[發明專利]一種Pr/Nd基雙相納米復合永磁材料及其塊體的制備方法

有效

• 申請號: 200810063723.0
• 申請日: 2008-07-31
• 公開（公告）號: CN101425355A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 葛洪良;張朋越;朱津津;陳奎宇
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: H01F1/053
• 分類號: H01F1/053;B22F1/00;B22F3/12;C22C1/03
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本發明涉及一種磁性功能材料，尤其是一種低成本、抗蝕性好的雙相納米復合永磁材料及其制備方法。

背景技術

納米復相永磁合金是利用硬磁相高磁晶各向異性和軟磁相高飽和磁化強度的優點，并通過納米尺度下兩相晶粒間的鐵磁交換耦合作用來獲得優異的磁性能，基理論磁能積可高達10⁶J/m³，被稱為“兆焦爾永磁體”。由于其稀土含量少，價格低，抗蝕性好，有望發展成為新一代高性能永磁材料。目前，納米晶復合永磁材料中硬磁相主要為Nd₂Fe₁₄B或Sm₂Fe₁₇N_x(C)，軟磁相主要為Fe₃B或α-Fe。1988年Coehoorn等人(J.de.Phys.1988，p669)首先采用快淬工藝制備了一種組分為Nd₄Fe₇₈B₁₈的非晶薄帶，然后退火晶化，獲得了硬磁相Nd₂Fe₁₄B和軟磁相(Fe₃B+α-Fe)組成的復合納米晶磁性材料，并發現該材料具有明顯的剩磁增強效應(Mr/Ms＞0.5)。隨后，Kneller和Hawig(IEEE?Trans.Magn，1991，27，p3588)應用晶間交換耦合機制(Exchange?SpringMagnet)解釋了這種剩磁增強效應，并通過微磁學原理計算得到硬磁相和軟磁相之間產生充分地交換耦合，該類磁體的最大理論磁能積理論預計可達800kJ/m³。

近年來，歐美日韓等國都非常關注納米復合永磁材料的研究，體系主要集中在NdFeB、SmFeC(N)和FePt合金上，制備技術主要有快淬、機械合金化和真空鍍薄法等，所制備的產品主要為粉末、薄帶、多層膜及塊狀磁體。特別是塊狀磁體的研發因其具有較好的可塑性、加工性、低成本以及較低的溫度系數、高磁性能等優點，廣泛用于電機磁瓦、計算機硬盤驅動器的音圈、手機的振動電機以及控制儀的陀螺組件等等，它對促進信息產業的集成化、小型化、輕量化、智能化的發展起著重要作用。

目前，塊體Nd₂Fe₁₄B/α-Fe系納米雙相永磁的制備方法主要為熔體直接快淬后晶化退火和粘結兩種方法。熔體快淬后晶化退火主要是能過高溫快淬技術直接制備出塊狀非晶合金，再通過晶化退火使其析出雙相納米復合相結構來形成納米永磁體。但是于由Nd₂Fe₁₄B和α-Fe兩相的晶化溫度相差較大，而且形成非晶區溫度范圍較窄，工藝過程難以控制。盡管日本專利No.2002-285301和No.3297676都曾公開了許多添加元素(如Al，Si，Cr，V，Mn，Ga，Zr，Nb，Mo，Ag，Hf，Ta，W，Pt，Au，Pb)到納米復合磁體，提高了非晶形成能力，特別是日本No.2002-175908公開了添加Ti明顯提高形成非晶區，降低兩軟硬磁雙相的共晶化溫度，但是實際制備的大塊合金樣品還存在Nd₂Fe₁₄B硬磁相和α-Fe軟磁相容易發生晶化不完全或部分晶粒異常長大成粗晶的現象，導致成品率及產品的磁性能都不理想等問題。

粘結法是目前納米雙相永磁材料已經獲得實際應用的方法，其制備過程是將納米晶釹鐵硼磁性粉末與2～5％的粘結劑混合，在一定壓力下進行磁場(1.2～2.0T)壓制(100～600MPa)成型，然后在150-180℃固化1～3小時，通過控制加工模具的形狀可以制造出多形狀多尺寸的粘結磁環、磁瓦片等，其用途十分廣泛。目前市場上采用粘結塊體是由美國MQI公司(Magnequench?Internaitonal)生產的MQ系列產品，但由于快淬磁粉的均勻一致性、樹脂的種類和添加量、壓制粉體的流性能等問題，從而使軟硬磁性相的晶粒相互接觸不好、分布不均而且致密度較低，無法滿足軟硬磁性相的理想模型所需要求，從而導致軟硬磁性相的交換耦合不夠充分，粘結塊體的磁性能偏低，矯頑力Hcj小于500kA/m，磁能積僅為70～90kJ/m³，約為理論計算值的十分之一，很難應用于硬盤驅動器(HDD)電機、小型電動機和傳感器等領域所需要。