本发明涉及磁体，尤其涉及一种钕铁硼磁体及其制备方法和应用。
背景技术：
1、烧结钕铁硼磁体由于其优异的磁性能而被广泛应用于汽车工业、电子产品、风电、电梯、工业机器人和航空航天等诸多领域，其需求日益扩大，并且对磁体性能、剩磁以及矫顽力性能的要求也越来越高。
2、为提高烧结钕铁硼磁体的剩磁，通常需要降低磁体中的b含量，但是当b的含量较低时，会形成r2t17相，使得磁体的磁性能降低。
3、在现有技术中，为了满足磁体的高温性能要求，一般通过直接添加重稀土元素或采用晶界扩散重稀土方式提高磁体的矫顽力，但是重稀土价格高昂，生产成本较高。
4、因此，在尽可能不添加重稀土的情况下，如何提高低b含量烧结钕铁硼磁体的矫顽力，改善磁体的温度系数，以符合目前对高温性能的需求是目前亟待解决的难题。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种钕铁硼磁体及其制备方法和应用，能够在不添加重稀土元素的基础并降低b含量的同时提高钕铁硼磁体的综合磁性能，且高温性能优异，应用前景广阔。
2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种钕铁硼磁体，所述钕铁硼磁体的组成包括r、m以及余量t和不可避免的杂质，其中所述t包含fe；所述r包括nd、pr、la、ce或y中的任意一种或至少两种的组合；所述m包括cr、co、ni、ga、cu、ti、al、zr或nb中的任意一种或至少两种的组合。
4、所述钕铁硼磁体的组织结构包括：r2t14b主相晶粒、薄层晶界相和三角区晶界相；所述三角区晶界相包括第一晶界相和第二晶界相；所述第一晶界相中r含量＜30at%，所述第二晶界相中r＞30at%；其中r为非重稀土元素；在磁体的任意截面上，所述第一晶界相的面积占三角区晶界相总面积的65~86%。
5、本发明使钕铁硼磁体中生长出更多的第一晶界相和第二晶界相，使得磁体中的t元素尤其是fe元素更多集中在三角区晶界相中，从而降低了薄层晶界相中的t元素含量，使得薄层晶界相中铁磁性相的比例降低，进而改善磁体抗退磁能力，提高磁体的温度稳定性，使得磁体能够在高温条件下保持较高的矫顽力。
6、值得说明的是，当第一晶界相的生成量过少时，导致第一晶界相的面积占三角区晶界相总面积的占比偏少时，难以使r2t17相消失，不能有效发挥对主相晶粒的钉扎效应，从而难以在三角区晶界相消耗过多的铁，最终也就无法提高磁体的矫顽力。
7、与现有钕铁硼磁体不同的是，本发明中稀土元素中不含重稀土元素，包括nd、pr、la、ce或y中的任意一种或至少两种的组合，能够大大降低钕铁硼磁体的生产成本。其中典型但非限制性的组合为nd和pr的组合，la和pr的组合，nd和la的组合，nd、ce和y的组合，nd、pr、ce和la的组合等。
8、具体地，所述m为cr、co、ni、ga、cu、ti、al、zr或nb中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为ga和cu的组合，co和cr的组合，cu、ga、al和ti的组合，zr、al、cu和ga的组合，cu、ga和zr的组合，ga、cu和co的组合。
9、本发明中所述第一晶界相中r含量＜30at%，例如可以是10at%、13at%、15at%、17at%、19at%、21at%、23at%、25at%、27at%或29at%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
10、本发明中第一晶界相为灰色晶界相。
11、所述第二晶界相中r＞30at%，例如可以是31at%、32at%、33at%、34at%、35at%、36at%、38at%、40at%、41at%、44at%、48at%、50at%、55at%、57at%、60at%、62at%或65at%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
12、在磁体的任意截面上，所述第一晶界相的面积占三角区晶界相总面积的65~86%，例如可以是65%、66%、67%、68%、69%、70%、72%、74%、75%、77%、78%、80%、83%、85%或86%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
13、可选地，所述第一晶界相中t含量为60~80at%，例如可以是60at%、63at%、65at%、67at%、69at%、72at%、74at%、76at%、78at%或80at%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
14、可选地，所述第二晶界相中m的含量为5~20at%，例如可以是5at%、7at%、9at%、10at%、12at%、14at%、15at%、17at%、19at%或20at%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
15、可选地，所述第二晶界相中t的含量为20~60at%，例如可以是20at%、25at%、30at%、36at%、40at%、43at%、45at%、47at%、49at%、52at%、54at%、56at%、58at%或60at%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
16、可选地，在磁体的任意截面上，所述第二晶界相的面积占三角区晶界相总面积的10~30%，例如可以是10%、13%、15%、17%、19%、22%、24%、26%、28%或30%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
17、由于第二晶界相和第一晶界相共同起到在三角区晶界相消耗铁的效果，本发明进一步优选第二晶界相的面积占比在上述范围内，能够更好地促进r2t17相消失，从而足以在三角区晶界相消耗过多的铁，提高磁体的矫顽力，同时能够避免第二晶界相面积占比偏大时导致主相晶粒体积率减少，进一步降低磁体的剩磁，以及磁体密度效率下降造成磁体力学性能降低。
18、所述钕铁硼磁体还含有b，所述钕铁硼磁体中b含量为0.82~0.9wt%，例如可以是0.82wt%、0.83wt%、0.84wt%、0.85wt%、0.86wt%、0.87wt%、0.88wt%或0.9 wt%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选0.835~0.87wt%；
19、本发明中b的含量＜0.82wt%，生成r2t17相，无法提高磁体的矫顽力，b的含量＞0.9wt%，第一晶界相的生成量减少，从而难以在三角区晶界相中消耗过多的铁，难以改善磁体抗退磁能力，难以保证磁体能够在高温条件下保持较高的矫顽力。
20、可选地，所述钕铁硼磁体中ga含量为0.3~0.8wt%，例如可以是0.3wt%、0.36wt%、0.42wt%、0.47wt%、0.53wt%、0.58wt%、0.64wt%、0.69wt%、0.75wt%或0.8wt%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选0.45~0.7wt%。
21、本发明中ga的含量＜0.3wt%，第一晶界相和第二晶界相的生成量过少，难以使r2t17相消失，从而难以在三角区晶界相消耗过多的铁，难以进一步提高磁体的矫顽力；ga的含量＞0.8wt%，由于存在不必要的ga，主相比率降低，剩磁降低，综合磁性能下降。
22、可选地，所述钕铁硼磁体中cu含量为0.1~0.5wt%，例如可以是0.1wt%、0.15wt%、0.19wt%、0.24wt%、0.28wt%、0.33wt%、0.37wt%、0.42wt%、0.46wt%或0.5wt%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选0.1~0.3wt%。
23、本发明中cu的含量＜0.1wt%，第二晶界相生成量过少时，无法在三角区晶界相中消耗过多的铁，从而难以得到高矫顽力和温度稳定性高的磁体。
24、可选地，所述钕铁硼磁体中r含量为31~34wt%，例如可以是31wt%、31.4wt%、31.7wt%、32wt%、32.4wt%、32.7wt%、33wt%、33.4wt%、33.7wt%或34wt%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
25、可选地，所述钕铁硼磁体中m总含量为0.01~4wt%，例如可以是0.01wt%、0.46wt%、0.9wt%、1.34wt%、1.79wt%、2.23wt%、2.67wt%、3.12wt%、3.56wt%或4wt%等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选1.1~2.7wt%。
26、第二方面，本发明提供一种第一方面所述的钕铁硼磁体的制备方法，所述制备方法包括：
27、按照钕铁硼磁体的成分制备合金粉末；所述合金粉末在磁场取向下压制成型，得到压坯；所述压坯依次经烧结、时效处理和时效后冷却，得到所述钕铁硼磁体；其中，所述时效处理包括依次进行的第一时效处理和第二时效处理，所述第一时效处理的温度为700~845℃；和/或，所述第二时效处理的温度为480~550℃。
28、所述第一时效处理的温度为700~845℃，例如可以是700℃、717℃、734℃、750℃、767℃、784℃、800℃、817℃、834℃或845℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，保温时间为2~4h，例如可以是2h、2.3h、2.5h、2.7h、2.9h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
29、所述第二时效处理的温度为480~550℃，例如可以是480℃、488℃、496℃、504℃、512℃、519℃、527℃、535℃、543℃或550℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，保温时间为1~5h，例如可以是1h、1.5h、1.9h、2.4h、2.8h、3.3h、3.7h、4.2h、4.6h或5h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
30、本发明将第一时效处理和第二时效处理的温度在上述范围内，由于烧结冷却后的磁体内部晶界相成分不均匀并且液相含量较多，采用上述第一时效处理的温度范围，能够在不影响主相晶粒的基础上，促进液相流动以及在磁体内部的均匀化分布，构建成分均匀的液相网络，作为后续晶间反应形成第一晶界相和第二晶界相的良好基础，当第一时效处理的温度偏低时，烧结冷却后的磁体内部不均匀的晶界相成分可能诱发晶间反应，导致第一晶界相过多富集在一处，使得第一晶界相分布均匀性下降，影响磁体的一致性，另外会降低后续晶间反应形成第一晶界相和第二晶界相的比例，降低三角区晶界相中消耗的t元素（比如fe）含量；当第一时效处理的温度偏高时，磁体内部的主相晶粒参与反应，由于烧结冷却后的磁体内部液相分布不均匀，内部各区域熔点存在差异，主相晶粒参与反应的比例不同，导致磁体的一致性降低，由于主相晶粒参与反应，不能保证后续晶间反应形成限定比例的第一晶界相和第二晶界相，影响三角区晶界相中铁的消耗量，同时主相晶粒参与反应使得晶界相的铁含量进一步增加，影响磁体的整体去磁耦合效应；当第二时效处理的温度偏低时，不能保证高铁含量的第一晶界相的比例，影响三角区晶界相对铁含量的消耗，不能改善磁体的矫顽力，当第二时效处理的温度偏高时，会促进生成更多比例的富稀土相，消耗更多的稀土元素r，另外导致第一晶界相和第二晶界相生成量减少，降低第一晶界相和第二晶界相的比例，减少在三角区晶界相中消耗的铁含量，不利于改善磁体高温稳定性。
31、本发明中薄层晶界相是指两个相邻主相晶粒之间形成的晶界相；三角区晶界相是指被三个或更多个主相晶粒包围的晶界相。
32、可选地，所述合金粉末的制备包括：合金凝片经氢破碎后进行气流磨，得到合金粉末。
33、可选地，所述合金凝片为原料经熔炼后冷却得到，所述熔炼的温度为1400~1600℃，例如可以是1400℃、1420℃、14450℃、1460℃、1480℃、1510℃、1530℃、1550℃、1570℃或1600℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
34、可选地，所述合金粉末的粒径d50为2~4μm，例如可以是2μm、2.3μm、2.5μm、2.7μm、2.9μm、3.2μm、3.4μm、3.6μm、3.8μm或4μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
35、可选地，所述磁场取向的磁场强度为1.8~2.3t，例如可以是1.8t、1.9t、2t、2.1t、2.2t或2.3t等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
36、可选地，所述烧结为真空烧结。
37、可选地，所述烧结的温度为950~1050℃，例如可以是950℃、960℃、970℃、980℃、995℃、1000℃、1010℃、1020℃、1030℃或1050℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，和/或，所述烧结的时间为5~15h，例如可以是5h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h或15h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适。
38、可选地，所述烧结的气氛为真空条件或氩气气氛，所述真空气氛的真空度为10-5~10-2pa，例如可以是10-5pa、10-4pa、10-3pa或10-2pa等，所述氩气气氛的气压为5~20kpa，例如可以是5kpa、7kpa、9kpa、10kpa、12kpa、14kpa、15kpa、17kpa、19kpa或20kpa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
39、可选地，所述烧结后得到的毛坯的密度为7.5~7.8g/cm3，例如可以是7.5g/cm3、7.54g/cm3、7.57g/cm3、7.6g/cm3、7.64g/cm3、7.67g/cm3、7.7g/cm3、7.74g/cm3、7.77g/cm3或7.8g/cm3等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
40、可选地，所述第一时效处理的保温时间为2~4h，例如可以是2h、2.3h、2.5h、2.7h、2.9h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
41、可选地，所述第二时效处理的保温时间为1~5h，例如可以是1h、1.5h、1.9h、2.4h、2.8h、3.3h、3.7h、4.2h、4.6h或5h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
42、可选地，所述时效后冷却的冷却速率＞6.6℃/min，例如可以是6.7℃/min、7.1℃/min、7.5℃/min、7.8℃/min、8.2℃/min、8.6℃/min、8.9℃/min、9.3℃/min、9.7℃/min或10℃/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
43、本发明的制备方法中采用二级时效处理流程与＞6.6℃/min的快速冷却速率相匹配，能够在磁体内部均匀发生晶间反应，促进第一晶界相和第二晶界相的有效生成，使r2t17相消失，采用上述冷却速率的快速冷却能够保持第一晶界相和第二晶界相的一致性结构，达到提高磁体的矫顽力和高温稳定性的效果。
44、第三方面，本发明提供一种第一方面所述的钕铁硼磁体和/或第二方面所述的钕铁硼磁体的制备方法制得的钕铁硼磁体在汽车工业、电子产品、风电、电梯、工业机器人或航空航天中的应用。
45、本发明提供的钕铁硼磁体由于具有优异的矫顽力、剩磁和高温稳定性，能够广泛应用在各个领域中，应用前景广阔。
46、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
47、（1）本发明提供的钕铁硼磁体使得磁体三角区晶界相中生成更多比例的第一晶界相和第二晶界相，上述两种晶界相中t含量＞80at%，使得磁体中的t元素尤其是fe元素更多集中在三角区晶界相中，降低了薄层晶界相中的t元素尤其是fe元素含量，使得薄层晶界相中铁磁性相的比例降低，进而改善磁体抗退磁能力，提高磁体的温度稳定性，使得磁体在高温条件下保持较高的矫顽力，具体地，磁体的br在13.16kgs以上，hcj在20.06 koe以上，20-180℃hcj温度系数α%/℃的绝对值在0.565以内；
48、（2）本发明提供的钕铁硼磁体的制备方法进一步通过调控b、ga、cu的含量在特定范围，从而使钕铁硼磁体的组织结构中包括：r2t14b主相晶粒、第一晶界相和第二晶界相，实现了相应组织结构的有效制备；
49、（3）本发明提供的钕铁硼磁体的制备方法通过采用时效处理和控制时效处理后的冷却速率在特定范围内，能够制得具有fe含量较高的第一晶界相和第二晶界相的钕铁硼磁体，从而显著提高了钕铁硼磁体的高温稳定性，并改善了磁体抗退磁能力。
1.一种钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼磁体的组成包括r、m以及余量t和不可避免的杂质，其中所述t包含fe；
2.根据权利要求1所述的钕铁硼磁体，其特征在于，所述第一晶界相中t含量为60~80at%；
3.根据权利要求1或2所述的钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼磁体还含有b，所述钕铁硼磁体中b含量为0.82~0.9wt%；
4.根据权利要求3述的钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼磁体中ga含量为0.45~0.7wt%；
5.根据权利要求4述的钕铁硼磁体，其特征在于，所述钕铁硼磁体中r含量为31~34wt%，和/或，所述钕铁硼磁体中m总含量为0.01~4wt%。
6.一种权利要求1~5任一项所述的钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述合金粉末的制备包括：合金凝片经氢破碎后进行气流磨，得到合金粉末；
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述烧结为真空烧结；所述烧结的温度为950~1050℃，和/或，所述烧结的时间为5~15h；
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述时效后冷却的冷却速率＞6.6℃/min；
10.一种权利要求1~5任一项所述的钕铁硼磁体和/或权利要求6~9任一项所述的钕铁硼磁体的制备方法制得的钕铁硼磁体在汽车工业、电子产品、风电、电梯、工业机器人或航空航天中的应用。
