CN109727742A

CN109727742A - 一种低重稀土钕铁硼材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109727742A
Application number: CN201910063592.4A
Authority: CN
Inventors: 罗立伟
Original assignee: NINGBO HESHENG MAGNETIC CO Ltd
Current assignee: NINGBO HESHENG MAGNETIC CO Ltd
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2019-05-07

Abstract

本发明公开了一种低重稀土钕铁硼材料，其特征在于，由如下组份按照质量百分比组成：Pr+Nd25~30%、Dy0.2~5%、Zr0.05~0.1%、B0.98~1%、Co0.1~1%、Ga0.1~0.3%、Al0.1~0.4%、Cu0.1~0.3%、Tb0~0.8%、Fe余量。按照如下方法制备：（1）制备厚度在1~4μm的主副铸片；（2）制备主副相铸片氢碎粉体；（3）利用气流磨制备磁粉；（4）成型、等静压；（5）烧结。与现有技术相比，本发明的优点是由于使用Dy代替了Tb,使得每公斤的钕铁硼材料的费用下降了3～8%；用Zr代替了Nb，降低了烧结温度易于烧结，且据测试数据显示，本发明钕铁硼材料的性能与传统添加物使用重稀土金属Tb时的材料的性能指标一致。

Description

一种低重稀土钕铁硼材料及其制备方法

技术领域

本发明材料领域，尤其涉及一种低重稀土钕铁硼材料及其制备方法。

背景技术

钕铁硼材料是一种磁性材料，具备高磁能积、矫顽力和能量密度，被誉为磁王，因此，被广泛应用于电子、玩具、包装、航天航空、及汽车等领域。

其主要成份稀土原素钕(Nd)和铁(Fe)、硼(B)形成的四方晶系晶体，为了获得不同性能可用部分镝(Dy)、镨(Pr)等其他稀土金属替代，铁也可被钴(Co)、铝等金属替代，硼的含量较小，但却对形成的四方晶体结构金属间化合物超着重要作用，使得化合物具有高饱和磁化强度、单轴各向异性和居里温度。按照最大磁能积将钕铁硼磁性材料划分为多个牌号，如N30—N52，30M—50M，30H— 50H,30SH—48SH，28UH—45UH,28EH—40EH。

随着工业发展，磁性材料使用的体积不断的减小，这要求高磁能积的磁钢来满足体积减小的使用要求。这使得钕铁硼材料应用越来越广，市场对钕铁硼性能的要求更加严格，如以N52、50M、48H、45SH及42UH作为各系列牌号中高磁能积的牌号，在实际应用中有很大的市场需求。由于前述磁牌号，大部分厂家生产的配方成本和工艺成本都比较高，大量的市场需求与高价格的成本形成矛盾。

因此，以N52、50M、48H、45SH及42UH等低重稀土高牌号钕铁硼材料的开发，能够很大程度上降低企业的生产成本而获得市场，客户也能以更低的价格获得所需的高磁能积的N52，获得双赢的局面。

现有技术中，制作工艺流程如下：

配料→熔炼制锭/甩带→制粉→压型→烧结回火→磁性检测→磨加工→销切加工→电镀→成品。

多数改进的磁材料按上述工艺略加改进，如专利申请号2016111575459披露了一种钕铁硼永磁材料，具体包括如下步骤：

(1)将配料熔炼得到磁锭，然后磨成磁粉；

(2)通过Zn-Al合金粉对上述磁粉进行等离子表面处理；

(3)制备氟化石墨烯，然后加入到上述(2)中，得混合物；

(4)静压、真空烧结、得初级产物，然后进行等离子表面处理；

(5)辐射聚合防腐层后，得成品。

上述改性的钕铁硼磁性材料，虽然提高了磁能积，但是其制作过程较长，得到改性后的磁材料密度未得到提升，造价成本反而上升，并不能得到市场认可的价格低廉的磁性材料。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，通过配方及工艺改进，以增大磁性材料密度以获得更高磁能积的低重稀土钕铁硼材料。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种低重稀土钕铁硼材料，由如下组份按照质量百分比组成：

上述低重稀土钕铁硼材料，按照如下步骤制成：

(1)铸片

按照上述配方设计，制成主相合金和副相合金，并分别置入到铸片设备中进行铸片结晶，控制铸片结晶厚度在0.1～0.45mm；

(2)氢碎处理

将主相铸片和副相铸片按照比例94～95％和5～6％混合后先进行氢碎处理；

(3)气流磨制粉

然后利用气流磨将上述氢碎后的铸片磨成粉体,粒度控制在D50:4.9～5.3 μm，SMD：2.95～3.15μm,得到磁粉；

(4)成型/静压

将步骤(3)中的磁粉经过成型压机生坯成型，真空封装，再经过等静压、油压后，制得生坯；

(5)烧结

将步骤(4)中制得的生坯经过烧结炉处理，烧结温度控制在1040～1080℃，一级回火温度为880～1000℃，二级回火温度为480～530℃，使其成型密度控制在7.5～7.6的毛坯材料，并使脱气完全，收缩和晶粒长大均匀，低重稀土钕铁硼材料。

优选地，制备磁牌号N52由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 28～30％、 Dy 0.2～0.5％、Zr 0.05～0.1％、B 0.98～1％、Co 0.1～0.3％、Ga 0.1～0.3％、 Al 0.1～0.3％、 Cu 0.1～0.3％及Fe余量。

优选地，制备上述磁牌号N52，其中，步骤(2)中选择主相铸片和副相铸片比例分别为95.5％和4.5％；步骤(3)为无氧研磨，步骤(5)中选择烧结温度为1040～1060℃，一级回火温度为880～1000℃，二级回火温度为500～530℃。

优选地，制备磁牌号50M由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 28～30％、 Dy 0.5～1.5％、Zr 0.08～0.1％、B 0.98～1％、Co 0.1～0.3％、Ga 0.1～0.3％、 Al 0.1～0.3％、 Cu 0.1～0.3％及Fe余量。

优选地，制备磁牌号48H由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 28～30％、 Dy 1～2％、Zr 0.08～0.1％、B 0.98～1％、Co 0.1～0.3％、Ga 0.1～0.3％、Al 0.2～0.4％、Cu0.1～0.3％及Fe余量。

优选地，制备磁牌号45SH由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 26～28％、 Dy 2～3％、Zr 0.05～0.1％、B 0.98～1％、Co 0.6～1％、Ga 0.1～0.3％、Al 0.2～0.4％、Cu0.1～0.3％及Fe余量。

优选地，制备磁牌号42UH由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 25～27％、Dy 4～5％、Zr 0.08～0.1％、B 0.98～1％、Co 0.1～0.3％、Ga 0.1～0.3％、Al 0.2～0.4％、Cu0.1～0.3％、Tb 0.5～0.8％及Fe余量。

本发明的有益效果为：

1.较原来的老配方相比，利用金属锆代替重稀土铌，增加镝含量而替代或除去低重稀土铽含量，达到降低成本之目的。

2.利用气流磨控制粒度大小，利用静压和油压控制密度，得到较高密度的坯料，提高了磁能积。

3.与现有技术相比，本发明的优点是由于使用Dy代替了Tb,使得每公斤的钕铁硼材料的费用下降了3～8％；用Zr代替了Nb，降低了烧结温度易于烧结，且据测试数据显示，本发明钕铁硼材料的性能与传统添加物使用重稀土金属Tb 时的材料的性能指标一致。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例是具体实施磁牌号N52的低重稀土钕铁硼材料，按质量百分比，由如下表1所示配方：

表1

将上述表1配方，按如下步骤制备：

(1)铸片

按照上述配方设计，制成主相合金和副相合金，并分别置入到铸片设备中进行铸片结晶，熔炼浇铸时，为加快和保证铸片在浇铸时的冷却结晶更加稳定，铜棍进水温度控制在10～25℃，为控制铸片的厚度，铜辊转速控制在38转每分钟，最终将铸片结晶厚度控制在0.1～0.45mm。

(2)氢碎处理

将主相铸片和副相铸片按照比例94.5％和5.5％混合后先进行氢碎处理，制备成氢碎磁体。

(3)然后利用气流磨将上述氢碎后的主相铸片和副相铸片磨成粉体,利用粒度检测仪检测，将粒度控制在D50:4.95～5.35μm，SMD：3.0～3.2μm,分别得到主、副相磁粉；

(4)成型/静压

将步骤(3)中的主、副相磁粉经过成型压机生坯成型，真空封装，再经过等静压、油压后，制得生坯磁体；

(5)烧结

将步骤(4)中制得的生坯经过烧结炉处理，烧结温度控制在1040～1060℃，一级回火温度为880～1000℃，二级回火温度为480～530℃，使其成型密度控制在7.5～7.6的毛坯材料，并使脱气完全，收缩和晶粒长大均匀，得到烧结后磁体。

该上述制备工艺中，全程防氧化保护，以保护磁粉不发生氧化影响最终的磁性能。

本实施例制备的N52磁体，与之前N52配方相比，有如下特点：

表2

表2为原来我公司制备N52的配方。

将烧结后的毛坯磁体用大立磨磨床进行六面磨光，然后放入恒温水槽中浸置20-30分钟，水温设置为20℃，最后取出擦干，用AMT-4永磁特性自动测量仪进行磁性能参数测量。

具体测试结果如表3、表4所示：

表3

表4

表3为原来的配方制备而得，表4是本实施例配方制备而得。

从上表中可以看出，降低生产成本后的N52在磁性能参数对比方面，br、Hcj、 BH的值基本相近，HK/Hcj较老工艺要稍好且稳定。(GB/T13560-2017国标N52： br》14.2、Hcj》12、BH:49-53、Hk/Hcj》95)

本实施方式，与现有技术相比，本发明的优点是由于使用Dy代替了Tb,使得每公斤的钕铁硼材料的费用下降了3～5％；用Zr代替了Nb，降低了烧结温度易于烧结，且据测试数据显示，本发明钕铁硼材料的性能与传统添加物使用重稀土金属Tb时的材料的性能指标一致，Br14.3～14.6,Hcj》12,BH》50，Hk/Hcj》 95％，生产成本较之前降低3～5％。另外，在机加工可加工性方面对比之前老工艺、老配方生产的N52材料有比较明显的提升。因为N52在电声这块领域有较大的应用市场，所以生产的一些直径D18以内的小圆柱都需要打孔，之前生产的材料客户及机加工反馈机加工性较差，打孔时易开裂。经过配方、工艺改良后， N52在机加工过程中的合格率明显提升。

实施例2

本实施例用于制备磁牌号50M的磁体材料，按如下组份按质量百分比组成：

Pr+Nd 28～30％、Dy 0.5～1.5％、Zr 0.08～0.1％、B 0.98～1％、Co 0.1～0.3％、 Ga 0.1～0.3％、Al 0.1～0.3％、Cu 0.1～0.3％及Fe余量。

将上述配方，按如下步骤制备：

(1)铸片

(2)氢碎处理

(3)然后利用气流磨将上述氢碎后的主相铸片和副相铸片磨成粉体,利用粒度检测仪检测，将粒度控制在D50:4.90～5.30μm，SMD：2.95～3.15μm,分别得到主、副相磁粉。

(4)成型/静压

将步骤(3)中的主、副相磁粉经过成型压机生坯成型，真空封装，再经过等静压、油压后，制得生坯磁体。

(5)烧结

将步骤(4)中制得的生坯经过烧结炉处理，烧结温度控制在1050～1070℃，一级回火温度为880～1000℃，二级回火温度为490～530℃，使其成型密度控制在7.5～7.6的毛坯材料，并使脱气完全，收缩和晶粒长大均匀，得到烧结后磁体。

原来我公司制备50M配方如表5所示：

表5

测量分别如表6、表7所示

表6

表7

表6为原来配方测试结果

表7为本实施例测试结果

通过上述对比，改成低重稀土而降成本后的50M在磁性能参数对比方面,br偏低一点、 Hcj提高了不少、BH的值略低一点，HK/Hcj较老工艺要稍好且稳定。(GB/T13560-2017国标 50M：br》13.9、Hcj》14、BH:47-51、Hk/Hcj》95)。

本实施例与现有技术相比，优点在于使用Dy代替了Tb,使得每公斤的钕铁硼材料的费用下降了5～8％；用Zr代替了Nb，降低了烧结温度易于烧结，且据测试数据显示，本牌号50M的钕铁硼材料的性能与传统添加物使用重稀土金属 Tb时的材料的性能指标一致。Br》14.0,Hcj》14,BH》48，Hk/Hcj》95％，对比新老工艺配方的材料，发现在机加工性方面略有提升，但不是很明显。但是在失重试验对比中，发现新工艺明显比老工艺好很多，且相对一致性稳定。这对50M 磁体在恶劣环境下的延长使用寿命有很好的提升。

实施例3

本实施例用于制备磁牌号48H磁体材料，具体由如下组份按质量百分比组成：

Pr+Nd 28～30％、Dy 1～2％、Zr 0.08～0.1％、B 0.98～1％、Co 0.1～0.3％、 Ga0.1～0.3％、Al 0.2～0.4％、Cu 0.1～0.3％及Fe余量。

将上述配方，按如下步骤制备：

(1)铸片

(2)氢碎处理

将主相铸片和副相铸片按照比例94％和6％混合后先进行氢碎处理，制备成氢碎磁体。

(3)然后利用气流磨将上述氢碎后的主相铸片和副相铸片磨成粉体,利用粒度检测仪检测，将粒度控制在D50:4.95～5.35μm，SMD：3.0～3.2μm,分别得到主、副相磁粉。该过程中加氧控制在5～10ppm。

(4)成型/静压

将步骤(3)中的主、副相磁粉经过成型压机生坯成型，真空封装，再经过等静压、油压二次压制使生坯密度提高并分布均匀，制得生坯磁体。

(5)烧结

将步骤(4)中制得的生坯经过烧结炉处理，烧结温度控制在1060～1080℃，一级回火温度为880～1000℃，二级回火温度为480～520℃，使其成型密度控制在7.5～7.6的毛坯材料，并使脱气完全，收缩和晶粒长大均匀，得到烧结后磁体。

我公司原生产的磁牌号48H配方如下：

表8

经前述实施例1中的测试方式，测试结果如下：

表9

表10

表8为原来配方测试结果

表9为本实施例测试结果

表9与表8相比，降成本后的48H在磁性能参数对比方面,br基本相近、 Hcj略低一点、BH的值略低一点，HK/Hcj较老工艺要稍好且稳定。 (GB/T13560-2017国标48H：br》13.7、Hcj》16、BH:45-49、Hk/Hcj》95)。

与现有技术相比，本实施例的优点是由于使用Dy代替了Tb,使得每公斤的钕铁硼材料的费用下降了8～10％；用Zr代替了Nb，降低了烧结温度易于烧结，且据测试数据显示，本实施例中钕铁硼材料的性能与传统添加物使用重稀土金属 Tb时的材料的性能指标一致；Br》13.8,Hcj》17,BH》46，Hk/Hcj》95％。

新老配方工艺生产的材料通过对比发现，新工艺生产的磁钢在抗弯强度和抗压强度上都有比较明显的提升，其他磁性能较老工艺生产的磁钢差异几乎不变。这个48H磁钢可以满足一些有直接接触和冲击压力环境下使用产品的需求。

实施例4

本实施例用于制备磁牌号45SH，具体由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 26～28％Dy 2～3％、Zr 0.05～0.1％、B 0.98～1％、Co 0.6～1％、Ga 0.1～0.3％、 Al 0.2～0.4％、 Cu 0.1～0.3％及Fe余量。

将上述配方，按如下步骤制备：

(1)铸片

按照上述配方设计，制成主相合金和副相合金，并分别置入到铸片设备中进行铸片结晶，熔炼浇铸时，为加快和保证铸片在浇铸时的冷却结晶更加稳定，铜棍进水温度控制在10～25℃，为控制铸片的厚度，铜辊转速控制在40转每分钟，最终将铸片结晶厚度控制在0.1～0.45mm。

(2)氢碎处理

将主相铸片和副相铸片按照比例95％和5％混合后先进行氢碎处理，制备成氢碎磁体。

(3)然后利用气流磨将上述氢碎后的主相铸片和副相铸片磨成粉体,利用粒度检测仪检测，将粒度控制在D50:4.8～5.2μm，SMD：2.9～3.1μm,分别得到主、副相磁粉。该过程中加氧控制在10～15ppm。

(4)成型/静压

(5)烧结

原来配方如表10所示：

表10

上述配方实施后测试结果如下：

表11

表12

表11是原来配方结果；

表12为本实施例配方结果。

降成本后的45SH在磁性能参数对比方面,br基本相近、Hcj略提高一点、 BH的略提高一点，HK/Hcj基本相近稳定。(GB/T13560-2017国标45SH：br》13.3、 Hcj》20、BH:43-46、Hk/Hcj》90)

本实施例与现有技术相比，其优点是由于使用Dy代替了Tb,使得每公斤的钕铁硼材料的费用下降了8～10％，节省了成本；用Zr代替了Nb，降低了烧结温度易于烧结，且据测试数据显示，本实施例的钕铁硼材料的性能与传统添加物使用重稀土金属Tb时的材料的性能指标一致。

新配方及配套工艺生产的低重稀土的45SH磁性能较为稳定，Br13.3～ 13.7,Hcj》20,BH》43，Hk/Hcj》95％，该牌号在整个市场报价中已有很大的优势，远远低于一般厂家。通过新老配方工艺材料对比，除了老化试验稍微比老配方工艺差，其余失重试验、机加工性都有明显提升，且磁性能都能稳定达到国际标准。

实施例5

优选地，制备磁牌号42UH由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 25～27％、 Dy 4～5％Zr 0.08～0.1％、B 0.98～1％、Co 0.1～0.3％、Ga 0.1～0.3％、Al 0.2～0.4％、Cu0.1～0.3％、Tb 0.5～0.8％及Fe余量。

将上述配方，按如下步骤制备：

(1)铸片

(2)氢碎处理

(3)利用气流磨将上述氢碎后的主相铸片和副相铸片磨成粉体,利用粒度检测仪检测，将粒度控制在D50:4.9～5.3μm，SMD：2.95～3.15μm,分别得到主、副相磁粉。该过程中加氧控制在10～20ppm。

(4)成型/等静压/油压

(5)烧结

在整个生产工艺过程中除制粉过程加微氧外，其余过程全套防氧化保护设计，以保护磁粉不发生氧化影响最终的磁性能。

原来我司生产42UH牌号磁体的配方：

表13

测试结果如下：

表14

表15

表14为原来配方测试结果

表15为本实施例测试结果

通过表中对比发现，降成本后的42UH在磁性能参数对比方面,br、Hcj、BH 基本相近，HK/Hcj要稍好且稳定。(GB/T13560-2017国标42UH：br》12.9、Hcj》 25、BH:40-43、Hk/Hcj》90)。

与现有技术相比，本实施例的优点是由于使用Dy代替了大部分Tb和少量 Pr+Nd，由于Tb的价格是Dy的三倍，使得每公斤的钕铁硼材料的费用下降了8～ 10％，节省了成本，且据测试数据显示，本实施例钕铁硼材料的性能与传统添加物使用重稀土金属Tb时的材料的性能指标一致；新配方及配套工艺生产的低重稀土的42UH磁性能较为稳定，Br12.8～13,Hcj》25,BH》40，Hk/Hcj》90％,新配方工艺的生产成本较老配方工艺降低8～10％。

新老配方工艺生产的材料各项试验对比发现，新配方工艺生产的材料失重试验(耐腐蚀性)这个对有利于42UH在一些潮湿恶劣环境中使用。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低重稀土钕铁硼材料，其特征在于，由如下组份按照质量百分比组成：

Pr+Nd 25~30%

Dy 0.2~5%

Zr 0.05~0.1%

B 0.98~1%

Co 0.1~1%

Ga 0.1~0.3%

Al 0.1~0.4%

Cu 0.1~0.3%

Tb 0~0.8%

Fe 余量

上述低重稀土钕铁硼材料，按照如下步骤制成：

(1)铸片

按照上述配方设计，制成主相合金和副相合金，并分别置入到铸片设备中进行铸片结晶，控制铸片结晶厚度在0.1~0.45mm；

(2)氢碎处理

将主相铸片和副相铸片按照比例94~96%和4~6%混合后先进行氢碎处理;

(3)气流磨制粉

然后利用气流磨将上述氢碎后的铸片磨成粉体,粒度控制在D50:4.9～5.3μm，SMD：2.95～3.15μm,得到磁粉;

成型/静压

（5）烧结

将步骤（4）中制得的生坯经过烧结炉处理，烧结温度控制在1040～1080℃，一级回火温度为880～1000℃，二级回火温度为480～530℃，使其成型密度控制在7.5～7.6的毛坯材料，并使脱气完全，收缩和晶粒长大均匀，低重稀土钕铁硼材料。

2.如权利要求1所述的一种低重稀土钕铁硼材料，其特征在于，制备磁牌号N52由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 28~30%、Dy 0.2~0.5%、Zr 0.05~0.1%、B 0.98~1%、Co 0.1~0.3%、Ga 0.1~0.3%、Al 0.1~0.3%、Cu 0.1~0.3%及Fe 余量。

3.如权利要求2所述的一种低重稀土钕铁硼材料，其特征在于，制备磁牌号N52步骤中，步骤（2）选择主相铸片和副相铸片比例分别为95.5%和4.5%，步骤（3）为无氧研磨，步骤（5）中选择烧结温度为1040～1060℃，一级回火温度为880～1000℃，二级回火温度为500～530℃。

4.如权利要求1所述的一种低重稀土钕铁硼材料，其特征在于，制备磁牌号50M由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 28~30%、Dy 0.5~1.5%、Zr 0.08~0.1%、B 0.98~1%、Co 0.1~0.3%、Ga 0.1~0.3%、Al 0.1~0.3%、Cu 0.1~0.3%及Fe 余量。

5.如权利要求1所述的一种低重稀土钕铁硼材料，其特征在于，制备磁牌号48H由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 28~30%、Dy 1~2%、Zr 0.08~0.1%、B 0.98~1%、Co 0.1~0.3%、Ga 0.1~0.3%、Al 0.2~0.4%、Cu 0.1~0.3%及Fe 余量。

6.如权利要求1所述的一种低重稀土钕铁硼材料，其特征在于，制备磁牌号45SH由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 26~28%、Dy 2~3%、Zr 0.05~0.1%、B 0.98~1%、Co 0.6~1%、Ga0.1~0.3%、Al 0.2~0.4%、Cu 0.1~0.3%及Fe 余量。

7.如权利要求1所述的一种低重稀土钕铁硼材料，其特征在于，制备磁牌号42UH由如下组份按质量百分比组成：Pr+Nd 25~27%、Dy 4~5%、Zr 0.08~0.1%、B 0.98~1%、Co 0.1~0.3%、Ga 0.1~0.3%、Al 0.2~0.4%、Cu 0.1~0.3%、Tb 0.5~0.8%及Fe 余量。