[发明专利]主辅合金法制备钕铁硼的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钕铁硼永磁材料的制备方法，尤其涉及到一种用辅助合金法制备钕铁硼永磁材料的方法，属于冶金材料领域。

背景技术

钕铁硼稀土永磁材料自出现以来，因其具有高的性价比，已广泛地应用于电子、电力、机械、医疗器械等领域，是现代高新技术产品中重要而不可缺少的材料。

近十多年来，我国的烧结钕铁硼材料以平均年增长率约为30％的速度发展。钕铁硼永磁材料的快速增长，Nd、Pr、Dy和Tb大量的使用，带动了稀土行业的整体发展，但也造成我国稀土资源利用的失衡。2005年，我国轻稀土分离达到约11万吨，重稀土达到4.4万吨，La、Ce、Y等稀土产品已经出现严重过剩。到2010年，我国的钕铁硼用量将达到7.8万吨，预计到2015年将达到15万吨，为了满足钕铁硼产品的需求，每年需处理轻稀土精矿约80～100万吨，同时还需处理南方离子型精矿16万吨（以中钇富铕稀土精矿Dy₂O₃ 3.7wt％，Tb₄O₇ 0.68 wt％计），南方离子型精矿为重稀土Dy、Tb的主要来源，按现在规模速度开采，再过20年南方离子型精矿将枯竭。

尤其近年来，烧结钕铁硼稀土永磁材料应用增长最快的领域是在永磁电机方面的应用。特别是随着风力发电机、混合动力汽车电机，空调压缩机电机的快速发展，与其对应的耐热性好的超高矫顽力钕铁硼磁体用量将会迅速增加，所消耗的Dy、Tb数量将会越来越大，加剧Dy、Tb资源的紧张。因此，目前国内外仍不断地进行钕铁硼稀土永磁材料的研究开发，除了改进钕铁硼稀土永磁材料的综合性能外，还注重改善磁体的显微组织以提高矫顽力的研究，目的是减少Tb、Dy重稀土的含量或用其它金属元素替代Tb、Dy，提高稀土战略资源的效能，有效利用稀土资源。

烧结钕铁硼永磁材料的磁性能主要来源于Nd₂Fe₁₄B化合物。该化合物的饱和磁化强度为1.6T，其理论最大磁能积为512kJ/m³ (64MGOe)。虽然Nd₂Fe₁₄B化合物具有优异的磁特性，但正分成份Nd₂Fe₁₄B的烧结磁体几乎不表现出永磁特性，还需有其它相的存在。在通常情况下，钕铁硼磁体中除了含有Nd₂Fe₁₄B化合物主相外，还有富钕相、富硼相、Nd₂O₃相等其它杂质相。富Nd相在烧结过程中呈液态，对于磁体的致密化和具有较高的矫顽力具有着重要作用。

自从烧结钕铁硼永磁材料出现到现在，提高其最大磁能积、内禀矫顽力和最大限度的降低成本一直是重要的研究方向，特别是保证磁体高的矫顽力，减少Dy、Tb等稀缺金属用量，尽可能节约资源和成本显得尤为重要。Nd-Fe-B烧结永磁体的矫顽力机制为反转磁畴的成核型，为了获得高的矫顽力，控制Nd-Fe-B磁体微观结构是非常重要的。为了提高烧结钕铁硼磁体的内禀矫顽力，在钕铁硼合金中单一或复合添加Dy、Tb、 Al、 Ga、 Nb、Mo、 V等元素可提高磁体的矫顽力，其中Dy和Tb提高最为显著。Dy、Tb替代部分Nd可提高Nd₂Fe₁₄B主相的各向异性HA，而提高烧结Nd-Fe-B磁体内禀矫顽力，但是由于Dy、Tb原子磁矩与Fe原子属于亚铁磁性藕合，降低了主相的饱和磁极化强度，因此降低了烧结Nd-Fe-B磁体的剩磁Br和磁能积。Al、Ga进入晶界相，改善烧结过程中的湿润性，形成含Nd的晶界，减小了晶粒间的交换耦合，提高了磁体的矫顽力。高熔点难熔Nb、Mo、 V元素在主相晶粒内析出或在晶间形成硼化物，如：形成(VFe)₃B₂、(MoFe)₃B₂、Nd-Fe-B析出物，有效地阻止烧结过程主相晶粒的长大，使晶粒细化，抑制软磁性相的形成，从而提高矫顽力。

目前，对烧结钕铁硼材料中Nd含量的大幅降低，在提高磁体矫顽力的同时降低重稀土Dy、Tb元素用量的方法还没有报道，如日本的专利号为99801229.7的专利中提到通过对合金中添加Tb、Dy、Cu、Nb和Ga来提高磁体的耐热性能；欧洲的专利EP1460653A1的方法也侧重于耐高温方面；中国专利200510049962.7虽然给出了双合金的方法，但没有涉及到如何减少Nd和DY、Tb的用量问题。

发明内容