[发明专利]一种超低剩磁温度系数稀土永磁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，尤其是涉及一种超低剩磁温度系数稀土永磁材料及其制备方法。

背景技术

烧结钕铁硼永磁材料自上世纪八十年代发明以来，得益于它的高性价比以及烧结钐钴磁体的制备工艺基础，迅速实现了产业化。烧结钕铁硼永磁体广泛应用于计算机工业、通讯产业、音响制品、医疗卫生工业等等。随着混合动力汽车和风力发电等环境友好型产业的不断推进，烧结钕铁硼磁体的市场需要量也不断的增加。高磁能积的烧结钕铁硼磁体可以促进产品向着轻、薄、小型化的方向发展，成为现代工业不可缺少的必需品。

自从Nd-Fe-B永磁材料产业化以来，人们的研究主要集中在提高磁能积和改善温度特性两个方面。到目前为止，在提高磁能积方面已取得了相当大的成功。磁能积的理论极限值为64MGOe，2006年实验室样品已达到59.6MGOe，工业产品已超过55MGOe。近年来，随着新能源汽车及轨道交通的飞速发展，越多越多的动力电机采用稀土永磁的设计，除了降低自身重量，还能达到降低能耗，减少碳排放的目的。在德、日、法等高铁大国，永磁同步传动系统已经应用到了高速动车组、地铁车辆、低地板车辆、单轨车以及机车调车等领域，大多完成了样机的开发和实际线路的考核，在某些场合正逐步进行小批量应用。但这种动力电机对磁体的温度稳定性提出了很高要求。从目前的应用来看，大部分轨道交通牵引电机在设计时采用了温度系数很低的烧结钐钴磁体。烧结钐钴由于其复杂的回火工艺导致成本较高，且产量较低，同时又易碎，磁能积不高。因此开发高矫顽力、低温度系数的烧结钕铁硼磁体是一个重要的方向。

为了提高烧结钕铁硼磁体的温度稳定性，使其在更高的温度下稳定工作，一般采用的方法有：1)添加Co代替Fe提高磁体的居里温度；2)添加Dy、Tb等重稀土元素提高内禀矫顽力；3)添加部分小元素优化晶界、细化晶粒，同时优化工艺获得比较好的微观组织结构。三种方案联合使用，一般来讲可以获得性能优异的烧结钕铁硼稀土永磁材料，在目前大部分烧结钕铁硼工厂都在使用，并且获得了不同牌号不同档次的烧结钕铁硼磁体。

早期，M.Sagawa等人的研究表明，使用Co代替Fe，可以提高其居里温度，从而提高磁体的温度稳定性。Matsuura,Mottram等人的研究结果表明，用Co每取代1at.％的Fe可使Nd-Fe-B磁体的居里温度升高10.9℃。但当时对于Co，Dy，Tb共同添加没有做更详细的研究。

目前在学术界和工业界，作为公知技术，以Co取代Nd₂Fe₁₄B相中部分的Fe是提高居里温度(Tc)最有效的方法。由于Tc升高，剩磁的温度系数α明显得到改善。为了得到耐高温的Nd-Fe-B磁体，Co是首选元素，但加Co的不利影响是降低了磁体的内禀矫顽力，这一方面是由于Co替代Fe后导致总的3d亚点阵各向异性场下降；另一方面是在于Nd(Fe,Co)₂软磁性相的形成。这种软磁相位于Nd₂(Fe,Co)₁₄B晶粒周围，与其它晶粒磁性联结，在反磁化过程中成为反磁畴的形核。

1986年李卫等首次报道了混合添加稀土元素Dy和Co降低烧结Nd-Fe-B磁体温度系数，磁体温度系数由－0.116％/℃(20-100℃)降低至－0.028％/℃(20-100℃)，在同一温度范围内低于当时烧结SmCo₅磁体的温度系数。

1988年，周寿增等人通过添加Dy、Co，调节Dy、Co的比例，对于Co含量为30at.％的合金，Dy含量为稀土总含量的40at.％时，可在获得温度系数20℃-120℃区间内温度系数为0的Nd-Dy-Fe-Co-B系合金。当对于Co含量为18at.％时，尽管大幅度提高Dy的使用量，也很难获得α＝0.00的合金。按照理论，每用1.0at.％Dy取代1.0at.％Nd，烧结NdFeB磁体的磁极化强度降低90mT。