[发明专利]一种NdFeB纳米双相复合永磁材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁材料，尤其是涉及一种NdFeB纳米双相复合永磁材料及制备方法。

背景技术

NdFeB纳米双相复合永磁材料是基于有高饱和磁化强度的软磁相和具有高磁晶各向异性场的稀士金属间化合物复合，硬磁相提供高矫顽力，软磁相提供高饱和磁化强度，从而得到的一种具有高性能的双相复合永磁材料。

与传统的永磁材料相比，NdFeB纳米双相复合永磁材料具有以下特点：(1)稀土含量低，目前已知的最佳性能永磁材料含至少25％的稀土金属，而双相纳米复合永磁材料则含有较少的稀土金属，因而原材料成本低；(2)纳米双相复合永磁材料具有较大的潜在最大磁能积值，理论值可达1000kJ/m³；(3)纳米双相复合永磁材料中，晶粒的大小与畴壁的厚度相近，硬磁相和软磁相晶粒之间存在强烈的交换耦合作用，具有较高的矫顽力；(4)由于稀土元素含量减少，具有较好的抗氧化性和耐腐蚀性；(5)含有较多的铁，能改善脆性和加工性；(6)具有较好的温度稳定性；(7)由于含有大量的软磁性相，当外加反向磁场强度不大时，只有软磁性相晶粒的磁化矢量磁化反转，其磁化过程几乎是可逆的。由此具有高的可逆磁化率，低的不可逆磁化率。

NdFeB纳米双相复合永磁材料具有极大的发展潜力，在国内外得到了广泛的研究。NdFeB纳米双相复合永磁材料的磁性能强烈依赖于其内部微结构，其内部微结构的理想模型为：晶粒尺寸为10～20nm，晶粒形状规则均匀和硬磁相晶粒理想取向等。虽然目前已研制了多种NdFeB纳米双相复合永磁材料，但是这些NdFeB纳米双相复合永磁材料的磁性能远小于理论值，究其原因在于现有的NdFeB纳米双相复合永磁材料的微结构与理想模型相差很远。

目前制备NdFeB纳米双相复合永磁材料的方法主要是熔体快淬法，该方法首先制备母合金铸锭，然后采用喷铸工艺快淬出非晶带材，最后通过退火处理来实现非晶带材的硬磁性能，得到NdFeB纳米双相复合永磁材料。由于晶粒的形核和生长对温度有很高的敏感性，因而在对非晶带材退火过程中，软磁相的结晶温度要远低于硬磁相的结晶温度，从而导致软磁相和硬磁相的不均匀形核长大，往往获得较大的晶粒尺寸，从而导致NdFeB纳米双相复合永磁材料耦合作用的减弱和磁性能的降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种NdFeB纳米双相复合永磁材料，该NdFeB纳米双相复合材料通过在原材料中添加选自Co、Nb、Ti、Zr和Cu元素中的至少一种元素或者多种元素，并控制这些元素的含量，由此改进NdFeB纳米双相复合永磁材料的内部微结构，使其内部微结构接近微结构理想模型，磁性能得到提升。

本发明解决上述技术问题之一所采用的技术方案为：一种NdFeB纳米双相复合永磁材料，其成分及含量用公式表示为Fe_aNd_bB_cM_d，其中，M为选自Co、Nb、Ti、Zr和Cu元素中的至少一种元素或者多种元素；a、b、c和d表示原子百分数，80≤a≤83，8≤b≤10，5≤c≤6.5，2≤d≤4，且a+b+c+d＝100。

Nd、Fe、B、Co、Nb、Ti、Zr和Cu元素的纯度均不低于99.9％(重量百分比)。

与现有技术相比，本发明的NdFeB纳米双相复合永磁材料优点在于通过在原材料中添加选自Co、Nb、Ti、Zr和Cu元素中的至少一种元素或者多种元素，并控制这些元素的含量，这些元素与其他原材料结合反应生成NdFeB纳米双相复合永磁材料，改进NdFeB纳米双相复合永磁材料的内部微结构，使其内部微结构接近微结构理想模型，磁性能得到提升；

当Nd、Fe、B、Co、Nb、Ti、Zr和Cu元素的纯度均不低于99.9％(重量百分比)时，在熔体快淬过程中，有利于抑制异质形核，控制晶粒快速长大，形成均匀细小的软磁相和硬磁相晶粒。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种NdFeB纳米双相复合永磁材料的制备方法，该NdFeB纳米双相复合材料的制备方法通过配置原材料，在原材料中添加特定含量范围的选自Co、Nb、Ti、Zr和Cu元素中的至少一种元素或者多种元素，同时控制母合金熔体喷射到铜轮上的速度来调整冷却速度，由此控制NdFeB纳米双相复合永磁材料的结晶速度，使制备的NdFeB纳米双相复合永磁材料的内部微结构得到改善，其内部微结构接近微结构理想模型，磁性能得到提升；本发明的制备方法不需要退火工艺处理，工艺简单且成本较低。