[发明专利]永磁快淬带的电磁凝固及热压纳米晶磁体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土永磁材料制造技术领域，特别是提供了一种永磁快淬带的电磁凝固及热压纳米晶磁体及其制备方法。

背景技术

在现有技术中（见图1），人们利用快淬带（也称为：速冷带）作为母合金，通过后续的磨粉、热压/热流变工艺制备高性能热压永磁材料，主要目的是改善母合金带的质量。现有快淬工艺，由于要求控制浇铸钢液的温度漂移在较窄范围，而实际操作中难以控制，致使快淬带边缘与中部厚薄不均，成分与结构不均匀，主相成分仍有可能偏离化学计量比。现有技术难以得到表面光滑、平整、成分均匀的快淬带，现有技术制备的快淬带，不能用于生产高性能热压/热流变磁体。

早在20世纪50年代，法国就开始对电磁场中的凝固现象进行了研究，并把电磁凝固技术应用在板材的连铸中，以图实现高速连铸，无缺陷连铸。目前，各国都注重发展电磁技术的应用研究，主要集中在各种有色金属合金制造中，如铝合金、低熔点的Pb-Sn合金、Fe-C合金及一些复合材料等方面。

电磁铸造分电磁模铸、电磁无模铸造和电磁连铸等．基本是通过电磁力对熔融金属液起抑制或搅拌作用。能细化晶粒．抑制枝状晶的生长。通过控制晶粒的大小和元素的分布达到改善材料性能的目的。但在以往的研究中，还没有将电磁凝固技术用于非晶、纳米晶或微晶永磁快淬带制备方面的报道，特别是像本发明这样，在快淬辊的两侧施加电磁场（见图2、3），通过调整电磁场的属性（直流或交流）和频率，对快淬带进行电磁力处理。

本发明给出的发明给出的纳米晶或微晶Nd-Fe-B永磁快淬带的电磁凝固技术，保证了高熔点、活泼金属的无污染熔炼，明显的减少了缩孔、夹杂等材料晶格缺陷，容易得到宏观上表面光滑、平整，微观上晶粒细小、组织致密、成分与结构均匀的速凝带。不同的电磁场产生的电磁力大小、形状、方向都不同，对凝固组织的影响也不同。直流磁场产生的直流磁束既可抑制液态金属中的自然对流，也可抑制固液界面处晶核的生长，从而有利于形成柱状晶组织，为发展单晶体提供了有利条件。交流磁场作用于熔融金属时，则产生定时改变方向和大小的体积力。该力可对正在凝固中的熔融金属实施搅拌，使凝固界面产生结晶的熔解、枝晶的折断与脱开，同时使结晶核移动呈活泼状态，并促使结晶组织等轴晶化。

等轴晶组织的形成机理是：合金快淬凝固过程为一快速对流传热传质的动态过程，在温度和成分高度均匀的生长环境下，枝晶机械断裂或熔断转变为新的晶核，在过冷度较大的情况下，晶核不易长大，具有优先生成细小的等轴晶倾向。电磁凝固技术制备的材料组织与常规金属模铸造的组织结构不同，其根本原因是各自的成型过程不同。常规铸造过程可看作是相对静止的，而电磁凝固快淬过程由于辊的旋转和磁场的作用，一直处于强烈的对流传热传质过程，温度场、溶质场、流速场无时不在变化。电磁凝固快淬过程是一个动态过程，在这种情况下，没有哪一个方向更占优势，因此也就决定了晶粒不会在某一方向上优先生长，整体趋于各向同性，最终形成等轴晶。

这里所述的合金快淬凝固、晶粒长大方式，是电磁凝固快淬过程中的一种趋势。但在感应圈中通入高频电流、并使液固界面始终处在反应圈中强磁场的位置，都会使液固界面沿垂直于辊面方向的温度梯度增大，从而增大了获得柱状晶的可能性。另一方面，快淬带实际上是在自由表面上结晶，不与任何容器接触，难以形成晶核，如提高合金纯度或增大垂直于辊面方向的温度梯度都会增大获得纵向柱状晶的生长倾向。

利用本发明给出的纳米晶或微晶Nd-Fe-B永磁快淬带的电磁凝固技术，可以制备高质量快淬带。喷嘴射出的合金液与水冷铜辊表面直接接触产生的强冷效果对凝固过程及凝固组织产生很大影响，从而明显提高了材料的力学性能，其压延性能大大提高，用于生产热压/热流变磁体，尤其是高性能热压/热流变磁体，减缓了磁体的开裂现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁快淬带的电磁凝固及热压纳米晶磁体及其制备方法，得到可以直接使用的高性能永磁原料。

本发明的永磁快淬带的电磁凝固及热压纳米晶磁体的合金化学方程式为 (Nd,R_轻,R_重)₂(Fe,T)₁₄B，其中，R_轻为Ce、La、Pr的组合，至少包括Ce 0-35%或La 0-10%、Pr 0-15%；R_轻的含量占总稀土含量的10%-40%；重稀土R_重为Dy、Tb的组合，至少包括Dy 0-9% 或Tb 0-6%；