[發明專利]一種混合稀土-鐵基永磁材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610522339.7
• 申請日: 2016-07-05
• 公開（公告）號: CN107578869B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 章明;沈保根;胡鳳霞;劉瑤;孫繼榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01F1/057
• 分類號: H01F1/057;H01F1/08
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

本發明提供一種混合稀土?鐵基永磁材料及其制備方法和應用。所述混合稀土?鐵基永磁材料由稀土提純中間產物制備，其主相具有R₂Fe₁₄B相結構，所述永磁材料中不含有CeFe₂相，化學通式為：MM_2+xFe_14?yB_z，其中，R是指稀土元素，MM是指混合稀土金屬，x的范圍是：0.0≤x≤1.0，y的范圍是：0.0≤y≤3.0，z的范圍是：1.0≤z≤1.3；所述稀土提純中間產物為稀土提純過程中從輕稀土礦中提取的含雜質的具有天然元素比例的混合稀土金屬合金；所述永磁材料的內稟矯頑力H_cj≥4kOe，剩磁B_r≥6kGs，最大磁能積(BH)_max≥5MGOe。本發明使用稀土分離過程中所得到的具有天然元素比的混合稀土金屬合金為原料，采用簡單的熔體快速淬火工藝技術，不僅降低了生產成本，還提高了混合稀土?鐵基永磁材料的綜合性能。

技術領域

本發明屬于磁性材料領域。具體地，本發明涉及一種混合稀土-鐵基永磁材料及其制備方法和應用。

背景技術

20世紀80年代初，日本和美國的研究人員分別研發出Nd-Fe-B三元合金，并使用快速淬火的方法制備出商用磁粉，成為第三代稀土永磁材料。這種材料的永磁性能主要來自于化學式為Nd₂Fe₁₄B的硬磁相。隨后的研究發現，少量富Nd晶界相的存在、少量Tb和Dy的添加以及細化晶粒等工藝均可有效地提高磁體的永磁性能。時至今日，釹鐵硼依然是性能最好的永磁材料。

隨著信息技術、自動化技術和新能源技術的發展，釹鐵硼永磁材料的生產量不斷增加，使金屬釹的使用量大幅提高。稀土礦多為伴生礦，在稀土金屬的生產過程中，需要先通過酸洗將稀土元素從礦石中萃取出來，再將這些稀土元素進行分離，在分離之前，稀土金屬按照礦石所規定的天然百分比以合金形式存在，稱為混合稀土金屬，下文的化學式中使用MM表示這種金屬。以包頭白云鄂博礦為例，其混合稀土中各稀土元素的含量為：La＝26～29wt％，Ce＝49～53wt％，Pr＝4～6wt％，Nd＝15～17wt％。混合稀土經過分離得到鑭鈰合金和鐠釹合金，再次分離得到純金屬鑭、鈰、鐠、釹等。稀土金屬價格高，除了礦藏稀少外，很大程度上是由于金屬分離和提純工藝復雜。金屬鐠釹的開采和使用造成了大量稀土金屬鑭和鈰的積壓。與此同時，稀土金屬的分離和提純過程也帶來了能源浪費和環境污染問題。

釹鐵硼永磁材料中金屬鐠釹占原材料成本的90％，而混合稀土的價格僅為金屬鐠釹的三分之一，相對低廉的價格促使人們開始研究混合稀土鐵硼永磁材料。相關研究主要集中在使用混合稀土金屬替代釹鐵硼中的鐠釹合金上。依據替代量的不同，可以將這些工作分為四類：

(一)微量替代。在這類研究中，通常只有不足5％的鐠釹合金被混合稀土所替代。這樣低的替代量并不能明顯降低磁體的生產成本，所以這類研究更加關注稀土雜質對磁體性能的影響。正如之前所述，稀土礦常為伴生礦，且分離和提純比較困難，簡單的提純所得到的產物中通常含有其它稀土雜質，所以有關這些雜質對磁體性能影響的研究有助于簡化稀土原材料的生產工藝和降低生產成本。

(二)少量替代。在使用混合稀土制備MM₂Fe₁₄B磁體的研究中，人們更為關心的是如何在不明顯降低磁體性能的前提下，盡量多地使用混合稀土金屬替代鐠釹合金。大量研究表明，當替代量低于20％時，即使使用傳統的制備工藝，獲得的磁體性能也沒有大幅度降低。

(三)大量替代。當替代量增加到50％左右時，磁體的原材料成本被大大降低了，但與此同時，磁體的永磁性能也有明顯的下降。但如果適當改進生產工藝，如使用雙主相法，也可以制備出性能較好的磁體。