[发明专利]一种混合稀土-铁基永磁材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种混合稀土‑铁基永磁材料及其制备方法和应用。所述混合稀土‑铁基永磁材料由稀土提纯中间产物制备，其主相具有R₂Fe₁₄B相结构，所述永磁材料中不含有CeFe₂相，化学通式为：MM_2+xFe_14‑yB_z，其中，R是指稀土元素，MM是指混合稀土金属，x的范围是：0.0≤x≤1.0，y的范围是：0.0≤y≤3.0，z的范围是：1.0≤z≤1.3；所述稀土提纯中间产物为稀土提纯过程中从轻稀土矿中提取的含杂质的具有天然元素比例的混合稀土金属合金；所述永磁材料的内禀矫顽力H_cj≥4kOe，剩磁B_r≥6kGs，最大磁能积(BH)_max≥5MGOe。本发明使用稀土分离过程中所得到的具有天然元素比的混合稀土金属合金为原料，采用简单的熔体快速淬火工艺技术，不仅降低了生产成本，还提高了混合稀土‑铁基永磁材料的综合性能。

技术领域

本发明属于磁性材料领域。具体地，本发明涉及一种混合稀土-铁基永磁材料及其制备方法和应用。

背景技术

20世纪80年代初，日本和美国的研究人员分别研发出Nd-Fe-B三元合金，并使用快速淬火的方法制备出商用磁粉，成为第三代稀土永磁材料。这种材料的永磁性能主要来自于化学式为Nd₂Fe₁₄B的硬磁相。随后的研究发现，少量富Nd晶界相的存在、少量Tb和Dy的添加以及细化晶粒等工艺均可有效地提高磁体的永磁性能。时至今日，钕铁硼依然是性能最好的永磁材料。

随着信息技术、自动化技术和新能源技术的发展，钕铁硼永磁材料的生产量不断增加，使金属钕的使用量大幅提高。稀土矿多为伴生矿，在稀土金属的生产过程中，需要先通过酸洗将稀土元素从矿石中萃取出来，再将这些稀土元素进行分离，在分离之前，稀土金属按照矿石所规定的天然百分比以合金形式存在，称为混合稀土金属，下文的化学式中使用MM表示这种金属。以包头白云鄂博矿为例，其混合稀土中各稀土元素的含量为：La＝26～29wt％，Ce＝49～53wt％，Pr＝4～6wt％，Nd＝15～17wt％。混合稀土经过分离得到镧铈合金和镨钕合金，再次分离得到纯金属镧、铈、镨、钕等。稀土金属价格高，除了矿藏稀少外，很大程度上是由于金属分离和提纯工艺复杂。金属镨钕的开采和使用造成了大量稀土金属镧和铈的积压。与此同时，稀土金属的分离和提纯过程也带来了能源浪费和环境污染问题。

钕铁硼永磁材料中金属镨钕占原材料成本的90％，而混合稀土的价格仅为金属镨钕的三分之一，相对低廉的价格促使人们开始研究混合稀土铁硼永磁材料。相关研究主要集中在使用混合稀土金属替代钕铁硼中的镨钕合金上。依据替代量的不同，可以将这些工作分为四类：

(一)微量替代。在这类研究中，通常只有不足5％的镨钕合金被混合稀土所替代。这样低的替代量并不能明显降低磁体的生产成本，所以这类研究更加关注稀土杂质对磁体性能的影响。正如之前所述，稀土矿常为伴生矿，且分离和提纯比较困难，简单的提纯所得到的产物中通常含有其它稀土杂质，所以有关这些杂质对磁体性能影响的研究有助于简化稀土原材料的生产工艺和降低生产成本。

(二)少量替代。在使用混合稀土制备MM₂Fe₁₄B磁体的研究中，人们更为关心的是如何在不明显降低磁体性能的前提下，尽量多地使用混合稀土金属替代镨钕合金。大量研究表明，当替代量低于20％时，即使使用传统的制备工艺，获得的磁体性能也没有大幅度降低。

(三)大量替代。当替代量增加到50％左右时，磁体的原材料成本被大大降低了，但与此同时，磁体的永磁性能也有明显的下降。但如果适当改进生产工艺，如使用双主相法，也可以制备出性能较好的磁体。