一种以碳酸铵为氮源正压氮化钐铁合金制备Sm2Fe17Nx磁粉的方法技术

本发明专利技术公开了一种以碳酸铵为氮源正压氮化钐铁合金制备Sm2Fe17Nx磁粉的方法，包括如下步骤：(1)先将钐铁合金粉末放入渗氮反应容器中，将碳酸铵固体、CO2去除剂和干燥剂按照从下至上的顺序依次放入氨气发生器中；(2)将渗氮反应容器和氨气发生器放入密闭耐温耐压容器中，对耐温耐压容器抽真空，真空度≤0.05MPa；(3)对氨气发生器进行加热使碳酸铵热分解；同时将渗氮反应容器升温至55℃～100℃，并保温10min～100min，然后升温至300℃～500℃进行氮化，并保温1h～10h；降温至100℃～350℃进行均匀化热处理，均匀化热处理1h～20h；最后降至室温，获得Sm2Fe17Nx磁粉。本发明专利技术方法在密闭容器中加热固态碳酸铵产生氨气作为氮源，对钐铁合金进行均匀和彻底的氮化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性材料制备
，特别是涉及一种以碳酸铵为氮源正压氮化钐铁合金制备Sm2Fe17Nx磁粉的方法。 
技术介绍
自1990年Coey等发现钐铁氮(Sm2Fe17Nx)化合物以来，由于其室温各向异性场达15T～16T，约为钕铁硼的2～3倍，理论磁能积(BH)max为472kJ/m3，略低于钕铁硼(512kJ/m3)，而耐腐蚀性和抗氧化性均优于“磁王”钕铁硼，为满足永磁材料的新需求提供了可能，成为了最具开发前景的新一代硬磁材料之一。此外，钐铁氮具有比钕铁硼更高的居里温度(470℃，钕铁硼为310℃)，从而可以利用钐铁氮磁粉制备得到具有更高使用温度的粘结磁体，这就为在更恶劣环境下使用稀土永磁材料提供了一种可能。钐铁氮磁粉的成分中稀土钐的含量(约23％)低于钕铁硼中稀土钕的含量(约32％)，这不仅降低了材料的生产成本，而且对保护珍贵稀土资源也起着巨大的作用。 当前，钐铁氮磁粉制备的技术路线主要分两大步：(1)钐铁合金(Sm2Fe17)的制备；(2)钐铁合金的氮化。钐铁合金的制备主要有粉末冶金法，还原扩散法，HDDR(Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination，氢化—歧化—脱氢—再化合)法，熔体快淬法，机械合金化法等工艺，所得到的钐铁合金均是易基面的，各向异性较低，同时居里温度低，难以成为高性能永磁材料，而通过氮化工艺进行渗氮处理之后，易c轴各向异性明显表现出来，同时居里温度显著提高，因此钐铁合金的氮化工艺对于提高钐铁氮的磁性能极为关键。 >制备钐铁氮(Sm2Fe17Nx)磁粉的过程中，氮原子含量X的大小主要取决于氮源分解产生的氮原子在钐铁合金内部的扩散与渗透程度。 现有氮化技术通常直接采用氮气或者氨气作为氮源，在常压或低于常压的条件(气源流动状态)下进行氮化，氨气比氮气具有更高的氮化活性。 要使氮原子往合金内部充分渗透与扩散，就要求钐铁合金表面的氮气或氨气的气体浓度和压力都要足够大，从而增强氮原子与钐铁合金的亲和力，达到氮原子往钐铁合金内部充分扩散与渗透的目的。 显然，采用常压或低于常压条件(气源流动状态)下进行氮化的技术容易出现钐铁合金氮化不均匀、不彻底的问题，造成钐铁氮产品磁性能不稳定，当钐铁合金颗粒体积较大时尤其明显；同时也存在气态氮源用量不好控制、利用率不高、浪费多等问题。 
技术实现思路
为解决现有技术中钐铁合金氮化时，流动的气态氮源因压力低导致氮化程度低、氮原子分布不均匀，以及氮源利用率低、不易控制的不足，本专利技术提供了一种大大提高氮化程度、改善磁粉成分均一性、充分提升磁粉各向异性特征、制备高性能钐铁氮磁性能的方法。 本专利技术解决问题的技术方案为：一种以碳酸铵为氮源正压氮化钐铁合金制备Sm2Fe17Nx磁粉的方法，包括如下步骤： (1)先将钐铁合金粉末放入渗氮反应容器中，将碳酸铵固体、CO2去除剂和干燥剂按照从下至上的顺序依次放入氨气发生器中； (2)将渗氮反应容器和氨气发生器放入密闭耐温耐压容器中，对耐温耐压容器抽真空，真空度≤0.05MPa； (3)对氨气发生器进行加热使碳酸铵热分解；同时将渗氮反应容器升温至55℃～100℃，并保温10min～100min，然后升温至300℃～500℃进行氮化，并保温1h～10h；降温至100℃～350℃进行均匀化热处理，均匀化热处理1h～20h；最后降至室温，获得Sm2Fe17Nx磁粉。 本专利技术利用碳酸铵热分解所产生氨气在密闭反应容器中形成的正压环境来氮化钐铁合金。碳酸铵固体不断分解产生氨气的同时，渗氮反应也在逐渐发生，随着钐铁合金中渗氮量提高，氮化也变得越来越困难，由于碳酸铵固体不断分解产生氨气，密闭耐温耐压容器内的氨气量以及压力都在稳定地增加，从而可以制备得到氮化充分、成分均一、性能稳定的各向异性钐铁氮磁粉。 其中，渗氮反应容器和氨气发生器均为敞口的耐热容器，坩埚是最常见的耐热容器，因此渗氮反应容器和氨气发生器均可以采用坩埚。 碳酸铵热分解产生氨气的同时也会产生CO2和水，因此在氨气发生器中添加了CO2去除剂和干燥剂，CO2去除剂吸收CO2以降低反应体系中多余的压力和消除渗碳可能性，通过干燥剂吸收碳酸铵热分解产生的水蒸汽以避免钐铁合金发生腐蚀。由于氨气易溶于水，所述CO2去除剂和干燥剂均为固体。 作为优选，所述CO2去除剂为碱金属或者碱土金属的氢氧化物。例如，所述CO2去除剂为Ca(OH)2、KOH、NaOH或Ba(OH)2。 作为进一步优选，所述CO2去除剂优选为NaOH。NaOH价格低廉成本低，且对CO2的去除效率高。 作为优选，所述干燥剂为碱性干燥剂。例如，所述干燥剂为KOH、NaOH、BaO或CaO。所述碱性干燥剂不与氨气反应，吸收水后不产生其他气体。 作为进一步优选，所述碱性干燥剂优选为CaO。CaO干燥效果好，且不产生其他有害气体，价格低廉成本低，易于实施。 步骤(2)中抽真空是为了尽量去除耐温耐压容器中的氧气，避免钐铁合金发生氧化。 现有技术中，采用流动式的氮气或者氨气作为氮源，只能在氮化容器内进行抽真空，没法进一步在氮化容器内实施除氧处理。本专利技术采用全新的提供氮源的方式，可以实现在氮化容器内进行除氧，避免磁粉氧化。 作为优选，所述耐温耐压容器中放置有金属钙。所述金属钙作为除氧剂用于去除抽真空后残余的氧气，所述金属钙通过容器单独放置在耐温耐压容器中，避免与其他化学物质接触。金属钙的用量取决于反应容器容积以及预抽真空达到的真空度，以足够消除残余氧气为准。 钐铁合金粉末可以通过还原扩散法、粉末冶金法、熔体快淬法、HDDR(Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination，氢化-歧化-脱氢-再化合)法、机械合金化法等任意一种方法制备获得。钐铁合金粉末粒径为1μm～50μm。 所述碳酸铵的量并不是越大越好，刚开始随着碳酸铵的量提高，Sm2Fe17Nx中X会增加，但到一定程度就不变了。 作为优选，所述碳酸铵与钐铁合金的质量比为0.115～0.30：1，且氮化时耐温耐压容器中的压力为1～15atm。 作为进一步优选，所述碳酸铵与钐铁合金的质量比:0.115～0.272：1， 且氮化时耐温耐压容器中的压力为1～8atm。 所述的CO2去除剂和干燥剂的剂量取决于固态氮源碳酸铵的量，为保证碳酸铵热分解产生的CO2和水被完全去除，CO2去除剂和干燥剂要过量，作为优选，所述碳酸铵与NaOH的摩尔比为1:1～5，所述碳酸铵与CaO的摩尔比为1:1～5。 氮化时间随氮化温度调整，一般氮化温度提高，氮化时间缩短，但氮化温度提高，已氮化的钐铁氮合金分解生成不利于硬磁性能的SmN和α-Fe趋势加大，特别当氮化温度超过500℃后，分解反应尤其明显，因此综合氮化的时间效率及可能的分解温度，现有方法允许的氮化温度区间较窄，而且温度普遍较高，有的接近500℃。而采用正压氮化，可以明显缩短氮化时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以碳酸铵为氮源正压氮化钐铁合金制备Sm2Fe17Nx磁粉的方法，其特征在于包括如下步骤： (1)先将钐铁合金粉末放入渗氮反应容器中，将碳酸铵固体、CO2去除剂和干燥剂按照从下至上的顺序依次放入氨气发生器中； (2)将渗氮反应容器和氨气发生器放入密闭耐温耐压容器中，对耐温耐压容器抽真空，真空度≤0.05MPa； (3)对氨气发生器进行加热使碳酸铵热分解；同时将渗氮反应容器升温至55℃～100℃，并保温10min～100min，然后升温至300℃～500℃进行氮化，并保温1h～10h；降温至100℃～350℃进行均匀化热处理，均匀化热处理1h～20h；最后降至室温，获得Sm2Fe17Nx磁粉。

【技术特征摘要】
1.一种以碳酸铵为氮源正压氮化钐铁合金制备Sm2Fe17Nx磁粉的方法，其特征在于包括如下步骤： 
(1)先将钐铁合金粉末放入渗氮反应容器中，将碳酸铵固体、CO2去除剂和干燥剂按照从下至上的顺序依次放入氨气发生器中； 
(2)将渗氮反应容器和氨气发生器放入密闭耐温耐压容器中，对耐温耐压容器抽真空，真空度≤0.05MPa； 
(3)对氨气发生器进行加热使碳酸铵热分解；同时将渗氮反应容器升温至55℃～100℃，并保温10min～100min，然后升温至300℃～500℃进行氮化，并保温1h～10h；降温至100℃～350℃进行均匀化热处理，均匀化热处理1h～20h；最后降至室温，获得Sm2Fe17Nx磁粉。 
2.如权利要求1所述的以碳酸铵为氮源正压氮化钐铁合金制备Sm2Fe17Nx磁粉的方法，其特征在于，所述CO2去除剂为碱金属或者碱土金属的氢氧化物。 
3.如权利要求1所述的以碳酸铵为氮源正压氮化钐铁合金制备Sm2Fe17Nx磁粉的方法，其特征在于，所述干燥剂为碱性干燥剂。 

【专利技术属性】
技术研发人员：郑精武，陈海波，乔梁，蔡伟，姜力强，车声雷，应耀，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33