CN101451215A - 一种纳米晶复合NdFeB永磁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米晶复合NdFeB永磁合金及其制备方法。本发明的纳米晶复合NdFeB永磁合金成分(原子百分比)为：Fe 70～83％、Nd 6～12％、B 4～8％、Co 2～10％、Nb 0.5～4％、Ga 0.1～2％。制备过程如下：(1)按上述合金配方配料，用真空非自耗电弧炉在氩气保护下熔炼原料，并翻身熔炼数次；(2)将纽扣锭破碎后用电感应真空快淬炉将其制成合金薄带。(3)将合金薄带在600～800℃，真空度为2～5×10^－3Pa条件下进行晶化热处理。本发明制得的永磁合金具有较高的磁性能和较低的温度系数，其室温下最大磁能积(BH)_max≈83kJ/m³，20～150℃平均剩磁温度系数≈0.05％/℃，20～ 150℃平均矫顽力温度系数≈0.32％/℃。

Description

一种纳米晶复合NdFeB永磁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米晶复合NdFeB永磁合金及其制备方法，属磁性材料技术领域。

背景技术

纳米晶复合永磁材料是一种新型的永磁材料，其由较高磁晶各向异性的硬磁相和较大饱和磁化强度的软磁相组成，其基体相可以是软磁相，也可以是硬磁相，两相的数量能连续地过渡，两相均为高度弥散均匀地分布。虽然从理论上讲，传统方法制备的各向异性磁体的M_r/M_s＝0.5，但由于纳米晶复合永磁体其两相颗粒尺寸达到纳米级大小，彼此在纳米范围内复合，两相的界面在晶体学上共格，其界面处存在铁磁性交换耦合作用；在铁磁性交换耦合的作用下，软磁相的磁化矢量与硬磁相趋于一致，磁体的磁化与反磁化具有单一铁磁性特征，剩磁状态下软磁性相的磁矩将停留在硬磁性相磁矩的平均方向上，使整个磁体的剩磁大大高于仅由硬磁相组成的单相永磁材料，即M_r/M_s>0.5，同时还具有较高的矫顽力，产生明显的剩磁增强效应。

制备纳米晶双相永磁材料的方法有很多种，其中主要有熔体快淬法、气体喷雾法、真空制膜法、机械合金化法和HDDR法等。由于熔体快淬法操作方便，工艺简单，有利于实现工业化生产，从而成为最常用的一种制备方法。

为了提高纳米晶复合永磁材料的综合磁性能，研究者分别从合金成分和制备工艺两方便入手，对永磁材料进行优化研究。Zhang等研究表明，Pr替代纳米晶复合Nd₂Fe₁₄B/α-Fe合金中的部分Nd，可有效提高磁体的性能，使合金成分为(Nd_1-xPr_x)₉Fe₈₆B₅(x＝0～0.6)的矫顽力414kA/m增加到493kA/m，这是因为Pr溶入R₂Fe₁₄B主相，使K₁增大。Jakubowicz的研究指出，将Co添加到Nd₂Fe₁₄B/α-Fe中，可以使软磁相由纯α-Fe转变为Fe(Co)，它的饱和磁化强度比纯α-Fe高，但合金的矫顽力却因此而降低。Chen等人的实验表明：C可以替代软磁性相Fe₃B中的B，出现正交Fe₃(B，C)相，其矫顽力比四方btc-Fe₃B相的矫顽力低，致使合金的矫顽力下降。Wang等研究指出，在快淬纳米晶复合Nd₂Fe₁₄(BC)/α-Fe合金中，一定量的C替代B降低了非晶形成的能力，合金的矫顽力得到改善；当超过4at.％的C替代B后，退火后的晶粒尺寸变得粗大，从而削弱了磁性相之间的交换耦合作用，降低了合金的磁性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米晶复合NdFeB永磁合金。

本发明的另一目的是提供一种纳米晶复合NdFeB永磁合金的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。

一种纳米晶复合NdFeB永磁合金，其特征在于该合金的成分，以原子百分比计为：

Fe      70～83％

Nd      6～12％

B       4～8％

Co      2～10％

Nb      0.5～4％

Ga      0.1～2％

上述纳米晶复合NdFeB永磁合金的制备方法，其特征在于该方法具有以下工艺步骤：

a.将工业纯金属原料Fe、Nd、Co、Nb、Ga以及FeB合金，按纳米晶复合NdFeB永磁合金成分以原子百分比计为：Fe 70～83％、Nd 6～12％、B 4～8％、Co 2～10％、Nb 0.5～4％、Ga 0.1～2％进行配料，然后用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为100～250A/cm²，将熔炼合金翻身熔炼3～6次；得到合金纽扣锭；

b.将熔炼好的纽扣锭破碎成3～6g的小块料，装入石英管内，在电感应真空快淬炉中制成合金薄带；石英管喷嘴直径为0.6～1.2mm，喷嘴与辊面距离为5～10mm，氩气压力差为0.8×10⁵～1.5×10⁵Pa，辊面线速度为12～22m/s；

c.将上述合金薄带在600～800℃，真空度为2×10^-3～5×10^-3Pa条件下进行晶化热处理，保温时间为2～8min。

本发明中所用的原料为纯金属Fe、Nd、Co、Nb、Ga以及FeB中间合金。

本发明的合金具有纳米尺寸的显微结构(其晶粒尺寸约20～50nm)和优异的磁性能。

本发明的特点是：1)新的合金配方，同时添加Nb和Ga。Nb能细化晶粒，增强软、硬磁相的交换耦合作用，Ga可以替代B，提高磁的矫顽力和热稳定性，2)使用非常简单的工艺方式得到具有较好综合磁性能的低Nd含量纳米晶复合永磁合金粘结磁体。

本发明具有较好的磁性能，可以广泛用于信息、通讯、计算机等领域的磁性器件。

附图说明

图1为本发明的米晶复合永磁合金粘结磁体在室温下的退磁曲线图。

具体实施方式

现将本发明的实例具体叙述于后。

实施例1

本实施例的纳米晶复合永磁合金的成分(原子百分比)为Nd 8.5％、Fe 77.7％、Nb 2.0％、Co 5％、Ga 0.6％、B 6.2％。制备过程和步骤如下：将工业纯金属原料Nd、Fe、Nb、Co、Ga以及FeB合金按本实施例的纳米晶复合永磁合金成分配制15克，然后用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为180A/cm²，将合金翻身熔炼4次；将合金锭破碎成3～6g的小块，装入石英管内，在电感应真空快淬炉中制成快淬合金薄带，石英管喷嘴直径为0.8mm，喷嘴与辊面距离为8mm，氩气压力差为1.0×10⁵Pa，辊轮的线速度为18m/s；将上述快淬薄带在670℃，真空度为3×10^-3Pa条件下进行晶化热处理，保温时间为4min；最后制得本发明的纳米晶复合永磁合金粘结磁体。

本实施例中所制得的纳米晶复合永磁合金粘结磁体在室温下的磁性能，见附图1。从附图中可看出本发明的纳米晶复合永磁合金粘结磁体的剩磁B_r＝0.78T，矫顽力_jH_c＝597kA/m，最大磁能积(BH)_max＝83kJ/m³，20～150℃平均剩磁温度系数α≈0.05％/℃，20～150℃平均矫顽力温度系数β≈0.32％/℃。这大大优于现有报道的低Nd-基含量纳米晶复合永磁合金粘结磁体的磁性能和热稳定性。

实施例2

本实施例的纳米晶复合永磁合金的成分(原子百分比)为Nd 9％、Fe 77％、Nb 1.5％、Co 5％、Ga 0.5％、B 7％。制备过程和步骤如下：将工业纯金属原料Nd、Fe、Nb、Co、Ga以及FeB合金按本实施例的纳米晶复合永磁合金成分配制15克，然后用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为200A/cm²，将合金翻身熔炼4次；将合金锭破碎成3～6g的小块，装入石英管内，在电感应真空快淬炉中制成快淬合金薄带，石英管喷嘴直径为1.0mm，喷嘴与辊面距离为8mm，氩气压力差为1.2×10⁵Pa，辊轮的线速度为19m/s；将上述快淬薄带在690℃，真空度为3×10^-3Pa条件下进行晶化热处理，保温时间为4min，最后制得本发明的纳米晶复合永磁合金粘结磁体。

本实施例中所制得的纳米晶复合永磁合金粘结磁体在室温下的磁性能，其剩磁B_r＝0.77T，矫顽力_jH_c＝563kA/m，最大磁能积(BH)_max＝80kJ/m³，这大大优于现有报道的低Nd含量纳米晶复合永磁合金粘结磁体的磁性能。20～150℃平均剩磁温度系数α≈0.07％/℃，20～150℃平均矫顽力温度系数β≈0.35％/℃。

Claims (2)

1.一种纳米晶复合NdFeB永磁合金，其特征在于该合金的成分，以原子百分比计为：

Fe        70～83％

Nd        6～12％

B         4～8％

Co        2～10％

Nb        0.5～4％

Ga        0.1～2％

2.一种用于权利要求1所述的纳米晶复合NdFeB永磁合金的制备方法，其特征在于该方法具有以下工艺步骤：

a.将工业纯金属原料Fe、Nd、Co、Nb、Ga以及FeB合金，按纳米晶复合NdFeB永磁合金成分以原子百分比计为：Fe 70～83％、Nd 6～12％、B 4～8％、Co 2～10％、Nb 0.5～4％、Ga 0.1～2％进行配料，然后用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为100～250A/cm²，将熔炼合金翻身熔炼3～6次；得到合金纽扣锭；

b.将熔炼好的纽扣锭破碎成3～6g的小块料，装入石英管内，在电感应真空快淬炉中制成合金薄带；石英管喷嘴直径为0.6～1.2mm，喷嘴与辊面距离为5～10mm，氩气压力差为0.8×10⁵～1.5×10⁵Pa，辊面线速度为12～22m/s；

c.将上述合金薄带在600～800℃，真空度为2×10^-3～5×10^-3pa条件下进行晶化热处理，保温时间为2～8min。