[发明专利]一种应用高丰度稀土La生产的稀土永磁体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用高丰度稀土La生产的稀土永磁体及其制备方法。

背景技术

La在地壳中的储量在稀土元素中排第三，仅次于Ce和Nd，是一种高丰度稀土元素；同时，La与Sc、Y未处在同一周期，相邻的Ce一般以正四价稳定存在，与Pr、Nd等稀土元素间有Ce相隔，这些因素为La的分离提纯提供了便利；因此，La是一种低成本的高丰度稀土元素，现主要应用在石油硫化裂化催化剂、棱镜用光学玻璃、镍氢电池、打火石、抗弯镁合金等领域。

从永磁材料的应用来看，钕铁硼和铁氧体分别拥有永磁市场占有率的将近2/3和1/3；其中铁氧体产品的磁能积取值一般是小于38kJ/m³，钕铁硼的磁能积取值一般大于200kJ/m³（Coey,J.M.D.Permanent magnets:Plugging the gap.Scripta Materialia.2012,67,524-529）。而市场上钕铁硼产品应用领域也大致分为三类，第一类是高端领域，譬如核磁共振设备和音圈电机等；第二类是传统产业，例如扬声器和导磁体等；第三类则是相对低端的产品（Gutfleisch,O.,M.A.Willard,et al.Magnetic Materials and Devices for the 21st Century:Stronger,Lighter,and More Energy Efficient.Advanced Materials.2011,23,821-842）。

因此，考虑应用高丰度稀土La部分取代Nd来生产稀土永磁体，从La₂Fe₁₄B的内禀磁性能来看，它是能够填补当今永磁体在铁氧体和钕铁硼的中间产品缺失，亦有技术潜力来取代一部分低档到中低档的钕铁硼磁体。

RE₂Fe₁₄B化合物是内禀磁性能的决定因素，是磁体在实际应用中的基础保证。但是前人工作研究结果显示La的2:14:1相不容易形成，形成后也不像其他稀土元素的RE₂Fe₁₄B，可以在一个比较大的温区内稳定存在(Hadjipanayis,G. C.,Y. F.Tao,et al.FORMATION OF FE14LA2B PHASE IN AS-CAST AND MELT-SPUN SAMPLES.Applied Physics Letters.1985,47,757-758;Stadelmaier,H.H.,N.C.Liu,et al.Conditions of formation and magnetic properties of tetragonalFe14La2B.Materials Letters.1985,3,130-132)。La的原子半径和离子半径在镧系元素中属最大，形成2:14:1相后，La₂Fe₁₄B晶格常数a和c分别达到8.82埃和12.34埃，亦为镧系元素中最大，更大的晶格常数意味着氧更容易以固溶体的形式进入到La₂Fe₁₄B中，造成磁体的氧化（Herbst,J.F.R2FE14B MATERIALS:INTRINSIC-PROPERTIES AND TECHNOLOGICAL ASPECTS.Reviews ofModern Physics.1991,63,819-898）。富La相极易被氧化，造成烧结过程中的致密化不足，为提高致密度，需要提高烧结温度，但是却会导致主相晶粒的进一步长大，造成磁性能恶化(Tang,W.H.,S.Zhou,et al.PREPARATION AND MICROSTRUCTURE OF LA-CONTAINING R-FE-B PERMANENT-MAGNETS.Journal of Applied Physics.1989,65,3142-3145)。此外，从第一性原理的计算材料学分析结果来看，当La以部分添加的形式进入Nd-Fe-B磁体中时，在2:14:1相中的取代能为+0.41ev/atm，意味着镧元素更加倾向于从2:14:1相中析出，进入富钕晶界相(Liu,X.B.,Z.Altounian,et al.The partitioning of La and Y in Nd-Fe-B magnets:a first-principles study.Journal of Alloys and Compounds.2013,549,366-369)。