[发明专利]一种晶界改性制备高性能Y基稀土永磁体的方法

说明书

技术领域

本发明属于稀土永磁材料领域，特别涉及一种晶界改性制备高性能Y基稀土永磁体的方法。

背景技术

稀土钕铁硼永磁材料开发于二十世纪八十年代初，因其具有极高矫顽力和最大磁能积，综合性能优良而被称为“磁王”。自问世以来，在仪器仪表、微波通信、风力发电、电动汽车、电子信息等国民经济的各个行业得到广泛应用。随着人类社会的快速发展，2016年全球钕铁硼永磁体的年产量已达到约15万吨，并且呈现出强劲的增长趋势。由于钕铁硼永磁体中含有30wt.％左右的稀土元素，因此，随着钕铁硼永磁体产量的不断增长，稀土元素的消耗也逐年加剧。

截止目前，制备钕铁硼永磁体仍大量使用轻稀土元素Nd、Pr和重稀土元素Dy、Tb等。一方面，由于轻稀土元素Nd、Pr和重稀土元素Dy、Tb等的价格高昂，导致钕铁硼磁体的价格居高不下；另一方面，稀土元素在地壳中的含量排列依次为Ce、Y、La、Nd、Pr、Sm、Gd、Dy、Tb…，而稀土永磁体的大量使用使得Pr、Nd、Dy、Tb迅速消耗，造成了高丰度稀土La、Ce、Y大量积压，导致稀土资源利用不均衡。因此，如何充分利用高丰度稀土元素La、Ce和Y制备高性能稀土永磁体，受到稀土永磁界的高度关注。

在高丰度稀土元素形成的2:14:1相中，Y₂Fe₁₄B具有最高的内禀磁性能(H_a＝26kOe，4πM_s＝14.1kG，T_c＝565K)，并且Y元素的价格相对较低。因此以Y元素制备高丰度稀土永磁材料，具有广阔的应用前景。专利文献CN201611108740.2在Nd-Ce-Fe-B磁体的基础上以Y元素替代Ce元素，得到高丰度稀土(Ce+Y)占稀土总量50wt.％，矫顽力H_cj＝9.7kOe，最大磁能积(BH)_m＞29MGOe的高丰度稀土永磁体。同时对其温度稳定性进行研究，得到α＝-0.1516％℃，β＝-0.5145％℃，其温度稳定性远高于Ce基磁体。对磁体微结构研究发现，在含Y磁体中存在元素偏聚现象，并在主相晶粒中形成核壳结构，即Y元素主要聚集在磁体主相晶粒的核心区域，Nd和Ce元素主要集中在主相晶粒的壳层区域及晶界相中。这种结构类似于近几年在Nd-Fe-B领域关注度比较高的晶界扩散形成的壳层结构，具有高磁晶各向异性场的Nd元素聚集在主相晶粒外层，提高主相晶粒的各向异性场。

然而，采用添加Y的方式在主相晶粒中直接形成的壳层结构中，NdPr元素在壳层和核心含量的差别只有1wt.％左右，对主相晶粒磁晶各向异性的提高作用有限。

发明内容

本发明提供了一种Y基稀土永磁体的制备方法，利用该方法得到的Y基稀土永磁体可以在兼顾良好的剩磁和最大磁能积的同时，提高矫顽力，实现高性能。

本发明采用在Y基稀土永磁体中晶界添加一定含量的Re-Cu-Ga纳米合金，Re为Nd或/和Pr，在烧结回火过程中使Nd或/和Pr元素偏聚在磁体主相晶粒表层，提高主相晶粒表层处Nd或/和Pr元素的浓度，以增强主相晶粒表层处的磁晶各向异性场，从而阻止反磁化过程中反转畴在主相晶粒表层的形成。本发明人发现，当纳米晶界合金粉质量占总质量的0.1～10wt.％时，能够在兼顾良好的剩磁和最大磁能积的同时，提高矫顽力，获得高性能的Y基稀土永磁体。

即，本发明的技术方案为：一种晶界改性制备高性能Y基稀土永磁体的方法，其特征是：将纳米晶界合金粉末与Y基合金粉末均匀混合，得到混合粉末，其中纳米晶界合金粉末质量占混合粉末总质量的0.1～10wt.％；然后，利用磁场压机，将混合粉在磁场下取向成型，随后冷等静压制成生坯；将生坯置于真空烧结炉中进行烧结处理，获得烧结磁体；

所述Y基合金粉末的组成为Re_αY_βB_γM_xFe_{100-α-β-γ-x}，其中，Y为必须存在的稀土元素；

Re为稀土元素，包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Sc等中的一种或几种元素；

M为添加元素，选自Co、Cu、Nb、Ti、Zn、Ga、Al、Zr、Sn、Sb、Ta和W等中的一种或几种元素；

α、β、γ、x、y为各元素的重量百分含量，0≤α＜33.5，0＜β≤33.5，28.5≤α+β≤33.5，0.85≤γ≤1.1，0≤x≤2；