一种晶界扩散材料、R-T-B磁体及其制备方法与流程

一种晶界扩散材料、r-t-b磁体及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种晶界扩散材料、r-t-b磁体及其制备方法。


背景技术：

2.钕铁硼磁体具有优异的磁性能，已被广泛应用于混合动力汽车、电机工程、电子信息领域等。目前，提高烧结钕铁磁体的方法主要有合金化、晶粒细化和晶界扩散。其中，晶界扩散方法是指通过溅射、气相沉积、电泳、涂覆等方法在磁体表面沉积一层重稀土粉末，通过热处理使磁体表面的重稀土元素扩散进入磁体内部，在主相晶粒边界层形成磁硬化壳层来提高矫顽力，这种方法只需使用少量的重稀土元素就能大幅度的提高矫顽力。但是现有技术中采用重稀土元素扩散来提高烧结体的矫顽力的程度一般只限于10koe或者更低，而且需要添加较多量的重稀土元素或者需要复杂的工艺。如何充分利用少量的重稀土元素来提高磁体的矫顽力是目前还未有效解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明主要是为了解决现有技术中存在的晶界扩散工艺添加重稀土元素对矫顽力的提升程度较低的缺陷，而提供了一种晶界扩散材料、r-t-b磁体及其制备方法。采用本发明的晶界扩散材料制备的r-t-b磁体相较于晶界扩散前的扩散基体，矫顽力和温度稳定性有显著的提升，且剩磁基本不变。
4.本发明主要是通过以下技术方案解决以上技术问题的。
5.本发明提供了一种r-t-b磁体的晶界扩散材料，其包括扩散基体和扩散源；
6.所述扩散基体包括以下组分：
7.r：28.5～33.5wt.％，r为稀土元素；
8.ga：0～0.5wt.％；
9.b：0.9～1.02wt.％；
10.fe：65～70wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散基体的总质量的百分比；
11.所述扩散源包括以下组分：
12.hr：0～70wt.％但不为0wt.％；所述hr为重稀土元素，所述hr包括dy和/或tb；
13.ga≥10wt.％；
14.cu：0～10wt.％；
15.co：0～10wt.％；
16.al：0～8wt.％；
17.fe：0～8wt.％；wt.％为各组分的质量与所述扩散源的总质量的百分比。
18.本发明中，本领域技术人员根据所述的晶界扩散材料可知，所述的扩散基体一般是指经烧结、时效或晶界扩散之后的磁体材料，或者是两种以上的混合物。本领域技术人员知晓，由于再次扩散之后的磁体材料一般提升程度有限，因此，所述的扩散基体一般是指经烧结和/或时效之后的磁体材料，例如烧结体。
19.本发明所述扩散基体中，所述r的含量较佳地为28～32wt.％，例如29wt.％、30wt.％或31wt.％。
20.本发明所述扩散基体中，所述r可为本领域常规，一般至少含有lr，lr为轻稀土元素，所述lr包括nd和/或pr。本领域技术人员知晓，所述稀土元素主要以nd和/或pr为主，即占所述稀土元素的至少三分之二。
21.当所述r包含nd时，所述nd的含量可为21～32wt.％，例如25wt.％、26wt.％或27wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比。
22.当所述r包含pr时，所述pr的含量可为4～32wt.％，例如6wt.％、15wt.％、20wt.％、25wt.％或31wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比。
23.本发明中，为了增加所述r-t-b磁体的磁性能一般会添加rh，rh为重稀土元素。
24.其中，所述rh可为本领域常规，例如包括dy和/或tb。
25.其中，所述rh的含量可为0～2wt.％但不为0wt.％，例如1wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比。
26.本发明所述扩散基体中，较佳地不含ga。
27.本发明所述扩散基体中，所述ga的含量较佳地为0.05～0.5wt.％，例如0.1wt.％或0.2wt.％。
28.本发明所述扩散基体中，所述b的含量较佳地为0.9～0.98wt.％，例如0.95wt.％。
29.本发明所述扩散基体中，所述fe的含量一般为余量。所述fe的含量可为65～69wt.％，例如66.98wt.％、69.32wt.％、65.55wt.％或67.75wt.％。
30.本发明所述扩散基体中，一般还包括本领域内常规的添加元素m，所述m例如包括al、co、cu、zr、ti和nb中的一种或多种。
31.其中，所述m的含量可为本领域常规，可为0～3wt.％但不为0wt.％，例如0.7wt.％、1.12wt.％、1.3wt.％或1.5wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比。
32.其中，当所述m包含al时，所述al的含量可为0～0.5wt.％但不为0wt.％，例如0.02wt.％或0.1wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比。
33.其中，当所述m包含co时，所述co的含量可为0～1wt.％但不为0wt.％，例如0.2wt.％、0.5wt.％或0.6wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比。
34.其中，当所述m包含cu时，所述cu的含量可为0～1wt.％但不为0wt.％，例如0.2wt.％、0.4wt.％或0.5wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比。
35.其中，当所述m包含zr时，所述zr的含量可为0～0.5wt.％但不为0wt.％，例如0.1wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比。
36.其中，当所述m包含ti时，所述ti的含量可为0～0.5wt.％但不为0wt.％，例如0.1wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比。
37.本发明一较佳实施例中，所述扩散基体由以下组分组成：nd 25wt.％、pr 6wt.％、fe 66.98wt.％、al 0.02wt.％、co 0.6wt.％、cu 0.4wt.％、zr 0.1wt.％和b 0.9wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散基体总质量的百分比。
38.本发明一较佳实施例中，所述扩散基体由以下组分组成：nd 27wt.％、dy 2wt.％、fe 69.32wt.％、co 0.2wt.％、cu 0.2wt.％、ga 0.2wt.％、ti 0.1wt.％和b 0.98wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散基体总质量的百分比。
39.本发明一较佳实施例中，所述扩散基体由以下组分组成：pr 31wt.％、dy 1wt.％、fe 65.55wt.％、co 0.5wt.％、cu 0.5wt.％、ga 0.5wt.％和b 0.95wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散基体总质量的百分比。
40.本发明一较佳实施例中，所述扩散基体由以下组分组成：nd 26wt.％、pr 4wt.％、fe 67.75wt.％、al 0.1wt.％、co 0.6wt.％、cu 0.4wt.％、ga 0.1wt.％、zr 0.1wt.％和b 0.95wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散基体总质量的百分比。
41.本发明中，本领域技术人员知晓，所述扩散源一般是指所述晶界扩散基体进行晶界扩散处理时添加的待扩散原料。
42.本发明所述扩散源中，所述rh的含量较佳地为50～70wt.％，例如55wt.％、60wt.％或65wt.％。所述扩散源中所述rh含量大于70wt.％，虽然矫顽力的提升程度与70wt.％相当，但是会导致成本增加，而且制备难度显著提升。
43.本发明中，所述扩散源中较佳地不含ho或gd。ho或gd由于元素自身的性质原因(磁晶各项异性场ha明显低于dy、tb)对hcj的提升效果明显低于dy和/或tb。
44.本发明所述扩散源中，所述ga的含量较佳地为10～40wt.％，例如20wt.％或30wt.％。
45.本发明所述扩散源中，所述cu的含量较佳地为0～1wt.％或者8～10wt.％，例如为0wt.％或10wt.％。
46.本发明所述扩散源中，所述co的含量较佳地为0～1wt.％或者8～10wt.％，例如为0wt.％或10wt.％。
47.本发明所述扩散源中，所述al的含量较佳地为0～1wt.％或者4～5wt.％，例如为0wt.％或5wt.％。
48.本发明所述扩散源中，所述fe的含量较佳地为0～1wt.％或者4～5wt.％，例如为0wt.％或5wt.％。
49.本发明一较佳实施例中，所述扩散源由以下组分组成：tb 70wt.％、cu 10wt.％、co 10wt.％和ga 10wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散源的总质量的百分比。
50.本发明一较佳实施例中，所述扩散源由以下组分组成：tb 65wt.％、co 10wt.％、ga 20wt.％和al 5wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散源的总质量的百分比。
51.本发明一较佳实施例中，所述扩散源由以下组分组成：dy 55wt.％、cu 10wt.％、ga 30wt.％和fe 5wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散源的总质量的百分比。
52.本发明一较佳实施例中，所述扩散源由以下组分组成：tb 70wt.％和ga 30wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散源的总质量的百分比。
53.本发明中，本领域技术人员知晓，重稀土元素过多的添加，会导致成本增加同时还可能会导致剩磁降低过多。因此，所述扩散源与所述扩散基体的质量比较佳地在2wt.％以下，优选0.3～1.5wt.％，例如0.3wt.％、0.4wt.％、0.8wt.％或1.2wt.％。
54.本发明还提供了一种r-t-b磁体的制备方法，其包括以下步骤：将所述扩散源扩散经晶界扩散处理扩散至所述扩散基体中即可。
55.本发明中，所述晶界扩散处理的温度可为本领域常规，较佳地为900℃以下，例如800～900℃。发明人实验中发现，所述晶界扩散处理的温度在900℃以下，实现的矫顽力的提升程度与在900℃以上是相当的(在本发明中800℃与950℃的晶界扩散温度得到的磁体
材料的矫顽力提升程度、剩磁改变程度以及温度稳定性变化程度是相当的)，可见本发明的晶界扩散材料不仅带来了矫顽力的显著提升，而且能耗低。
56.本发明中，所述晶界扩散处理的时间可为本领域常规，一般为8～12h，例如10h。
57.本发明中，为了使得所述扩散源能够通过所述晶界扩散处理扩散至所述扩散基体中，所述扩散源一般需要进行预处理。
58.其中，所述的预处理一般将所述扩散源与有机溶剂的混合浆料形成于所述扩散基体的表面。
59.所述扩散源一般为合金粉末的形式。所述的合金粉末一般为将所述扩散源中各组分高温熔融后制粉即可。
60.所述有机溶剂可为本领域常规，可为醇类溶剂，例如乙醇。
61.其中，所述的扩散源可通过本领域常规的方式形成于所述扩散基体的表面，一般为涂覆或喷涂。
62.其中，在经所述预处理之后的扩散源涂覆在所述扩散基体的表面形成的厚度可为100μm以下，例如10～50μm。本领域技术人员知晓，所述的厚度一般是指所述有机溶剂挥发完全之后的扩散基体的厚度。
63.本发明中所述扩散源在进行晶界扩散时，可无需添加抗氧化剂即能够实现本发明的优异效果。
64.本发明中，所述扩散基体可采用本领域常规的制备工艺制得，一般将所述扩散基体的混合物依次经熔炼、微粉碎、磁场成型和烧结处理即可。
65.其中，本领域技术人员知晓，所述扩散基体的原料组合物与最终制得的所述扩散基体中的组分基本一致，本领域技术人员按照所需的扩散基体的组分去配制原料即可，配制时需要考虑稀土的烧损即可。需要说明的是在制备过程中会存在误差范围内的变动。
66.其中，所述熔炼的温度较佳地在1500℃以下，例如1400～1500℃。
67.其中，所述熔炼的真空度较佳地为5
×
10-2
pa。
68.其中，所述熔炼之后一般还包括本领域内常规的铸造，所述铸造的环境如为惰性气氛，例如氩气。所述铸造的环境气压例如为5.5万帕。
69.所述铸造之后、所述微粉碎之前一般还进行急冷处理以获得急冷合金。
70.所述急冷处理的冷却速度例如为102℃/秒-104℃/秒。
71.其中，所述微粉碎可为本领域常规的破碎工艺，例如依次进行吸氢、脱氢和气流磨处理。
72.其中，所述磁场成型的磁场强度可为1.5～2t，例如1.6t。
73.其中，所述烧结可在真空条件下进行，例如在5
×
10-3
pa的真空条件下进行，烧结温度较佳地为1000～1100℃，例如1030℃或1040℃。所述烧结之前、所述磁场成型之后，较佳地还分别在300℃、600℃、800℃的温度下依次进行热处理。
74.其中，所述烧结处理的时间例如为2.5～5h，例如3h或4h。例如在1030℃下烧结3h，再在1040℃下烧结1h。
75.其中，所述烧结处理之后一般还进行冷却处理，所述冷却处理可为将烧结之后得到的磁体材料冷却至90～110℃，例如100℃；所述冷却处理的冷却速率可为10℃/分。
76.本发明中，所述烧结体的尺寸可根据实际需要进行裁剪。例如长度和宽度分别为
20mm，厚度为2mm，厚度方向为磁场方向。
77.本发明还提供了一种r-t-b磁体，其采用所述的制备方法制得。
78.本发明还提供了一种r-t-b磁体，其包括以下组分：
79.r：28.5～33.5wt.％，所述r为稀土元素，所述r包括hr，所述hr为重稀土元素，所述hr包括dy和/或tb；
80.ga：0.01～0.9wt.％；
81.cu：0～0.8wt.％；
82.co：0～0.8wt.％；
83.al：0～0.2wt.％；
84.b：0.9～1.02wt.％；
85.fe：65～70wt.％，wt.％为各组分的质量与所述r-t-b磁体的总质量的百分比；
86.所述r-t-b磁体中包括主相和晶界相，所述晶界相为二颗粒晶界相和晶界三角区；
87.所述晶界三角区中包括物相1和物相2；所述物相1中含有ga1和tb1，所述物相2中含有ga2和tb2；
88.ga1：x1mol％；
89.tb1：2mol％以下且不为0；
90.ga2：x2mol％；
91.tb2：2mol％以下且不为0；mol％为各组分与所述晶界相中所有组分的摩尔百分比；
92.所述x1mol％与所述x2mol％的差值绝对值在10mol％以上；
[0093]“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值在50％以上。
[0094]
本发明中，本领域技术人员知晓，所述晶界三角区一般是指三个主相晶粒之间的间隙。所述二颗粒晶界相一般是指两个主相晶粒之间的间隙。
[0095]
本发明中，所述物相1和所述物相2的测定方法可为本领域常规，一般是指所述r-t-b磁体的垂直取向面采用fe-epma检测得到。本领域技术人员根据所述的物相1或所述的物相2可知，所述物相1一般是由所述ga1和所述tb1聚集或结合形成，所述物相2一般是由所述ga2和所述tb2聚集或结合形成。
[0096]
本发明中，所述x1mol％与所述x2mol％的差值绝对值在10mol％以上，例如10.1mol％、11.85mol％、13.8mol％或14.34mol％。
[0097]
本发明所述物相1中，所述ga1的含量较佳地为10～20mol％，例如11.29mol％、16.12mol％、17.8mol％或18.35mol％。
[0098]
本发明所述物相1中，所述tb1的含量较佳地为0.1～1mol％，例如0.3mol％、0.35mol％、0.41mol％或0.5mol％。
[0099]
本发明所述物相2中，所述ga2的含量较佳地为1～5mol％，例如1.19mol％、4.01mol％、4mol％或4.27mol％。
[0100]
本发明所述物相2中，所述tb2的含量较佳地为0.1～1mol％，例如0.3mol％、0.31mol％或0.32mol％。
[0101]
本发明中，“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值较佳地为50～70％，例如52％、58％、61％或67％。
[0102]
本发明中，所述r的含量较佳地为28.5～32wt.％，例如29.88wt.％、30.02wt.％、30.6wt.％、30.61wt.％或31.64wt.％。
[0103]
本发明中，本领域技术人员知晓，所述r一般至少含有lr，lr为轻稀土元素，所述lr包括nd和/或pr。所述“nd和/或pr”的质量与所述稀土元素的总质量的比值较佳地在2/3以上。
[0104]
其中，所述lr的含量可为本领域常规，一般为21～32wt.％，例如27.5wt.％、29.73wt.％、30wt.％或30.4wt.％。
[0105]
其中，当所述lr含有nd时，所述nd的含量较佳地为21～32wt.％，例如24.6wt.％、25.92wt.％或27.5wt.％，wt.％为占所述r-t-b磁体的总质量的百分比。
[0106]
其中，当所述lr含有pr时，所述pr的含量较佳地为2～31wt.％，例如3.81wt.％、5.8wt.％或30.5wt.％。
[0107]
本发明中，所述hr的含量较佳地为0.2～3wt.％，例如0.21wt.％、0.29wt.％、1.64wt.％或2.38wt.％。
[0108]
本发明中，当所述hr含量dy时，所述dy的含量较佳地为1～2wt.％，例如1.64wt.％或1.85wt.％。
[0109]
本发明中，当所述hr含有tb时，所述tb的含量较佳地为0.2～1wt.％，例如0.21wt.％、0.29wt.％或0.53wt.％。
[0110]
本发明中，所述ga的含量较佳地为0.02～0.85wt.％，例如0.03wt.％、0.21wt.％、0.35wt.％或0.82wt.％。
[0111]
本发明中，所述cu的含量较佳地为0.1～0.7wt.％，例如0.2wt.％、0.4wt.％、0.43wt.％或0.61wt.％。
[0112]
本发明中，所述co的含量较佳地为0.2～0.7wt.％，例如0.28wt.％、0.5wt.％、0.6wt.％、0.62wt.％或0.63wt.％。
[0113]
本发明中，所述al的含量较佳地为0.01～0.15wt.％，例如0.03wt.％、0.05wt.％或0.12wt.％。
[0114]
本发明中，所述b的含量较佳地为0.9～1wt.％，例如0.91wt.％、0.95wt.％或0.98wt.％。
[0115]
本发明中，所述fe的含量较佳地为65～69wt.％，66.63wt.％、67.38wt.％、64.3wt.％或67.21wt.％。
[0116]
本发明中，所述r-t-b磁体中还可包括本领域内其他的常规添加元素，例如zr、ti和nb中的一种或多种。
[0117]
其中，当所述r-t-b磁体中包含zr，所述zr的含量较佳地为0～0.5wt.％但不为0wt.％，例如0.1wt.％。
[0118]
其中，当所述r-t-b磁体中包含ti，所述ti的含量较佳地为0～0.5wt.％但不为0wt.％，例如0.1wt.％。
[0119]
本发明一较佳实施例中，所述r-t-b磁体由以下组分组成：nd 24.6wt.％、pr 5.8wt.％、tb 0.2wt.％、fe 66.63wt.％、al 0.03wt.％、co 0.63wt.％、cu 0.43wt.％、ga 0.03wt.％、zr 0.1wt.％和b 0.9wt.％，wt.％为各组分的质量与所述r-t-b磁体的总质量的百分比；所述r-t-b磁体包括主相和晶界相，所述晶界相为二颗粒晶界相和晶界三角区，
所述晶界三角区包括物相1和物相2，所述物相1含有11.29mol％的ga和0.35mol％的tb，所述物相2中含有1.19mol％的ga和0.31mol％的tb，mol％为占所述晶界相中所有组分的摩尔百分比，“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值为52％。
[0120]
本发明一较佳实施例中，所述r-t-b磁体由以下组分组成：nd 27.5wt.％、dy 1.85wt.％、tb 0.53wt.％、fe 67.38wt.％、al 0.05wt.％、co 0.28wt.％、cu 0.2wt.％、ga 0.35wt.％、ti 0.1wt.％和b1wt.％，wt.％为各组分的质量与所述r-t-b磁体的总质量的百分比；所述r-t-b磁体包括主相和晶界相，所述晶界相为二颗粒晶界相和晶界三角区，所述晶界三角区包括物相1和物相2，所述物相1含有16.12mol％的ga和0.41mol％的tb，所述物相2中含有4.27mol％的ga和0.32mol％的tb，mol％为占所述晶界相中所有组分的摩尔百分比，“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值为61％。
[0121]
本发明一较佳实施例中，所述r-t-b磁体由以下组分组成：pr 30.5wt.％、dy 1.64wt.％、fe 64.3wt.％、co 0.5wt.％、cu 0.61wt.％、ga 0.82wt.％和b 0.95wt.％，wt.％为各组分的质量与所述r-t-b磁体的总质量的百分比；所述r-t-b磁体包括主相和晶界相，所述晶界相为二颗粒晶界相和晶界三角区，所述晶界三角区包括物相1和物相2，所述物相1含有18.35mol％的ga和0.3mol％的tb，所述物相2中含有4.01mol％的ga和0.32mol％的tb，mol％为占所述晶界相中所有组分的摩尔百分比，“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值为67％。
[0122]
本发明一较佳实施例中，所述r-t-b磁体由以下组分组成：nd 25.92wt.％、pr 3.81wt.％、tb 0.29wt.％、fe 67.21wt.％、al 0.12wt.％、co 0.6wt.％、cu 0.4wt.％、ga 0.21wt.％、zr 0.1wt.％和b 0.95wt.％，wt.％为各组分的质量与所述r-t-b磁体的总质量的百分比；所述r-t-b磁体包括主相和晶界相，所述晶界相为二颗粒晶界相和晶界三角区，所述晶界三角区包括物相1和物相2，所述物相1含有17.8mol％的ga和0.5mol％的tb，所述物相2中含有4mol％的ga和0.3mol％的tb，mol％为占所述晶界相中所有组分的摩尔百分比，“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值为58％。
[0123]
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
[0124]
本发明所用试剂和原料均市售可得。
[0125]
本发明的积极进步效果在于：本发明中特定含量ga和重稀土元素的扩散源并控制所述扩散源中cu、co和al的含量，配合特定组分的扩散基体，通过所述的晶界扩散之后，扩散源中的ga优先占据晶界三角区，形成含ga物相，这种物相和tb结合极少，使tb更多地进入晶粒外壳层或是向内扩散，进而显著提高了扩散效果，使得矫顽力有显著的提升同时还维持较高的剩磁和温度稳定性。
附图说明
[0126]
图1为实施例1的r-t-b磁体的微观结构。
具体实施方式
[0127]
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商
品说明书选择。
[0128]
实施例1
[0129]
(1)烧结体(扩散基体)的制备
[0130]
①
熔炼铸造：按照表1的配方将烧结体中所需的各组分原材料混合，在高频真空感应炉中在5
×
10-2
pa的真空中以1500℃以下的温度进行真空熔炼。在真空熔炼后的熔炼炉中通入ar气体使气压达到5.5万帕后，进行铸造，并以102℃/秒-104℃/秒的冷却速度获得急冷合金。
[0131]
②
微粉碎：在室温下将放置急冷合金的氢破用炉抽真空，然后向氢破用炉内通入纯度为99.9％的氢气，维持氢气压力0.1mpa；充分吸氢后，边抽真空边升温，充分脱氢；然后进行冷却，取出氢破粉碎后的粉末。
[0132]
在氧化气体含量150ppm以下的氮气气氛下，在粉碎室压力为0.38mpa的条件下对氢破粉碎后的粉末进行3h的气流磨粉碎，得到细粉。氧化气体指的是氧或水分。
[0133]
在气流磨粉碎后的粉末中添加硬脂酸锌，硬脂酸锌的添加量为混合后粉末重量的0.12％，再用v型混料机充分混合。
[0134]
③
成型：用直角取向型的磁场成型机，在1.6t的取向磁场中，以及在0.35ton/cm2的成型压力下，将上述添加了硬脂酸锌的粉末一次成型为边长25mm的立方体，一次成型后在0.2t的磁场中退磁。
[0135]
④
烧结：将各成型体搬至烧结炉进行烧结，烧结在5
×
10-3
pa的真空下以及分别在300℃、600℃、800℃的温度下各保持1h后，以1030℃的温度烧结3h，再以1040℃的温度烧结1h，之后通入ar气体使气压达到0.1mpa后，以10℃/分的冷却速度冷却至100℃。
[0136]
(2)r-t-b磁体的制备
[0137]
将上述制得的烧结体加工成长宽20mm、厚度2mm的磁铁，厚度方向为磁场取向方向，表面洁净化后备用；按照如下表2中的配方将扩散源配制成合金粉末并制备成浆料涂覆在扩散基体的表面，涂覆的厚度在100μm以下，且无需添加抗氧化剂。合金粉末为将扩散源中各组分共同高温熔融后制粉后，使用乙醇作为溶剂喷涂于扩散基体的表面，之后将该磁体在800～900℃下进行晶界扩散处理，晶界扩散处理的时间为10h。
[0138]
实施例2～4和对比例1～4的扩散基体和扩散源的配方如下表1和表2所示，制备工艺同实施例1，实施例2～4和对比例1～4中扩散源在扩散基体上的涂覆厚度在100μm以下。
[0139]
表1扩散基体(单位wt.％，各组分质量与扩散基体总质量的百分比)
[0140] ndprdytbfealcocugazrtib实施例1256//66.980.020.60.4/0.1/0.9实施例227/2/69.32/0.20.20.2/0.10.98实施例3/311/65.55/0.50.50.5//0.95实施例4264//67.750.10.60.40.10.1/0.95对比例1256//66.380.020.60.40.60.1/0.9对比例2256//66.930.020.60.40.10.1/0.85对比例3264//67.750.10.60.40.10.1/0.95对比例4264//67.750.10.60.40.10.1/0.95
[0141]
表2扩散源(单位wt.％，各组分质量与扩散源总质量的百分比)
[0142] tbdycucogafeal扩散源与扩散基体的质量比实施例170/101010//0.3％实施例265//1020/50.8％实施例3/5510/305/1.2％实施例470///30//0.4％对比例170/101010//0.3％对比例270/101010//0.3％对比例370/101055/0.4％对比例470/5510/100.4％
[0143]
效果实施例1
[0144]
1、r-t-b磁体的成分测定
[0145]
使用高频电感耦合等离子体发射光谱仪(icp-oes)进行测定。测试结果如下表3所示。
[0146]
表3(单位wt.％，为各元素的质量与r-t-b磁体总质量的百分比)
[0147][0148][0149]
2、磁性能检测
[0150]
实施例和对比例中的烧结体和r-t-b磁体，使用pfm脉冲式退磁曲线测试设备测试磁性能。测试结果如下表4所示。δhcj是指制得的r-t-b磁体的矫顽力减去相应的扩散前烧结体的矫顽力得到的值。测试温度为20℃。
[0151]
表4
[0152][0153]
3、微观结构表征
[0154]
对实施例1-4和对比例1-4中的r-t-b磁体的垂直取向面进行抛光，采用场发射电子探针显微分析仪(fe-epma)(日本电子株式会社(jeol)，8530f)检测。发现在距离扩散面(是指r-t-b磁体的制备中，扩散基体上涂覆扩散源的表面)的深度0～300μm均可观察到含ga和tb的物相。通过fe-epma单点定量分析确定r-t-b磁体中晶界处tb、ga元素的含量，测试条件为加速电压15kv，探针束流50na。测试结果如下表5所示。
[0155]
如图1显示了实施例1中r-t-b磁体的微观结构和三角晶界区的晶界成分，图中点6为低ga相，点7为高ga相。ga占据三角晶界区，形成较多高ga相，高ga相和低ga相具有10mol％以上的浓度差，且tb含量低，同时将观测二颗粒晶界相中仅含有较少的ga。经进一步研究推测，该物相在晶界三角区可降低晶界相的熔点，具有较好的润湿性，使得晶界均匀、连续。同时，高ga相和低ga相对tb存在排异现象，tb含量极低，一般不超过2mol％，可减少tb元素在晶界处的消耗，使其沿晶界扩散深度更大，更有效被利用。
[0156]
表5
[0157][0158]
注：mol％为占晶界相中所有元素总摩尔量的比值；
[0159]
物相1和物相2位于晶界三角区，物相1+物相2的面积占比是指物相1和物相2的总面积与晶界相总面积的比值。
[0160]
根据上述表1-3的配方、表4的磁性能数据以及表5的微观结构数据可知，本发明通过特定的扩散基体和扩散源的配合，经晶界扩散处理之后，矫顽力相较于扩散基体提升了10koe以上，同时重稀土使用量也较少，进一步地，晶界扩散处理的温度低，实现了能耗低、材料成本低的前提下，还使得矫顽力有显著的提升且剩磁基本不变，同时温度稳定性还得到明显提升。
[0161]
本发明的实现是研发人员经过多次试验意外获得，在研发的过程中经过了多次失败的实验，例如在制备扩散基体时，ga的含量过高、b的含量过低或过高，在制备扩散源时，ga的含量过低、未控制其他元素的含量(cu、co、fe和al)在经晶界扩散处理时，均未能够实现矫顽力的显著提升。

技术特征：
1.一种r-t-b磁体的晶界扩散材料，其特征在于，其包括扩散基体和扩散源；所述扩散基体包括以下组分：r：28.5～33.5wt.％，r为稀土元素；ga：0～0.5wt.％；b：0.9～1.02wt.％；fe：65～70wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散基体的总质量的百分比；所述扩散源包括以下组分：hr：0～70wt.％但不为0wt.％；所述hr为重稀土元素，所述hr包括dy和/或tb；ga≥10wt.％；cu：0～10wt.％；co：0～10wt.％；al：0～8wt.％；fe：0～8wt.％；wt.％为各组分的质量与所述扩散源的总质量的百分比。2.如权利要求1所述的r-t-b磁体的晶界扩散材料，其特征在于，所述扩散基体为烧结体；和/或，所述扩散基体中，所述r的含量为28～32wt.％，例如29wt.％、30wt.％或31wt.％；和/或，所述扩散基体中，所述r至少含有lr，lr为轻稀土元素，所述lr较佳地包括nd和/或pr，且所述“nd和/或pr”的质量与所述稀土元素的总质量的比值为2/3以上；当所述r包含nd时，所述nd的含量较佳地为21～32wt.％，例如25wt.％、26wt.％或27wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比；当所述r包含pr时，所述pr的含量较佳地为4～32wt.％，例如6wt.％、15wt.％、20wt.％、25wt.％或31wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比；和/或，所述r中还包括rh，rh为重稀土元素；其中，所述rh较佳地包括dy和/或tb；其中，所述rh的含量较佳地为0～2wt.％但不为0wt.％，例如1wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比；和/或，所述扩散基体中，所述ga的含量为0.05～0.5wt.％，例如0.1wt.％或0.2wt.％；或者，所述扩散基体中不含ga；和/或，所述扩散基体中，所述b的含量为0.9～0.98wt.％，例如0.95wt.％；和/或，所述扩散基体中，所述fe的含量为65～69wt.％，例如66.98wt.％、69.32wt.％、65.55wt.％或67.75wt.％；和/或，所述扩散基体中还包括m，所述m包括al、co、cu、zr、ti和nb中的一种或多种；其中，所述m的含量较佳地为0～3wt.％但不为0wt.％，例如0.7wt.％、1.12wt.％、1.3wt.％或1.5wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比；其中，当所述m包含al时，所述al的含量较佳地为0～0.5wt.％但不为0wt.％，例如0.02wt.％或0.1wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比；其中，当所述m包含co时，所述co的含量较佳地为0～1wt.％但不为0wt.％，例如0.2wt.％、0.5wt.％或0.6wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比；
其中，当所述m包含cu时，所述cu的含量较佳地为0～1wt.％但不为0wt.％，例如0.2wt.％、0.4wt.％或0.5wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比；其中，当所述m包含zr时，所述zr的含量较佳地为0～0.5wt.％但不为0wt.％，例如0.1wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比；其中，当所述m包含ti时，所述ti的含量较佳地为0～0.5wt.％但不为0wt.％，例如0.1wt.％，wt.％为占所述扩散基体的总质量的百分比。3.如权利要求1或2所述的r-t-b磁体的晶界扩散材料，其特征在于，所述扩散源中，所述rh的含量为50～70wt.％，例如55wt.％、60wt.％或65wt.％；和/或，所述扩散源中不含ho或gd；和/或，所述扩散源中所述ga的含量为10～40wt.％，例如20wt.％或30wt.％；和/或，所述扩散源中所述cu的含量为0～1wt.％或者8～10wt.％，例如为0wt.％或10wt.％；和/或，所述扩散源中所述co的含量为0～1wt.％或者8～10wt.％，例如为0wt.％或10wt.％；和/或，所述扩散源中所述al的含量为0～1wt.％或者4～5wt.％，例如为0wt.％或5wt.％；和/或，所述扩散源中所述fe的含量为0～1wt.％或者4～5wt.％，例如为0wt.％或5wt.％；和/或，所述扩散源与所述扩散基体的质量比在2wt.％以下，优选0.3～1.5wt.％，例如0.3wt.％、0.4wt.％、0.8wt.％或1.2wt.％。4.如权利要求1所述的r-t-b磁体的晶界扩散材料，其特征在于，所述扩散基体由以下组分组成：nd 25wt.％、pr 6wt.％、fe 66.98wt.％、al 0.02wt.％、co 0.6wt.％、cu 0.4wt.％、zr 0.1wt.％和b 0.9wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散基体总质量的百分比；或者，所述扩散基体由以下组分组成：nd 27wt.％、dy 2wt.％、fe 69.32wt.％、co 0.2wt.％、cu 0.2wt.％、ga 0.2wt.％、ti 0.1wt.％和b 0.98wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散基体总质量的百分比；或者，所述扩散基体由以下组分组成：pr 31wt.％、dy 1wt.％、fe 65.55wt.％、co 0.5wt.％、cu 0.5wt.％、ga 0.5wt.％和b 0.95wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散基体总质量的百分比；或者，所述扩散基体由以下组分组成：nd 26wt.％、pr 4wt.％、fe 67.75wt.％、al 0.1wt.％、co 0.6wt.％、cu 0.4wt.％、ga 0.1wt.％、zr 0.1wt.％和b 0.95wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散基体总质量的百分比；和/或，所述扩散源由以下组分组成tb 70wt.％、cu 10wt.％、co 10wt.％和ga 10wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散源的总质量的百分比；或者，所述扩散源由以下组分组成：tb 65wt.％、co 10wt.％、ga 20wt.％和al 5wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散源的总质量的百分比；或者，所述扩散源由以下组分组成：dy 55wt.％、cu 10wt.％、ga 30wt.％和fe 5wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散源的总质量的百分比；
或者，所述扩散源由以下组分组成：tb 70wt.％和ga 30wt.％，wt.％为各组分的质量与所述扩散源的总质量的百分比。5.一种r-t-b磁体的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将如权利要求1～4中任一项所述扩散源经晶界扩散处理扩散至如权利要求1～4中任一项所述扩散基体中即可。6.如权利要求5所述的r-t-b磁体的制备方法，其特征在于，所述晶界扩散处理的温度在900℃以下，较佳地为800～900℃；和/或，所述扩散源在进行所述晶界扩散处理之前还进行预处理，所述预处理为将所述扩散源与有机溶剂的混合浆料形成于所述扩散基体的表面；其中，所述扩散源较佳地为合金粉末的形式；其中，所述有机溶剂较佳地为醇类溶剂，例如乙醇；和/或，所述扩散基体的制备方法包括以下步骤：将所述扩散基体中各组分的混合物依次经熔炼、微粉碎、磁场成型和烧结处理即可；其中，所述熔炼的温度较佳地为1500℃以下，例如1400～1500℃；其中，所述熔炼的真空度较佳地为5
×
10-2
pa；其中，所述微粉碎较佳地依次进行吸氢、脱氢和气流磨处理；其中，所述磁场成型的磁场强度为1.5～2t，例如1.6t；其中，所述烧结的温度较佳地为1000～1100℃，例如1030℃或1040℃；所述烧结的时间例如为2.5～5h，例如3h或4h；所述烧结具体例如在1030℃下烧结3h，再在1040℃下烧结1h；所述烧结之前、所述磁场成型之后，较佳地还分别在300℃、600℃、800℃的温度下依次进行热处理。7.一种如权利要求5或6所述的r-t-b磁体的制备方法制得的r-t-b磁体。8.一种r-t-b磁体，其特征在于，其包括以下组分：r：28.5～33.5wt.％，所述r为稀土元素，所述r包括hr，所述hr为重稀土元素，所述hr包括dy和/或tb；ga：0.01～0.9wt.％；cu：0～0.8wt.％；co：0～0.8wt.％；al：0～0.2wt.％；b：0.9～1.02wt.％；fe：65～70wt.％，百分比为各组分的质量与所述r-t-b磁体的总质量的百分比；所述r-t-b磁体包括主相和晶界相，所述晶界相为二颗粒晶界相和晶界三角区；所述晶界三角区包括物相1和物相2；所述物相1中含有ga1和tb1，所述物相2中含有ga2和tb2；其中：ga1：x1mol％；tb1：2mol％以下且不为0；ga2：x2mol％；tb2：2mol％以下且不为0；mol％为各组分与所述晶界相中所有组分的摩尔百分比；所述x1mol％与所述x2mol％的差值绝对值在10mol％以上；“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值在50％以上。9.如权利要求8所述的r-t-b磁体，其特征在于，所述x1mol％与所述x2mol％的差值绝对
0.43wt.％、ga 0.03wt.％、zr 0.1wt.％和b 0.9wt.％，wt.％为各组分的质量与所述r-t-b磁体的总质量的百分比；所述r-t-b磁体包括主相和晶界相，所述晶界相为二颗粒晶界相和晶界三角区，所述晶界三角区包括物相1和物相2，所述物相1含有11.29mol％的ga和0.35mol％的tb，所述物相2中含有1.19mol％的ga和0.31mol％的tb，mol％为占所述晶界相中所有组分的摩尔百分比，“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值为52％；或者，所述r-t-b磁体由以下组分组成：nd 27.5wt.％、dy 1.85wt.％、tb 0.53wt.％、fe 67.38wt.％、al 0.05wt.％、co 0.28wt.％、cu 0.2wt.％、ga 0.35wt.％、ti 0.1wt.％和b1wt.％，wt.％为各组分的质量与所述r-t-b磁体的总质量的百分比；所述r-t-b磁体包括主相和晶界相，所述晶界相为二颗粒晶界相和晶界三角区，所述晶界三角区包括物相1和物相2，所述物相1含有16.12mol％的ga和0.41mol％的tb，所述物相2中含有4.27mol％的ga和0.32mol％的tb，mol％为占所述晶界相中所有组分的摩尔百分比，“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值为61％；或者，所述r-t-b磁体由以下组分组成：nd/wt.％、pr 30.5wt.％、dy 1.64wt.％、fe 64.3wt.％、co 0.5wt.％、cu 0.61wt.％、ga 0.82wt.％和b 0.95wt.％，wt.％为各组分的质量与所述r-t-b磁体的总质量的百分比；所述r-t-b磁体包括主相和晶界相，所述晶界相为二颗粒晶界相和晶界三角区，所述晶界三角区包括物相1和物相2，所述物相1含有18.35mol％的ga和0.3mol％的tb，所述物相2中含有4.01mol％的ga和0.32mol％的tb，mol％为占所述晶界相中所有组分的摩尔百分比，“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值为67％；或者，所述r-t-b磁体由以下组分组成：nd 25.92wt.％、pr 3.81wt.％、tb 0.29wt.％、fe 67.21wt.％、al 0.12wt.％、co 0.6wt.％、cu 0.4wt.％、ga 0.21wt.％、zr 0.1wt.％和b 0.95wt.％，wt.％为各组分的质量与所述r-t-b磁体的总质量的百分比；所述r-t-b磁体包括主相和晶界相，所述晶界相为二颗粒晶界相和晶界三角区，所述晶界三角区包括物相1和物相2，所述物相1含有17.8mol％的ga和0.5mol％的tb，所述物相2中含有4mol％的ga和0.3mol％的tb，mol％为占所述晶界相中所有组分的摩尔百分比，“所述物相1和所述物相2”的总面积与所述晶界相的总面积的比值为58％。

技术总结
本发明公开了一种晶界扩散材料、R-T-B磁体及其制备方法。该晶界扩散材料包括扩散基体和扩散源；扩散基体包括以下组分：R：28.5～33.5wt.％，R为稀土元素；Ga：0～0.5wt.％；B：0.9～1.02wt.％；Fe：65～70wt.％；扩散源包括以下组分：HR：0～70wt.％但不为0wt.％；所述HR为重稀土元素，所述HR包括Dy和/或Tb；Ga≥10wt.％；Cu：0～10wt.％；Co：0～10wt.％；Al：0～8wt.％；Fe：0～8wt.％。采用本发明的晶界扩散材料制备的R-T-B磁体相较于晶界扩散前的扩散基体，矫顽力和温度稳定性有显著的提升，且剩磁基本不变。剩磁基本不变。剩磁基本不变。


技术研发人员：廖宗博 谢菊华 王若澍 黄佳莹
受保护的技术使用者：福建省长汀金龙稀土有限公司
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2023/7/11