一种烧结铈钆钇铁硼永磁体及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及永磁体技术领域，具体涉及一种烧结铈钆钇铁硼永磁体及其制备方法和应用。

背景技术

现有烧结含铈永磁体的生产工序通常包括铸片、氢破碎、气流磨制粉、取向成型、等静压、烧结和回火处理，其中，铸片工序通常是采用镨钕金属及其他金属作为原材料制备速凝片，这样会消耗大量的高价位镨钕金属。而且，气流磨工序会产生气流磨底料，通常永磁体的生产厂家会选择直接报废，但这些气流磨底料中会含有一部分的稀土成分，直接报废会造成部分稀土的浪费。

在市场环境严峻、稀土资源紧缺与资金压力窘迫的形势下，开发低成本烧结铈永磁体的制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烧结铈钆钇铁硼永磁体及其制备方法和应用，采用本发明提供的方法制备烧结铈钆钇铁硼永磁体，能够应用于电动自行车或风力发电电机，使稀土资源得到综合利用，生产成本低。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种烧结铈钆钇铁硼永磁体的制备方法，包括以下步骤：

提供氢破碎原料，所述氢破碎原料为废旧烧结铈铁硼磁体、钆与钇的混合物；

将所述氢破碎原料进行氢破碎，得到铈钆钇铁硼粗粉；

将所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉，得到铈钆钇铁硼细粉；

将所述铈钆钇铁硼细粉与气流磨底料以及润滑剂混合，得到混合细粉物料；所述气流磨底料为对所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉过程中产生的底料或磁能积大于45MGOe的磁体在生产过程中气流磨制粉工序产生的底料；

将所述混合细粉物料依次进行取向成型、烧结和回火处理，得到烧结铈钆钇铁硼永磁体。

优选地，按质量分数计，所述废旧烧结铈铁硼磁体的组成包括：M20.2％～22.2％，Ce7％～9％，Gd1％～2％，Dy0.3％～0.7％，Zr0.1％～0.2％，Ti0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，Ga0.1％～0.3％，B0.93％～0.96％，余量的Fe；所述M为Pr和Nd；

所述废旧烧结铈铁硼磁体、钆与钇的质量比为(85～93)：(5～10)：(2～5)。

优选地，所述氢破碎包括依次进行的吸氢处理和脱氢处理；所述吸氢处理的温度为270℃～300℃，保温时间为30min～60min；所述脱氢处理的温度为500℃～620℃，保温时间为4h～6h。

优选地，所述气流磨制粉的研磨压力为5.9MPa～6.1MPa，出粉速度为270kg/h～320kg/h；所述铈钆钇铁硼细粉的平均粒径d50为5.0μm～5.5μm。

优选地，所述气流磨底料的质量不超过所述铈钆钇铁硼细粉质量的15％，所述润滑剂的质量为铈钆钇铁硼细粉与气流磨底料总质量的4‰～6‰。

优选地，所述取向成型在磁感应强度≥1.5T且成型压力为3MPa～5MPa的条件下进行；所述取向成型后所得生坯的密度为4.02g/cm

优选地，所述烧结的温度为1020℃～1045℃，保温时间为2h～4h，真空度<8×10

优选地，所述回火处理包括依次进行的第一回火处理和第二回火处理；所述第一回火处理的条件包括：真空度<8×10

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的烧结铈钆钇铁硼永磁体。

本发明提供了上述技术方案所述烧结铈钆钇铁硼永磁体在电动自行车或风力发电电机中的应用。

本发明提供了一种烧结铈钆钇铁硼永磁体的制备方法，包括以下步骤：提供氢破碎原料，所述氢破碎原料为废旧烧结铈铁硼磁体、钆与钇的混合物；将所述氢破碎原料进行氢破碎，得到铈钆钇铁硼粗粉；将所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉，得到铈钆钇铁硼细粉；将所述铈钆钇铁硼细粉与气流磨底料以及润滑剂混合，得到混合细粉物料；所述气流磨底料为对所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉过程中产生的底料或磁能积大于45MGOe的磁体在生产过程中气流磨制粉工序产生的底料；将所述混合细粉物料依次进行取向成型、烧结和回火处理，得到烧结铈钆钇铁硼永磁体。本发明采用废旧烧结铈铁硼磁体为基础原料，在此基础上添加钆与钇进行氢破碎，并在气流磨制粉后添加含有稀土元素的气流磨底料，能够修复已氧化的废旧烧结铈铁硼磁体中的富稀土相，将废弃的气流磨底料循环再利用，促进了轻重稀土资源的平衡利用，而且降低了稀土镨钕使用量，节约了生产成本，同时结合氢破碎工序、气流磨制粉工序、烧结工序优化调控富稀土相，最终能够制备得到磁性能13kGs剩磁、矫顽力17.5kOe的烧结铈钆钇铁硼永磁体，且产品稳定性好，能够满足电动自行车或风力发电电机市场的需求。

具体实施方式

本发明提供了一种烧结铈钆钇铁硼永磁体的制备方法，包括以下步骤：

提供氢破碎原料，所述氢破碎原料为废旧烧结铈铁硼磁体、钆与钇的混合物；

将所述氢破碎原料进行氢破碎，得到铈钆钇铁硼粗粉；

将所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉，得到铈钆钇铁硼细粉；

将所述铈钆钇铁硼细粉与气流磨底料以及润滑剂混合，得到混合细粉物料；所述气流磨底料为对所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉过程中产生的底料或磁能积大于45MGOe的磁体在生产过程中气流磨制粉工序产生的底料；

将所述混合细粉物料依次进行取向成型、烧结和回火处理，得到烧结铈钆钇铁硼永磁体。

本发明提供的方法通过引入钆、钇以及含有稀土元素的气流磨底料改善废旧烧结铈铁硼磁体中的富稀土相，结合氢破碎工序、气流磨制粉工序、烧结工序优化调控富稀土相，能够使稀土资源得到综合利用，从而实现低成本制备磁性能13kGs剩磁、矫顽力17.5kOe的烧结铈钆钇铁硼永磁体，提升了产品竞争力，且适宜批量化生产，可以满足电动自行车或风力发电电机市场的需求。下面对本发明提供的烧结铈钆钇铁硼永磁体的制备方法进行说明。

本发明提供氢破碎原料，所述氢破碎原料为废旧烧结铈铁硼磁体、钆与钇的混合物。在本发明中，按质量分数计，所述废旧烧结铈铁硼磁体的组成优选包括：M20.2％～22.2％，Ce7％～9％，Gd1％～2％，Dy0.3％～0.7％，Zr0.1％～0.2％，Ti0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，Ga0.1％～0.3％，B0.93％～0.96％；具体可以为M21.2％，Ce8％，Gd1％，Dy0.5％，Zr0.2％，Ti0.2％，Cu0.2％，Ga0.2％，B0.95％，余量的Fe；或者可以为M22.2％，Ce7％，Gd1.3％，Dy0.3％，Zr0.15％，Ti0.2％，Cu0.2％，Ga0.2％，B0.95％，余量的Fe；或者还可以为M20.2％，Ce9％，Gd1％，Dy0.7％，Zr0.15％，Ti0.15％，Cu0.2％，Ga0.2％，B0.95％，余量的Fe；或者也可以为M21.4％，Ce8.5％，Gd1.2％，Dy0.6％，Zr0.18％，Ti0.18％，Cu0.2％，Ga0.2％，B0.95％，余量的Fe。在本发明中，所述M为Pr和Nd，所述Pr和Nd的质量比优选为(4.4～5.1)：(15.1～17.8)，更优选为4.6：16.6、4.8：16.2、5.1：17.1、5.1：15.1或5.0：16.4。在本发明的实施例中，具体采用牌号为42H的废旧烧结铈铁硼磁体。在本发明中，所述钆具体为金属钆，所述钇具体为金属钇。在本发明中，所述废旧烧结铈铁硼磁体、钆与钇的质量比优选为(85～93)：(5～10)：(2～5)，更优选为90：5：5或89：6：5。本发明优选将废旧烧结铈铁硼磁体、钆与钇的质量比限定在上述范围，在充分发挥各元素性能的同时能够兼顾工艺可操作性。

得到氢破碎原料后，本发明将所述氢破碎原料进行氢破碎，得到铈钆钇铁硼粗粉。在本发明中，所述氢破碎优选包括依次进行的吸氢处理和脱氢处理；所述吸氢处理的温度优选为270℃～300℃，更优选为280℃～290℃，保温时间优选为30min～60min，更优选为40min～50min；所述脱氢处理的温度优选为500℃～620℃，更优选为520℃～550℃，进一步优选为530℃～540℃，保温时间优选为4～6h，更优选为4.5h～5h。所述脱氢处理后，本发明优选冷却至室温，得到铈钆钇铁硼粗粉。本发明对所述铈钆钇铁硼粗粉的粒度没有特殊限定。

得到铈钆钇铁硼粗粉后，本发明将所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉，得到铈钆钇铁硼细粉。在本发明中，所述气流磨制粉的研磨压力优选为5.9MPa～6.1MPa，更优选为6MPa；出粉速度优选为270kg/h～320kg/h，更优选为285kg/h～300kg/h；所述铈钆钇铁硼细粉的平均粒径d50优选为5.0μm～5.5μm，更优选为5.2μm～5.3μm。本发明将所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉时，无需添加防氧化剂。在本领域中制备烧结含铈永磁体的工艺中通常都包括气流磨制粉工序，该气流磨制粉工序中会产生气流磨底料，所述气流磨底料含有稀土成分，通常永磁体的生产厂家会选择直接报废，本发明利用上述对铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉过程中产生的底料或者磁能积大于45MGOe的磁体在生产过程中气流磨制粉工序产生的底料制备烧结铈钆钇铁硼永磁体，能够使稀土资源得到综合利用，降低烧结铈钆钇铁硼永磁体生产成本。

得到铈钆钇铁硼细粉后，本发明将所述铈钆钇铁硼细粉与气流磨底料以及润滑剂混合，得到混合细粉物料；所述气流磨底料为对所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉过程中产生的底料或磁能积大于45MGOe的磁体在生产过程中气流磨制粉工序产生的底料。在本发明中，所述气流磨底料具体可以为本发明中对所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉过程中产生的底料，也可以为磁能积大于45MGOe的磁体在生产过程中气流磨制粉工序产生的底料。本发明对所述磁能积大于45MGOe的磁体没有特殊限定，本领域技术人员熟知的磁能积大于45MGOe的磁体生产过程中气流磨制粉工序产生的底料均可。在本发明的实施例中，具体以磁能积为45.7MGOe的磁体生产过程中气流磨制粉工序所产生的底料作为气流磨底料，用于制备本申请所述烧结铈钆钇铁硼永磁体；具体的，所述磁能积为45.7MGOe的磁体的名义成分按质量百分比为：镨钕含量为29.7％(其中，Pr与Nd质量比为7.2：22.5)，Dy含量为0.7％，Zr含量为0.10％，Cu含量为0.2％，Ga含量为0.2％，B含量为0.91％，Al含量为0.25％，余量为Fe。在本发明中，所述气流磨底料的质量优选不超过所述铈钆钇铁硼细粉质量的15％，所述气流磨底料的质量优选为所述铈钆钇铁硼细粉质量的10～14％，更优选为11～12％；所述润滑剂的质量优选为铈钆钇铁硼细粉与气流磨底料总质量的4‰～6‰，更优选为5‰；所述润滑剂优选为脂类润滑剂。在本发明中，所述混合优选为搅拌混合，所述搅拌混合的时间优选为1.5h～2.5h，更优选为2h。

得到混合细粉物料后，本发明将所述混合细粉物料依次进行取向成型、烧结和回火处理，得到烧结铈钆钇铁硼永磁体。在本发明中，所述取向成型优选在磁感应强度≥1.5T且成型压力为3MPa～5MPa的条件下进行，所述磁感应强度进一步优选为1.6T～1.72T，更进一步优选为1.65T～1.68T，所述成型压力进一步优选为3.5MPa～4.5MPa，更进一步优选为4MPa～4.3MPa；所述取向成型后所得生坯的密度优选为4.02g/cm

所述取向成型后，本发明将所得生坯进行烧结，得到烧结物料。在本发明中，所述烧结的温度优选为1020℃～1045℃，更优选为1025℃～1043℃，进一步优选为1030℃～1040℃；保温时间优选为2h～4h，更优选为2.5h～3h。本发明优选自室温经第一升温速率升温至烧结所需温度，所述第一升温速率优选为2℃/min～4℃/min，更优选为2.5℃/min～3℃/min；在本发明的实施例中，所述室温具体为25℃。在本发明的实施例中，具体是在烧结炉中进行所述烧结。所述烧结后，本发明优选将经第一降温速率降温至40℃～60℃，得到烧结物料；所述第一降温速率优选为7℃/min～9℃/min，更优选为8℃/min～8.3℃/min。

得到烧结物料后，本发明将所述烧结物料进行回火处理，得到烧结铈钆钇铁硼永磁体。在本发明中，所述回火处理优选包括依次进行的第一回火处理和第二回火处理；所述第一回火处理的条件包括：真空度优选<8×10

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的烧结铈钆钇铁硼永磁体。

本发明提供了上述技术方案所述烧结铈钆钇铁硼永磁体在电动自行车或风力发电电机中的应用。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例中采用牌号为42H的废旧烧结铈铁硼磁体，经检测其成分按质量百分比为：镨钕含量为21.2％(其中，Pr与Nd质量比为4.8：16.2)，Ce含量为8％，Gd含量为1％，Dy含量为0.5％，Zr含量为0.2％，Ti含量为0.2％，Cu含量为0.2％，Ga含量为0.2％，B含量为0.95％，余量为Fe。

将所述废旧烧结铈铁硼磁体与金属钆以及金属钇按质量比为90：5：5的比例混合后进行氢破碎，具体是在300℃保温进行吸氢处理50min，然后在520℃保温进行脱氢处理4.5h，之后冷却至室温(25℃)，得到铈钆钇铁硼粗粉；

将所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉，所述气流磨制粉过程中研磨压力为6MPa，且不添加防氧化剂，出粉速度为300kg/h，得到平均粒径d50为5.3μm的铈钆钇铁硼细粉，同时还得到气流磨底料；

将所述铈钆钇铁硼细粉、气流磨底料以及脂类润滑剂搅拌混合2h，得到混合细粉物料；其中，所述气流磨底料的质量为铈钆钇铁硼细粉质量的12％，所述脂类润滑剂的质量为铈钆钇铁硼细粉和气流磨底料总质量的5‰；

将所述混合细粉物料置于磁场压机中，在磁感应强度为1.65T且成型压力为4.3MPa的条件下进行取向成型，得到密度为4.1g/cm

将所述生坯置于烧结炉中，以2.8℃/min速率自室温升温至1040℃，保温进行烧结3h，得到烧结物料；然后以8℃/min速率降温至45℃，再以6℃/min速率升温至630℃，并控制真空度为6×10

按照实施例1的方法重复制备3个烧结铈钆钇铁硼永磁体样品，并将其在20℃进行

表1实施例1中3个烧结铈钆钇铁硼永磁体样品的性能测试结果

实施例2

本实施例中采用牌号为42H的废旧烧结铈铁硼磁体，经检测其成分按质量百分比为：镨钕含量为22.2％(其中，Pr与Nd质量比为5.1：17.1)，Ce含量为7％，Gd含量为1.3％，Dy含量为0.3％，Zr含量为0.15％，Ti含量为0.2％，Cu含量为0.2％，Ga含量为0.2％，B含量为0.95％，余量为Fe。

将所述废旧烧结铈铁硼磁体与金属钆以及金属钇按质量比为90：5：5的比例混合后进行氢破碎，具体是在290℃保温进行吸氢处理50min，然后在540℃保温进行脱氢处理4h，之后冷却至室温(25℃)，得到铈钆钇铁硼粗粉；

将所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉，所述气流磨制粉过程中研磨压力为6MPa，且不添加防氧化剂，出粉速度为285kg/h，得到平均粒径d50为5.0μm的铈钆钇铁硼细粉，同时还得到气流磨底料；

将所述铈钆钇铁硼细粉、气流磨底料以及脂类润滑剂搅拌混合2h，得到混合细粉物料；其中，所述气流磨底料的质量为铈钆钇铁硼细粉质量的12％，所述脂类润滑剂的质量为铈钆钇铁硼细粉和气流磨底料总质量的5‰；

将所述混合细粉物料置于磁场压机中，在磁感应强度为1.6T且成型压力为4MPa的条件下进行取向成型，得到密度为4.07g/cm

将所述生坯置于烧结炉中，以2.8℃/min速率自室温升温至1045℃，保温进行烧结3h，得到烧结物料；然后以8℃/min速率降温至45℃，再以6℃/min速率升温至630℃，并控制真空度为6×10

按照实施例2的方法重复制备3个烧结铈钆钇铁硼永磁体样品，并将其在20℃进行

表2实施例2中3个烧结铈钆钇铁硼永磁体样品的性能测试结果

实施例3

本实施例中采用牌号为42H的废旧烧结铈铁硼磁体，经检测其成分按质量百分比为：镨钕含量为20.2％(其中，Pr与Nd质量比为5.1：15.1)，Ce含量为9％，Gd含量为1％，Dy含量为0.7％，Zr含量为0.15％，Ti含量为0.15％，Cu含量为0.2％，Ga含量为0.2％，B含量为0.95％，余量为Fe。

将所述废旧烧结铈铁硼磁体与金属钆以及金属钇按质量比为89：6：5的比例混合后进行氢破碎，具体是在300℃保温进行吸氢处理50min，然后在550℃保温进行脱氢处理5h，之后冷却至室温(25℃)，得到铈钆钇铁硼粗粉；

将所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉，所述气流磨制粉过程中研磨压力为6MPa，且不添加防氧化剂，出粉速度为270kg/h，得到平均粒径d50为5.0μm的铈钆钇铁硼细粉，同时还得到气流磨底料；

将所述铈钆钇铁硼细粉、气流磨底料以及脂类润滑剂搅拌混合2h，得到混合细粉物料；其中，所述气流磨底料的质量为铈钆钇铁硼细粉质量的10％，所述脂类润滑剂的质量为铈钆钇铁硼细粉和气流磨底料总质量的5‰；

将所述混合细粉物料置于磁场压机中，在磁感应强度为1.72T且成型压力为4.5MPa的条件下进行取向成型，得到密度为4.02g/cm

将所述生坯置于烧结炉中，以2.8℃/min速率自室温升温至1030℃，保温进行烧结3h，得到烧结物料；然后以8℃/min速率降温至45℃，再以6℃/min速率升温至600℃，并控制真空度为6×10

按照实施例3的方法重复制备3个烧结铈钆钇铁硼永磁体样品，并将其在20℃进行

表3实施例3中3个烧结铈钆钇铁硼永磁体样品的性能测试结果

实施例4

本实施例中采用牌号为42H的废旧烧结铈铁硼磁体，经检测其成分按质量百分比为：镨钕含量为21.4％(其中，Pr与Nd质量比为5.0：16.4)，Ce含量为8.5％，Gd含量为1.2％，Dy含量为0.6％，Zr含量为0.18％，Ti含量为0.18％，Cu含量为0.2％，Ga含量为0.2％，B含量为0.95％，余量为Fe。

将所述废旧烧结铈铁硼磁体与金属钆以及金属钇按质量比为90：5：5的比例混合后进行氢破碎，具体是在300℃保温进行吸氢处理50min，然后在520℃保温进行脱氢处理4.5h，之后冷却至室温(25℃)，得到铈钆钇铁硼粗粉；

将所述铈钆钇铁硼粗粉进行气流磨制粉，所述气流磨制粉过程中研磨压力为6MPa，且不添加防氧化剂，出粉速度为300kg/h，得到平均粒径d50为5.3μm的铈钆钇铁硼细粉，同时还得到气流磨底料；

将所述铈钆钇铁硼细粉、气流磨底料以及脂类润滑剂搅拌混合2h，得到混合细粉物料；其中，所述气流磨底料为磁能积为45.7MGOe的磁体生产过程中气流磨制粉工序所产生的底料，所述磁体的名义成分按质量百分比为：镨钕含量为29.7％(其中，Pr与Nd质量比为7.2：22.5)，Dy含量为0.7％，Zr含量为0.10％，Cu含量为0.2％，Ga含量为0.2％，B含量为0.91％，Al含量为0.25％，余量为Fe；所述气流磨底料加入量为铈钆钇铁硼细粉质量的14％，所述脂类润滑剂的质量为铈钆钇铁硼细粉和气流磨底料总质量的5‰；

将所述混合细粉物料置于磁场压机中，在磁感应强度为1.68T且成型压力为4.3MPa的条件下进行取向成型，得到密度为4.1g/cm

将所述生坯置于烧结炉中，以2.8℃/min速率自室温升温至1043℃，保温进行烧结3h，得到烧结物料；然后以8℃/min速率降温至45℃，再以6℃/min速率升温至630℃，并控制真空度为6×10

按照实施例4的方法重复制备3个烧结铈钆钇铁硼永磁体样品，并将其在20℃进行

表4实施例4中3个烧结铈钆钇铁硼永磁体样品的性能测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。