阅读说明：本技术 一种稀土永磁粉及其制备方法与应用 (Rare earth permanent magnet powder and preparation method and application thereof ) 是由 彭海军 罗阳 豆亚坤 杨远飞 于敦波 赵娜 谢佳君 于 2018-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明属于稀土功能材料技术领域,具体涉及一种稀土永磁粉,并进一步公开其制备方法与应用。本发明所述的稀土永磁粉,通过向稀土永磁粉材料中同时复合添加一定量的合金元素Ce和Ti,可以起到细化晶粒的作用,而且可以抑制合金中软磁相的析出,有助于在晶界形成非磁性相,合金中不包含如α-Fe或者Fe<Sub>3</Sub>B之类的软磁相,同时Ce和Ti的同时添加会在R<Sub>2</Sub>Fe<Sub>14</Sub>B的晶界处形成细小弥散分布的富钛相,在磁化过程中,细小弥散分布的富钛相起到锭扎畴壁的作用,不仅降低了稀土永磁粉的成本,而且大大提高了磁粉的矫顽力。(The invention belongs to the technical field of rare earth functional materials, and particularly relates to rare earth permanent magnetic powder, and further discloses a preparation method and application thereof. According to the rare earth permanent magnet powder, a certain amount of alloy elements Ce and Ti are simultaneously added into the rare earth permanent magnet powder material in a compounding manner, so that the effect of grain refinement can be achieved, the precipitation of a soft magnetic phase in the alloy can be inhibited, the formation of a non-magnetic phase in a grain boundary is facilitated, and the alloy does not contain alpha-Fe or Fe 3 A soft magnetic phase such as B, and the simultaneous addition of Ce and Ti to R 2 Fe 14 And a fine and dispersedly distributed titanium-rich phase is formed at the crystal boundary of the magnetic powder B, and the fine and dispersedly distributed titanium-rich phase plays a role of ingot domain wall rolling in the magnetization process, so that the cost of the rare earth permanent magnetic powder is reduced, and the coercive force of the magnetic powder is greatly improved.)

一种稀土永磁粉及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于稀土功能材料技术领域，具体涉及一种稀土永磁粉，并进一步公开其制备方法与应用。

背景技术

钕铁硼(NdFeB)系稀土永磁材料是80年代新发展起来的性能最好的永磁材料，由于其优异的磁性能被广泛地应用于计算机、信息电子、家用电器、风力发电、国防等领域。并且，近年来快速发展的新型节能汽车中，由于电机大量的使用也使得钕铁硼永磁材料的使用市场进一步增大。但是随着稀土特别是钕金属价格的不断上涨，导致钕铁硼磁性材料的价格也大幅上涨，造成用户的使用成本明显提高，对整个市场的良性发展造成了很大的冲击。因而，开发低成本、高性能的新型钕铁硼磁性材料是市场发展的需要。

现有技术中，通常采用在钕铁硼材料中添加高丰度的镧和/或铈来降低钕铁硼磁性材料的成本。如中国专利CN101694797A公开了一种用部分铈来取代钕的磁性材料，有效降低了钕铁硼磁性材料的成本；但由于Ce₂Fe₁₄B结构的各向异性场大大低于Nd₂Fe₁₄B的各向异性场，且内禀磁性能也大大低于Nd₂Fe₁₄B的内禀磁性能，所以通常认为在钕铁硼中添加Ce会有损磁体性能，导致单独添加铈的材料，其矫顽力被限制在了较低的范围，影响了磁性材料的性能。又如中国专利CN102969112A公开了一种在钕铁硼中复合添加La和/或Ce和Zr的合金材料；该合金材料可以在获得适当的性能同时有效降低了成本，但却仍然无法获得较高的矫顽力。又如中国专利CN100590757A和CN1461486A则公开了在Nd₂Fe₁₄B/Fe₃B的纳米晶复合磁体中添加Ti和C的合金材料；由于通常软硬磁复合磁体的矫顽力都不高，因此，该方案中排除了La和Ce的添加，以免进一步降低矫顽力。又如中国专利CN107004478A则公开了一种不含B的由硬磁相和晶界相复合组成的磁性材料，但该材料中的磁性相为ThMn₁₂结构，其磁性性能并不理想。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种稀土永磁粉，以解决现有技术中由于高丰度稀土元素的应用导致磁性能降低过多的问题，及钕铁硼系稀土永磁材料成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种稀土永磁粉，所述永磁粉的主要成分的分子通式基于原子数为(R_1-aCe_a)_bFe_100-b-c-dTi_cB_d，其中，所述R选自Nd、Pr或者PrNd中的一种；

且所述参数a、b、c、d满足如下条件：0≤a＜1，9≤b≤13，0＜c≤7，5.8≤d≤6.4；

所述稀土永磁粉包括永磁相H和晶界富钛相T，所述永磁相H具有如R₂Fe₁₄B的四方结构，且所述晶界富钛相T相中的稀土含量小于所述永磁相H相中的含量，所述晶界富钛相T相中的Ti含量大于所述永磁相H相中的含量。

进一步的，所述参数a、b、c、d满足如下条件：0.1≤a≤0.3，11.5≤b≤12.5，4≤c≤7，6.0≤d≤6.2。

更优的，所述R为Nd。

所述晶界富钛相T相中Ce/(Ce+R)的比值大于所述永磁相H相中Ce/(Ce+R)的比值，所述(Ce+R)表示总的稀土含量。

所述晶界富钛相T相中的Ti含量大于4at.％，且稀土含量小于9at.％。

所述永磁相H相的平均晶粒尺寸小于100nm，并优选小于50nm。

所述晶界富钛相T相的平均晶粒尺寸小于10nm，并优选小于5nm。

本发明还公开了一种制备所述稀土永磁粉的方法，包括如下步骤：

(1)以选定的R、Ce、Fe、Ti和B元素所对应的原料，按选定的化学计量比混匀，并在惰性气氛下于1500℃-1550℃下进行熔化、精炼、冷却、浇注，得到稀土永磁合金锭；

(2)将得到的所述稀土永磁合金锭加热重熔得到合金液，并对所得合金液进行快淬处理，得到合金薄带；

(3)将所述合金薄带进行破碎、过筛及热处理得到选定分子式的稀土永磁粉。

所述步骤(2)具体包括：将得到的所述合金锭加入快淬炉中，在惰性气体保护下，经中频感应加热重熔，得到温度为1400℃-1420℃的合金溶液；随后在重力或者0-0.04MPa的气压差下将所述合金溶液喷射到表面线速度为20m/s以上的铜或铜合金或钼轮表面，在旋转的轮子表面凝固并甩出，形成所述合金薄带。

所述步骤(3)中，在所述热处理步骤后还包括进行水淬处理的步骤。

本发明所述的稀土永磁粉，其分子通式基于原子数为(R_1-aCe_a)_bFe_100-b-c-dTi_cB_d，其中，R选自Nd、Pr或者PrNd中的一种；该磁粉由具有R₂Fe₁₄B四方结构的永磁相H和晶界富钛相T构成，且T相中的稀土含量小于H相，T相中的Ti含量大于H相。本发明所述的稀土永磁粉，通过向稀土永磁粉材料中同时复合添加一定量的合金元素Ce和Ti，可以起到细化晶粒的作用，而且可以抑制合金中软磁相的析出，有助于在晶界形成非磁性相，合金中不包含如α-Fe或者Fe₃B之类的软磁相，同时Ce和Ti的同时添加会在R₂Fe₁₄B的晶界处形成细小弥散分布的富钛相，在磁化过程中，细小弥散分布的富钛相起到锭扎畴壁的作用，不仅降低了稀土永磁粉的成本，而且大大提高了磁粉的矫顽力。

本发明所述的稀土永磁粉，通过向稀土永磁粉材料中同时复合添加一定量的合金元素Ce和Ti，添加的Ti以后，形成的富钛相会结合部分的铈，从而使得H相中的铈的比例降低，进而使得H相的各向异性场升高，从而提高了矫顽力，很好的解决了由于不含Ti时，材料中的铈、钕、硼几乎全部进入H相，会导致材料的各向异性场降低，从而使得矫顽力有降低趋势的问题和缺陷。因此，进一步地，控制T相中铈和稀土含量的比例大于H相中铈和稀土含量的比例；并进一步控制T相中的Ti含量大于4at.％，稀土含量小于9at.％，进一步有效提高了永磁粉的矫顽力。

另外，对于纳米晶的永磁材料来说，晶粒大小对磁性能有着重要影响，晶粒过于粗大，特别是大于100nm以后，磁性能急剧下降。因此，本发明中H相的晶粒尺寸小于100nm，优选地，H相的晶粒尺寸小于50nm；T相的晶粒尺寸小于10nm，优选地，T相的晶粒尺寸小于5nm。

在本发明中由于添加了Ce和Ti，因此会牺牲部分的剩磁，因为稀土-铁-硼的四方相中Nd₂Fe₁₄B的剩磁最高，为了在保持高矫顽力的同时还保持适当高的剩磁和磁能积，所以本发明中R优选为Nd。同样的，添加的量也优选为0.1≤a≤0.3，11.5≤b≤12.5，4≤c≤7，6.0≤d≤6.2，以获得更高的矫顽力。

本发明所述永磁粉的合成方法，采用先制备成全部或部分非晶薄带，然后破碎晶化成所述永磁粉的方式，因此，对快淬过程中温度、压差以及轮速的严格控制有利于形成稳定的全部或部分非晶，有助于获得更好的性能。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1为本发明实施例5和7制得永磁粉的磁滞回线；

图2为本发明实施例5制得永磁粉的组织结构及标记所示永磁相和富钛相的稀土和钛含量图。

图3为本发明实施例7制得永磁粉的组织结构及标记所示永磁相和富钛相的稀土和钛元素分布。

具体实施方式

实施例1-21

本发明下述实施例1-21中制备的永磁粉的结构分别见下表1所列，所使用原料中：

稀土金属Nd、Pr、PrNd、Ce纯度均大于99.5％；

Ti为海绵钛，纯度大于99％；

FeB采用铝热法硼铁或碳热法硼铁；

纯铁为电工纯铁。

本发明下述实施例1-21中所述结构的永磁粉的制备方法包括如下步骤：

(1)按照选定的结构式，选定各元素的化学计量比，并按照化学计量称取将各元素原料的金属或合金混合，在约0.02Mpa的氩气气氛保护下，在中频感应炉中加热至1500℃-1550℃进行熔化，并在熔化后于1450℃-1480℃进行精炼30分钟，然后经冷却、浇铸成一定重量和形状的合金锭；

(2)随后将所得合金锭加入到快淬炉中，在氩气保护下，于1400℃-1420℃的温度下的快淬炉中进行中频感应加热重熔，得到合金熔液；随后在重力或者0-0.04MPa的气压差下将该合金熔液经坩锅底部喷嘴的小孔喷射到高速旋转的水冷铜辊或钼辊表面实现瞬间凝固并甩出，控制辊轮的表面线速度为25m/s，形成全部非晶或部分非晶合金薄带；

(3)将得到的合金薄带置于破碎机中，在氩气的保护下，经过破碎、并过40目筛，随后将筛分后的粉末在氩气保护下，经600℃-700℃条件下热处理10分钟，并将炉体放入室温水中进行急速冷却，得到所需元素结构的稀土永磁粉。

对比例1-3

对比例1-3与实施例1-21的制备方法相同，其区别仅在于，所述磁粉的元素结构不同(如表1中所示)，以及各元素添加及配比不同。

实验例

用振动样品磁强计(VSM)测试实施例1-21及对比例1-3制得磁粉的性能和磁滞回线，并用透射电子显微镜测试各实施例所得磁粉的微结构，并测量晶粒度大小，用能谱仪测试微结构中不同相的成分。各实施例制得磁粉的性能测试结果见下表1。实施例5和实施例7制得磁粉的磁滞回线如图1所示，以透射电子显微镜测试的实施例5所得磁粉的微结构如图2所示，以透射电子显微镜能谱仪测试的实施例7所得的元素分布如图3所示。

表1各实施例制得磁粉的性能测试结果

从上表中数据可以看出，本发明所得永磁粉中，随着Ti含量的增加，T相的比例增多，晶粒变小；且H相的比例减少，H相中的Ce含量也相应减少；而添加一定量的Ce和Ti元素，可以大大提高磁粉的矫顽力，特别是当合金中Ce的含量为稀土含量的20％、且Ti的含量大于4at.％时，技术优势更为明显。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。