一种各向同性稀土永磁粉及其制备方法技术

一种各向同稀土永磁粉的制备方法，属于磁性材料领域。稀土永磁粉由母合金氮化得到，其母合金以原子百分比所表示的组成成分为：RxT100‑x‑y‑zM1yM2z，式中，R是稀土元素Sm或者Sm与其他稀土元素的组合，5≤x≤20；T是铁或者是铁和钴；M1是Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W中至少一种元素，0.1≤y≤10；M2是Cu、Zn中至少一种元素，0.1≤z≤10；永磁粉母合金由两类相构成，一类是由R、T、M1元素组成，具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构的主相，另一类是由R、M2元素组成的晶界相。制备步骤包括熔炼、熔体快淬、热处理、破碎、氮化。本发明专利技术中的磁粉具有高矫顽力、高稳定性的特点，适合在潮湿、高温等苛刻条件下使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磁性材料领域，涉及到一种各向同稀土永磁粉的制备方法，所述磁粉主要用作制备各向同性粘结永磁。
技术介绍
1982年住友特殊金属的佐川真人(Masato Sagawa)专利技术了烧结Nd-Fe-B永磁体，因其具有到目前为止最高的磁能积、高矫顽力、原材料较低廉且制备方法简单而得到广泛应用，是目前使用最广泛的稀土永磁。使用通用电气公司专利技术的快淬Nd-Fe-B磁粉制备成的粘结磁体因其具有高尺寸精度、方便制备异形磁体也得到市场的广泛认可。稀土永磁成为现代社会中重要的基础材料，在计算机、汽车、仪器、仪表、家用电器、石油化工、医疗保健、航空航天等行业中广泛应用。Nd-Fe-B基磁体可以制备成具有高矫顽力的磁体，其矫顽力的一个重要来源是，具有由富钕相包裹、边界平滑的主相Nd2Fe14B晶粒的微观组织，这种微观组织中的主相因晶粒因边界平滑而减小了退磁场和杂散场、提高了反向畴的形核场，而晶间弱磁性相能够有效钉扎磁畴。1990年爱尔兰三一大学Coey教授研究组和北京大学杨应昌院士研究组基于在稀土-过渡金属化合物中氮的间隙原子效应，发现Sm2Fe17Nx(简称钐铁氮)与Nd(Fe,M)12Nx(简称钕铁氮)具有优异的内禀磁性，可与钕铁硼相媲美，并且具有比钕铁硼更高的居里温度，钐
铁氮和钕铁氮被认为是下一代稀土永磁的候选者。公知Sm2Fe17N3化合物在晶粒尺寸接近单轴粒子时才能表现出高的矫顽力，为了获得晶粒细小的组织，现有的方法主要有两类，一类是直接制备出晶粒尺寸小于单畴尺寸的母合金，这类方法有：机械合金化法(MA)、氢化歧化法(HDDR)及熔体快淬法(RQ)；采用这类方法的专利有CN1202537C、CN1230755A、US5288339、US5395459、CN1286602C、CN100513015C、EP1043099B1、EP1043099B1、US6334908、CN1144240C、CN1144240C、CN1230755A、US6290782、CN102248157B、CN102737801B等。另一类是，先制备出晶粒尺寸较大的母合金，然后把母合金直接破碎至单畴尺寸或者先氮化在磁粉破碎成单畴颗粒，这类方法有：粉末冶金法(PM)、还原扩散法(R/D)；采用这类方法的专利有US5482572、CN1093311C、CN103785847A、CN1254338C、CN100437841C。以上工艺均是在先制备出单相的母合金基础上经过氮化获得R2Fe17N3的。从公知的Sm-Fe二元相图可知，当Sm含量低于10.526at.％时，合金中必然形成有损于永磁矫顽力的软磁相α-Fe；而当Sm含量高于10.526at.％时，合金中会形成富Sm的SmFe2或者SmFe3相，富Sm相在氮化过程中容易分解产生α-Fe而不利于磁粉矫顽力；只有当Sm含量刚好是10.526at.％时，合金才能形成单相。制备单一相的母合金对于制备具有高矫顽力的Sm-Fe-N基永磁是关键步骤，由于Sm原子是容易挥发的元素，这导致制备单一Sm2Fe17相的母合金极具挑战。各向同性永磁粉具有易于成型、制备工艺简单的优势；本专利技术改进合金的成分使之有利于形成能够容纳多余Sm原子并且具有磁隔绝作用的弱磁性晶界相，这种改进有利于降低Sm-Fe-N基永磁粉的制备难度，并能够提高磁粉的矫顽力及方形度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适合制备各向同性磁粉的合金成分和相应的制备工艺，这种磁粉具有良好的抗氧化性和耐蚀性。为达到以上目的，本专利技术改进合金的成分使之有利于形成具有磁隔绝作用的弱磁性晶界相，并制定了相应的制备工艺。这种合金的成分和工艺尤其适合制备Sm2Fe17Nx(简称钐铁氮)基的各向同性磁粉。一种各向性同稀土永磁粉的制备方法，本专利技术所述的稀土永磁粉由母合金氮化得到，其母合金以原子百分比所表示的组成成分为：RxT100-x-y-zM1yM2z式中，R是稀土元素Sm或者Sm与其他稀土元素的组合，10.5≤x≤20；T是铁或者是铁和钴；M1是Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W中至少一种元素，0.1≤y≤10；M2是Cu、Zn中至少一种元素，1≤z≤10；所述永磁粉，其母合金由两类相构成，一类是由R、T、M1元素组成，具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构的主相，另一类是由R、M2元素组成的晶界相。M1具有促进主相形成、抑制α-Fe析出及细化主相晶粒作用，母合金中应至少含0.1at.％元素；M1是非磁性元素，过量加入会使得磁粉的饱和磁极化强度降低，所以需要把M1的原子百分比控制在10at％
以内。M2与R结合形成熔点低于1000℃的低熔点相，分布在熔点更高的主相晶粒间，M2的比例为1-10at.％。公知在R2Fe17化合物中，只有Sm2Fe17的氮化物具有单轴各向异性；不过，Y2Fe17N2.8、Ce2Fe17N2.8、Pr2Fe17N2.8及Nd2Fe17N2.5均具有比Sm2Fe17N2.3更高的饱和磁极化强度，用适当比例的Y、Ce、Pr、Nd代替Sm能够在保持主相是单轴各向异性的前提下提高磁粉的剩磁，所以R中30at.％的Sm可以用Ce、Pr、Nd代替。在R2Fe17N3中，少量Co取代Fe能够提高其居里温度，过量取代则有损磁晶各向异性场，所以T中Fe需占70at.％以上。R主要与T及M1反应形成R2Fe17，R的比例为10.5-20at.％由化学式RxT100-x-y-zM1yM2z所表示用于制备本专利技术各向异性磁粉的母合金成分，可示例如：Sm11.9 Cu4FebalSm13.6 Cu4 FebalSm13.6 Cu4Co5 Nb0.5FebalSm11.6Pr2 Cu4 FebalSm11.6Nd2 Cu4 Nb0.5FebalSm12.5Cu4Nb0.5 FebalSm11.8Cu4Nb1FebalSm10.8La1Cu4Zr0.5FebalSm10.5Cu2 Zr0.5FebalSm10.8Cu2 Zr0.5Fe balSm11.2Cu2 Zr0.5Fe balSm11.2Cu2Al 1FebalSm11.2Cu2ZrFebalSm11.8 Zn4 Zr0.5FebalSm13.6Zn4 Zr0.5FebalSm11.6Pr2 Zn4 Zr0.5FebalSm11.6Nd2 Zn4 Zr0.5Febal…………………………制造具有上述母合金成分的稀土永磁粉的制备工艺包括以下步骤：1)以金属元素R、T、M1、M2作为原料，在氩气保护下进行感应熔炼，熔体使用速度为10-60m/s的水冷铜辊制备成厚度为10-500μm的快淬薄带(即熔体快淬)；2)对快淬薄带在700-1000℃在氩气保护下进行0-2小时的热处理；3)将上述薄带破碎成粒度为50-2000微米的粉末；4)对初步破碎的磁粉在350-550℃的高纯氮气2-20小时；上述磁粉制备工艺，步骤1)的熔体快淬，铜辊的表面线速度范围是10-50m/s，所制备快淬薄带厚度在20μm-500μm之间。当辊速低于30m/s时，其显微组织具有以下特征：由R、T、M1元素组成的主相具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构，晶粒尺寸为10-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种各向同性稀土永磁粉，其特征在于稀土永磁粉由母合金氮化得到，其母合金以原子百分比所表示的组成成分为：RxT100－x－y－zM1yM2z式中，R是稀土元素Sm或者Sm与其他稀土元素的组合，5≤x≤20；T是铁或者是铁和钴；M1是Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W中至少一种元素，0.1≤y≤10；M2是Cu、Zn中至少一种元素，1≤z≤10；所述永磁粉，其母合金由两类相构成，一类是由R、T、M1元素组成，具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构的主相，另一类是由R、M2元素组成的晶界相。

【技术特征摘要】
1.一种各向同性稀土永磁粉，其特征在于稀土永磁粉由母合金氮化得到，其母合金以原子百分比所表示的组成成分为：RxT100－x－y－zM1yM2z式中，R是稀土元素Sm或者Sm与其他稀土元素的组合，5≤x≤20；T是铁或者是铁和钴；M1是Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W中至少一种元素，0.1≤y≤10；M2是Cu、Zn中至少一种元素，1≤z≤10；所述永磁粉，其母合金由两类相构成，一类是由R、T、M1元素组成，具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构的主相，另一类是由R、M2元素组成的晶界相。2.一种如权利要求1所述各项同性稀土永磁粉的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：1)以金属元素R、T、M1、M2作为原料，在氩气保护下进行感应熔炼，熔体使用速度为10－60m/s的水冷铜辊制备成厚度为10－500μm的快淬薄带、即熔体快淬；2)对快淬薄带在700－1000℃在氩气保护下进行0－2小时的热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱洁，卢赐福，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11