一种烧结钕铁硼磁体及其制造方法技术

一种烧结钕铁硼磁体，其主要成分包括稀土元素R，添加元素T，铁Fe和硼B，拥有富稀土相和具有Nd2Fe14B晶体结构的主相，其特征在于：所述磁体的最大磁能积(BH)max，单位MGOe，与内禀矫顽力Hcj，单位kOe的数值之和不小于70，即(BH)max(MGOe)+Hcj(kOe)≥70。这种烧结钕铁硼磁体的制造方法包括熔炼合金、制粉、混粉、压型、烧结和热处理工序。本发明专利技术通过控制成分配方和优化工艺条件，使主相在磁体中保持适当的比例且较高的磁体主相晶粒的取向度，优化边界富稀土相和微结构，使得烧结钕铁硼磁体同时具有高的最大磁能积和高的内禀矫顽力，从而获得(BH)max(MGOe)+Hcj(kOe)≥70的超高性能的烧结钕铁硼磁体。

【技术实现步骤摘要】
一种烧结钕铁硼磁体及其制造方法
本专利技术涉及一种烧结钕铁硼磁体及其制造方法，特别是一种超高性能烧结钕铁硼磁体及其制造方法。
技术介绍
烧结钕铁硼磁体已经广泛应用于电子信息、汽车工业、医疗设备、能源交通等众多领域。同时，随着技术的持续进步和成本的不断下降，在很多新兴领域，钕铁硼永磁材料展现出广阔的应用前景。特别是在低碳经济席卷全球的大势之下，世界各国都在把环境保护、低碳排放作为关键科技领域给予关注。这对改善能源结构、发展再生能源、提高效率、节能减排、倡导低碳生活等方面提出了新的要求，也为风力发电、新能源汽车、节能家电等低碳经济产业的发展提供了广阔的市场空间。随着应用日益广泛和科技不断发展，对所使用的烧结钕铁硼提出了更高的要求。例如普及最为迅速的笔记本电脑，现大多采用2.5英寸硬盘，其中的音圈电机（VCM）要求采用N50H档烧结钕铁硼磁体，最大磁能积(BH)max＞48MGOe，内禀矫顽力Hcj＞16kOe；而汽车发动机点火线圈使用的形状为薄片的高性能烧结钕铁硼磁体，要求工作温度在200℃以上，这就要求采用N35EHS烧结钕铁硼磁体，最大磁能积(BH)max＞33MGOe，内禀矫顽力Hcj＞35kOe。在许多烧结钕铁硼磁体的新兴应用领域，如近期的具有机械头脑的行走机器人、集成技术的专用电机、汽车自动系统等领域，均同时对高磁能积(BH)max和高内禀矫顽力Hcj提出了要求。稀土是重要的战略资源，提高烧结钕铁硼磁体综合磁性能，有利于稀土的高效利用。因此如何同时提高烧结钕铁硼磁体的最大磁能积(BH)max和内禀矫顽力Hcj成了烧结钕铁硼磁体的发展趋势。目前全球各主要厂家纷纷争相推出高性能牌号烧结钕铁硼磁体，以满足各类专门用途的特殊要求。日立金属开发了能稳定生产的高磁能积磁体，已开始批量生产最大磁能积53MGOe的磁体，德国真空熔炼公司也已大批量生产最大磁能积50MGOe的磁体，TDK也能提供最大磁能积48～50MGOe的商品磁体，但都未见到同时具有高磁能积和高内禀矫顽力的磁体。下表为部分厂家的高牌号烧结钕铁硼磁体的性能表，Br为剩余磁感应强度，简称剩磁（Br=4πMr,Mr为剩余磁化强度），Hcj为禀矫顽力，(BH)max为最大磁能积。表1国外企业生产的高磁能积或高矫顽力磁体性能牌号公司Br（kGs）Hcj（kOe）(BH)max（MGOe）NMX-S54日立金属14.5～15.11151～55NMX-S41EH日立金属12.4～13.12537～42NMX-S34GH日立金属11.2～123330～35VACODYM688TP德国VAC11.43632VACODYM745HR德国VAC14.41547从上表所列高牌号产品可以看出，当烧结钕铁硼磁体具有较高的最大磁能积时，其内禀矫顽力相对较低，但内禀矫顽力相对较高时，其最大磁能积偏低，而且所有牌号产品的最大磁能积(BH)max(MGOe)与内禀矫顽力Hcj(kOe)的数值之和在60～70之间。永磁体的基本作用就是向其应用空间提供磁场。磁体的最大磁能积(BH)max(MGOe)代表了永磁体向外提供磁场能量的高低，(BH)max越高，同样尺寸的永磁体能提供的磁场越强。而内禀矫顽力Hcj(kOe)则表示了磁体保证或维持其永磁性能的能力，如果磁体的Hcj没有足够的高，当磁体在实际使用过程中受到退磁场、温度或振动等的影响时，Hcj会出现不同程度的衰减，导致磁体局部甚至整体提供磁场能力的下降，也就是说永磁体保证或维持其磁性能的能力下降。在钕铁硼磁体中，Hcj与(BH)max或Hcj与Br之间存在扁担效应，即要获取较高的Hcj，则磁体的(BH)max及Br会下降；如果磁体的(BH)max及Br较高，则其Hcj就会降低。但如果一味提高Hcj，使得磁体的(BH)max受到较大影响，指标偏低，磁体的综合磁性能降低，同样会影响到磁体的使用。故在烧结钕铁硼磁体行业，把最大磁能积与内禀矫顽力之和作为综合衡量磁体是否真正体现高性能的一个指标。
技术实现思路
一种好的永磁体应该具有高的居里温度Tc，高的剩磁Br或Mr（Br=4πMr），高的内禀矫顽力Hcj和高的最大磁能积(BH)max。后三种指标，我们称之为永磁体的外禀磁性指标，而居里温度Tc，饱和磁化强度Ms和磁晶各向异性场Ha等我们称为之永磁体主相的内禀磁性指标。永磁体外禀磁性指标的高低取决于永磁体主相的内禀磁性指标，一种材料只有具备了优异的内禀磁性，才有可能开发成为高性能的永磁体。居里温度越高，永磁体的工作温度范围就越高，并且温度稳定性也就越好。饱和磁化强度Ms决定了永磁体最大磁能积的理论上限，最大磁能积(BH)max≤（4πMr）2/4≤（4πMs）2/4，因此，只有饱和磁化强度Ms高的材料才能开发成为高磁能积的永磁体。内禀矫顽力Hcj＝CHa-N（4πMs），因此只有高的磁晶各向异性场Ha的材料才能制备出高矫顽力的永磁体。然而，具备了高居里温度，高饱和磁化强度和高磁晶各向异性场的材料并非就一定能够制造开发成高性能永磁体，它还要取决于是否有合适的制备工艺来实现高矫顽力和高磁能积。当某种永磁体的成分确定以后，其理论最大饱和磁化强度Ms就已经确定，如果磁体全部由单一主相构成时，则可获得该种永磁体最大磁能积的理论最大值。以钕铁硼为例，当该磁体仅由100%Nd2Fe14B晶体结构(四方对称，空间群P42/mnm)单一主相构成时，且所有晶粒的易磁化轴（即四方相的C轴）平行排列（一致取向），则可获得其理论上的最大磁能积64MGOe左右。但此时，由于该磁体没有内禀矫顽力Hcj，还不能称为永磁体，无法当永磁材料使用。原因是该磁体中晶粒与晶粒紧密连接，磁化强度可沿C轴的两个易磁化方向分布，但正方向和反方向的大小相同，互相抵消，磁体对外不显示磁性；当磁体在易磁化方向磁化（充磁）时，该磁体中每个晶粒的磁化强度都沿着磁场方向；但磁场去掉后，该磁体中晶粒的磁化强度又回到充磁前的状态，即又大小相同方向相反地分布在C轴的两个易磁化方向，也就是说该磁体没有剩磁和矫顽力，没有永磁性能表现。因此必须通过稀土永磁体制备的粉末冶金工艺，使磁体中主相晶粒的边界上存有一定的富稀土相，即主相晶粒被富稀土相隔离，使得磁体具有了一定的内禀矫顽力Hcj；当取向方向被饱和磁化（充磁）时，该磁体中每个主相晶粒的磁化强度同样都沿着磁场方向；此时当外加磁场被去掉以后，由于内禀矫顽力的存在使得磁体中每个晶粒的磁化强度不再能够翻转到磁化的反方向，只能继续沿着充磁方向，此时磁体的剩磁和矫顽力等外禀磁性都得到体现。但磁体中主相和富稀土相的比例要适度，如果富稀土相太少，虽然主相在磁体中比例高，即磁体的饱和磁化强度Ms高，提高了磁体的剩磁和最大磁能积的上限，但磁体的矫顽力可能太小；如果富稀土相太多，虽然有利于获得较高的矫顽力，但会导致Nd2Fe14B晶体结构主相在磁体中比例的降低，使得磁体的饱和磁化强度Ms的降低，从而导致磁体的剩磁和最大磁能积下降。为了获得剩磁和内禀矫顽力相对均衡的钕铁硼永磁体，使其最大磁能积与内禀矫顽力之和尽可能的大，本专利技术从两个方面展开工作，一是优化磁体的成份配方使其主相具有Nd2Fe14B晶体结构，且主相在磁体中保持适当的比例，以获得优异的内禀磁性；二是优化制备工艺和生产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烧结钕铁硼磁体，其主要成分包括稀土元素R，添加元素T，铁Fe和硼B，拥有富稀土相和具有Nd2Fe14B晶体结构的主相，其特征在于：所述磁体的最大磁能积(BH)max，单位MGOe，与内禀矫顽力Hcj，单位kOe的数值之和不小于70，即(BH)max(MGOe)+Hcj(kOe)≥70。

【技术特征摘要】
1.一种烧结钕铁硼磁体，其主要成分包括稀土元素R，添加元素T，铁Fe和硼B，拥有富稀土相和具有Nd2Fe14B晶体结构的主相，其特征在于：所述磁体的最大磁能积(BH)max，单位MGOe，与内禀矫顽力Hcj，单位kOe的数值之和不小于76，即(BH)max(MGOe)+Hcj(kOe)≥76，所述磁体的氧含量为1000～1500ppm，在20℃～180℃温度之间，其剩磁Br的温度系数αBr为-0.125％/℃～-0.090％/℃，在20℃～180℃温度之间，其内禀矫顽力Hcj的温度系数βHcj为-0.50％/℃～-0.20％/℃，所述磁体的成分包括：28～32wt％的稀土元素R，0～4wt％的添加元素T，0.93～1.0wt％的硼B，余量为铁Fe及微量杂质；所述磁体成分中稀土元素R为Nd、Pr、Dy、Tb、Ho的一种或一种以上；添加元素T为Al、Cu、Co、Ga、Ti、V、Zr、Nb、Mo或Sn的一种或一种以上，所述磁体主相的磁晶各向异性场Ha为80～140kOe，所述磁体主相的平均晶粒尺寸为5.0～10.0μm。2.一种如权利要求1所述的烧结钕铁硼磁体，其特征在于：所述磁体的成分包括：稀土元素R包括：Nd+Pr：18～26wt％；Dy+Tb：2.0～13.5wt％；添加元素T包括：Al：0.1～0.6wt％；Cu：0～0.2wt％；Co：0～3wt％；Ga：0～0.2wt％；B：0.93～1.0wt％；余量为Fe和微量杂质。3.一种制造如权利要求1或2所述的烧结钕铁硼磁体的方法，其特征在于：所述方法的工艺过程包括熔炼合金、制...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伯平，赵玉刚，张瑾，陈国安，饶晓雷，钮萼，陈治安，金国顺，贾敬东，
申请(专利权)人：北京中科三环高技术股份有限公司，三环瓦克华北京磁性器件有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11