[发明专利]一种高磁能积纳米双相复合永磁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性功能材料领域，具体涉及一种高磁能积纳米双相复合永磁材料及其制备方法。

背景技术

纳米双相复合永磁材料，利用软磁相的高饱和磁化强度和硬磁相的高矫顽力来获得优异的永磁性能，是一种重要的功能材料。根据微磁学各向异性原理技术，如果硬磁相和软磁相之间能够产生充分的交换耦合作用，磁体就会保留硬磁体的高矫顽力，又保留软磁体的高饱和磁化强度，因而具有很高的磁能积。无论是从磁性能还是生产成本来看，纳米晶双相磁性材料都具有重要的应用前景。Nd₂Fe₁₄B/α-Fe系纳米双相稀土永磁材料的最大磁能积(BH)max的理论值为1000kJ/m³(约合126MGOe)，但只有当两相晶粒均处于纳米级尺寸且均匀分布时，才能产生强烈的铁磁性耦合。目前，期望获得该理想耦合的纳米双相复合永磁材料的制备工艺和技术，可以分成四大类。

第一类：采用熔体快淬法制备含稀土基铸锭、鳞片或薄带，再经过退火后晶化析出纳米尺度的软磁相或硬磁相，从而获得双相耦合的永磁材料；采用该技术制备的磁能积大都低于200kJ/m³。比如公开号如下的专利申请：CN101425355A，CN101844219A，US2004020569A1，JP20010144076，US2014010955A1等。

第二类：采用纳米或微米粉体材料进行均匀混合并成型。该类方法多采用(高温)球磨法将硬磁相和软磁相破碎成5μm以下的细粉，直接进行机械合金化，或者采用含Co或Fe的溶剂，通过电化学镀、化学反应等方法，将Fe或Co包裹或涂覆在纳米或微米尺度的硬磁相表面，再经过清洗干燥后，得到软硬磁相混合的粉体，再经过压力压制和高温烧结，最终获得软硬磁相混合的永磁材料；因此，人们通常采用热压变形、声化学、脉冲激光喷镀、电镀以及化学镀膜等方法在磁粉表面包覆软磁相来改善纳米复合磁体中两相分布的均匀性。比如公开号如下的专利申请：CN1889201A，CN101345108A，CN102000816A，CN102655050B，CN102751064B，JP2001319806A，JP19900248179等。

第三类：采用磁控溅射进行层层镀膜的方法获得软硬磁相耦合的永磁材料。这种方法是先将硬磁相和软磁相分别做成靶材，然后在基底上交替进行软硬磁相镀膜，并获得软磁和硬磁相层层交替堆垛的永磁材料。比如公开号如下的专利申请：CN1412791A，WO2006064937A1，WO2013/103132A1等。

第四类：采用晶粒塑性变形获得高性能永磁材料；这种方法通过铸造、大应变塑性变形技术与双重取向技术相结合的复合工艺，从而细化晶粒尺度，控制晶界结构与晶粒取向，从而制备晶粒细小、晶界相均匀分布、晶粒取向完整的高性能钕铁硼磁体，获得高矫顽力与高磁能积的良好匹配。比如公开号如下的专利申请：CN102436887，CN102623166B等。

目前现有的技术手段均存在着的一定的问题。对于快淬法，由于快淬冷却速度不均导致材料晶粒大小差异较大，进而影响了晶粒间的耦合作用使磁性能仍不太理想，目前获得的磁能积均在在200kJ/m³以下；采用粉体材料成型时，机械合金化法制备的超微细粉不能与空气接触，否则极易氧化自燃，工艺条件苛刻，现阶段仍无法进行批量生产且磁性能也没有得到较大的提高，因此还处在实验室研究阶段。采用化学镀方法获得的纳米复合磁体中含有大量非磁性粘接剂，而且很难致密化，因而严重影响材料的磁性能。同时，由于需要进行均匀化、干燥、分离和洗涤，工艺操作较为复杂。采用普通磁控溅射真空镀膜的方法制备，效率低、成本高，难以规模化生产；采用晶粒塑性变形获得高磁能积的方法，工艺复杂且要求严格，且从目前的技术效果来看，获得的复合纳米永磁材料的磁性能有待提高。

虽然很多科研和技术工作者对这四种方法进行了不断的改进，但纳米复合磁性材料的实际磁性能与理论磁性能之间仍然存在一定的差距。其核心问题就是无法满足软硬磁性相的理想模型，例如晶粒尺寸大于软硬磁相交换耦合的临界尺寸，而且软硬磁性相的晶粒相互接触不好，分布不均，晶粒尺寸不均匀，从而导致软硬磁性相之间的交换耦合不够充分。

基于上述方法的缺点与局限性，需要进一步降低制备工艺的复杂性，降低批量制备的成本，同时提高纳米复合磁体的磁性能，必须考虑一种工艺简单、重复性强、成本合理的制备方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种高磁能积纳米双相复合永磁材料及其制备方法。