[发明专利]一种各向异性纳米晶复合永磁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制造领域，特别涉及一种各向异性纳米晶复合永磁材料及其制备方法。

背景技术

烧结Nd-Fe-B磁体最大磁能积(BH)_max的实验值已达到59.5MGOe(474kJm^-3)，逼近其理论极限(64MGOe)，进一步发展和提高常规永磁材料磁能积的空间有限(H.Morimoto，Bulletin Topical Symposium Magnetics Soc.Jap.，147，1(2006))。本领域技术人员经过研究发现复合磁体具有剩磁增强效应，并可能具有高于单相永磁材料的磁能积。

但复合磁体在制备上存在较大难度，这主要是由于两点：1)如何制备纳米尺寸的各向异性颗粒；2)如何将纳米各向异性颗粒制备成为完全致密的各向异性复合磁体。

复合磁体中稀土元素总含量低于化合物Nd₂Fe₁₄B中的化学计量数量，因此根据该成分对应的相结构构成，复合磁体中不存在富钕相，而富钕相对磁体的织构产生过程具有决定性作用，大量研究表明不存在富钕相的磁体几乎不能够产生任何织构。由于不存在对取向织构产生至关重要的富稀土相，导致复合磁体难以通过热压/热变形方法制备成全密度的纳米各向异性纳米晶磁体。目前报道的双相复合纳米晶各向异性磁体取向度差，其(BH)_max只有160kJ/m³(20MGOe)左右。而采用传统化学方法或物理破碎的方法制备的Nd-Fe-B纳米颗粒通常为球状，且不存在各向异性，难以制备成为各向异性大块复合磁体。

发明内容

本发明的目的在于克服和弥补现有技术中双相复合纳米晶各向同性磁体取向度较差，以及难以制备成大块各向异性纳米晶复合永磁材料的不足，提供一种具有纳米级软硬磁性相组成的各向异性纳米晶复合永磁材料。本发明的各向异性纳米晶复合永磁材料兼具有软磁材料的高剩磁和永磁材料高矫顽力，有望成为新一代永磁材料。

本发明通过以下技术方案来实现其目的。

技术解决方案之一在于，本发明的各向异性纳米晶复合永磁材料是由由硬磁性相以及包覆在硬磁性相外部的软磁性相构成；其中，所述硬磁性相为厚度方向30-100nm，宽度方向300-500nm的各向异性片状晶，且该各向异性片状晶的易磁化方向与其厚度方向一致；其中，所述硬磁性相为R₂Fe₁₄B；所述各向异性片状晶具有磁晶各向异性与形状各向异性；所述软磁性相成分为Fe、FeCo或FeNi，厚度为5-100nm。

所述硬磁性相R₂Fe₁₄B成分为：(RE1-x RE′x)₂(Fe1-yTMy)₁₄B，其中RE为钕和/或镨，RE′是Y，La，Ce，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu中的一种或多种稀土元素；TM是Co，Ni，Mn，Cr，Al，Sn，Ga，Ti，Zn，Zr，Mo，Ag，W，Nb和Cu中的一个或多个过渡族元素；其中，x为0～0.4，y为0～0.4。本发明的各向异性纳米晶复合永磁材料是将各向异性纳米晶磁粉通过热压致密化制备而成。

本发明的另一技术解决方案在于，提供一种各向异性纳米晶复合永磁材料的制备方法，其特点在于，在硬磁性相的外部包覆软磁性相以形成各向异性纳米晶复合磁体，其中，所述硬磁性相为各向异性片状晶，且该各向异性片状晶的易磁化方向与其厚度方向一致；其制备步骤如下：

1)用冶炼得到的合金铸锭通过快淬或机械合金化制备纳米晶磁粉；

2)将所述纳米晶磁粉通过热压工艺热压成为完全致密化各向同性磁体；

3)将所述各向同性磁体通过热变形制备成各向异性磁体；该热变形各向异性磁体由各向异性片状晶及富稀土相构成；

4)将所述各向异性磁体经过破碎，并去除磁体表面的富稀土相，得到易磁化方向与片状晶厚度方向一致的各向异性片状晶；

5)通过物理或化学方法在所述各向异性片状晶表面涂覆或包覆软磁性相，得到纳米复合片状晶粒；

在各向异性片状晶与软磁性相之间还可通过物理或化学方法包覆纳米级的Ti，Nb、Mo，V，W，Cu等非磁性层。

6)通过热压方法将所述纳米复合片状晶粒制备成为大块全密度各向异性纳米晶复合永磁材料，其易磁化方向平行于热压压力方向。