。当热压单元的中间温度达到热变形温度T1时,两端温度为T2, 此时热压单元尚未开始变形。保持热压单元的中间温度为T1,并保持 冷却水条件,将热压压力逐渐升高至最大热压压力F(单位:吨), 这时间为升压时间t1(单位:s)。升压期间,热压单元发生变形。然 后将热压单元在热变形温度T1和最大热压压力F下保温保压,保温 保压时间为t2(单位:s),然后撤去温度和压力,完成热压变形。经 上述热压变形后,热压单元沿热压压力方向的变形量为ε%。
[0231] 表7示出实施例37~40原料的软磁粉末含量(单位:重量%), 以及永磁材料中的稀土元素原子百分比(单位:原子%),以及各项 热压变形参数,以及永磁材料在平行于热压压力方向的各项磁性能参 数。
[0232] 实施例40的永磁材料在平行热压压力方向(∥)和垂直热压压 力方向(⊥)的磁滞回线如图17所示。从图中数据上看,该永磁材料 在平行热压压力方向的最大磁能积(18.4MGOe)与垂直方向的最大 磁能积(5.7MGOe)之差高达12.7MGOe;平行热压压力方向的饱和 磁化强度明显高于垂直热压压力方向的饱和磁化强度;平行热压压力 方向的剩磁比0.846大于垂直热压压力方向的剩磁比0.640。因此,该 材料具有磁各向异性。
[0233] 实施例40的永磁材料的XRD图谱如图18所示,图18a和图18b分别示出垂直和平行热压压力方向的面的XRD图谱。材料中存在 SmCo7、Nd2Fe14B和α-Fe三相。如图18a所示,在垂直于热压压力方 向的衍射面的XRD图谱中,在2θ为30.5、36.9、43.3、44.3、48.7角 度存在有SmCo7相的(101)、(110)、(111)、(002)、(201) 等衍射峰,(002)衍射峰明显较强,其相对强度为87%,强度仅次于主 衍射峰(111)。相比之下,PDF卡片上记载SmCo7衍射峰的相对强 度仅为30%。对于与(002)面垂直的(110)面,其衍射峰明显的低于 其PDF卡片上的相对强度。如图18b所示,对于平行于热压压力方向 的面的XRD图谱,SmCo7相的(002)衍射峰全部消失。因此,永磁材 料中SmCo7晶粒的易磁化方向([001]方向)在平行于热压压力的方向 具有择优取向,即永磁材料具有[001]方向的织构。
[0234] 表7
[0235]
[0236] 实施例41~44
[0237] 原料同实施例40,其中软磁粉末的含量为28重量%,永磁材料 中稀土元素的原子百分比为10.7%。
[0238] 表8示出了实施例41~44的热变形温度,以及其它热压变形参数, 以及永磁材料的各项侧性能参数。除表8限定测热压变形参数外,其 它热压变形参数步骤参照实施例37~40。
[0239] 表8
[0240]
[0241] 实施例45~48
[0242] 原料同实施例40,其中软磁粉末的含量为28重量%。热压变形 过程中,热变形温度为650℃;按照表9调整变形的时间,变形量为 80%;保温时间为40s。其它参数参照实施例37~40。
[0243] 表9示出实施例45~48的升压时间(单位:s),以及其它热压 变形参数,以及永磁材料在平行于热压压力方向的各项磁性能参数。
[0244] 表9
[0245]
[0246] 实施例49~51
[0247] 原料同实施例40,其中软磁粉末的含量为28重量%。
[0248] 热压变形过程中,热变形温度为650℃,热压压力参照实施例 34~37;升压时间为32s,按照表11调整变形的变形量,保温时间为 40s。其它步骤参数参照实施例34~37,获得实施例49~51的永磁材料。
[0249] 表10示出实施例49~51的热压变形的变形量(单位:%),以 及其它热压变形参数,以及永磁材料在平行于热压压力方向的磁性能 参数。除表11限定的热压变形参数外,其它热压变形参数及步骤参照 实施例37~40。
[0250] 表10
[0251]
[0252] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而 非对其限制;尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属 领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进 行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发明技术方案 的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
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