[发明专利]一种块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方法

说明书

技术领域

一种块体纳米复合R-Fe-B-M永磁材料的制备方法，涉及稀土永磁材料和快速凝固技术领域。

背景技术

近年来，随着多极磁化技术微型化的进展，薄片型NdFeB类磁体成为MEMS中微电机、磁阀等器件的更好选择。它们一般是厚度在0.2mm～2mm、平面面积50mm×50mm的磁片，要求具有较高的磁性能和热稳定性。至今，这类磁片的加工仍是采取对烧结NdFeB类永磁体进行精密机械加工的方法。但该方法除了带来材料大量浪费之外，还因引起磁体表面晶界相的变化带来磁体表层的矫顽力大幅下降的问题。对于厚度较小、小于1mm的磁片此不利影响更为严重。

在现有技术中，采用铜模真空吸铸制备薄片型NdFeB类磁体存在以下两大问题：其一磁性太低。由于铜模真空吸铸时熔体的冷却速度只有～10²K/min，传统R-Fe B永磁合金无法籍此方法获得纳米晶组织。为此，近年人们研究了一种可以采用铜模真空吸铸得到块体非晶或纳米晶的贫R、富B的钕铁硼永磁合金。这种合金的特点是B元素含量高达19～20at％以提高其非晶形成能力，而Nd元素含量则控制在3～5at％的低水平，还添加Y元素进一步提高非晶形成能力，添加Co元素提高热稳定性，添加Ti，Zr元素等细化晶粒、提高磁性能。例如，J.Olszewski在Journal of Rare Eareths期刊2009年第4期上发表的论文Microstructure andmagnetic properties of Fe-Co-Nd-Y-B alloys obtained by suction casting method中研究了Fe₆₇Co₅Nd₃Y₆B₁₉和Fe₆₄Co₅Nd₆Y₆B₁₉合金铜模真空吸铸0.5mm厚的薄片磁体。Fe₆₁Co₁₀Nd₃Y₆B₂₀非晶铸片经过948K退火30min得到RE₂Fe₁₄B、Fe₂B和RE_1-xFe₄B₄组成的纳米复合磁体，其磁性能为：矫顽力120kA/m，饱和磁化强度1.29T。而Fe₆₄Co₅Nd₆Y₆B₁₉铸片由纳米晶R₂Fe₁₄B和R_1-xFe₄B₄复合而成，其磁性能太低：矫顽力260kA/m，饱和磁化强度0.89T。

其二非晶形成能力太差。如2010年H.W.Chang在Journal of Alloys and Compounds的2010年489期上发表的论文Magnetic property enhancement of directly quenched Nd-Fe-Bbulk magnets with Ti substitution中研究了铜模真空吸铸直径0.7mm的Nd_yFe_85-x-yTi_xB₁₅(x＝0-4，y＝8-10)园棒磁体。该研究将B含量降低至15at％而同时将Nd含量增加至8-10at％，在提高Nd₂Fe₁₄B体积百分数的同时合金的非晶形成能力大幅度降低，获得的Nd_yFe_85-yB₁₅(y＝8-10)的铸态组织晶粒尺寸竟然达到500-800nm，矫顽力只有为1kOe。通过添加3at％的Ti将铸态组织的晶粒虽然可细化至80-150nm，其最佳磁性能仍然偏低，剩磁只有0.65T，矫顽力820kA/m，磁能积只有70.8kJ/m³。

因此，现有技术形成一个尴尬的两难境地：由于吸铸时铜模的冷却能力所限，为保证合金的非晶形成能力不得不采取低Nd和高B原子分数的合金成分，但磁体的磁性能太低无法满足工程要求。

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