运用电子束加热快速制备纳米双相复合永磁材料的方法技术

本发明专利技术公布了一种运用电子束加热快速制备纳米双相复合永磁材料的方法，首先制备稀土过渡族金属合金，然后运用快淬技术将合金制备成为非晶薄带，再运用电子束对非晶薄带快速加热，快速冷却后得到成分和微观结构均匀的纳米双相复合永磁材料。该方法在0.1～1秒的时间内就可使非晶材料升温至1000℃或更高的温度，并发生晶化，制备效率高效，所制备的纳米双相复合永磁材料材料晶粒细小均匀且性能优异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及永磁材料的制备领域，具体涉及一种运用电子束加热快速制备纳米双相复合永磁材料的方法
技术介绍
稀土永磁材料是一种重要的基础功能材料，在信息与能源领域占有重要地位。由稀土永磁材料构成的功能器件已成为计算机、网络信息、通讯、航空航天、交通、办公自动化、家电、人体健康、保健、发电与动力等高新
的核心功能器件。一般认为，磁性材料是当前仅次于半导体材料在高新技术与传统技术中具有广泛应用的一类功能材料。一个国家人均消耗稀土永磁材料的数量已经成为衡量该国家富裕水平的尺度之一。因此开展稀土永磁材料的研究具有十分重要的意义。稀土永磁材料真正意义上的研究要从1966年美国Dayton大学的K.J.Strnat等人专利技术的第一代SmCo5开始，并且在此之后不到20年的时间里，永磁材料获得了雨后春笋般的发展，先后出现了第二代永磁材料Sm2Co17(1977年)和第三代永磁材料Nd2Fe14B(1983年)，并由此旋起了上个世纪末期全世界范围研究和探索新一代永磁材料的热潮。代表性工作包括(1)稀土铁氮间隙型氮化物。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铁合金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，可与钕铁硼媲美。(2)纳米双相复合永磁材料。1988年荷兰菲利普的Coehoom等人首先在Nd4Fe77.5B18.5的材料中发现了剩磁增强效应，而这种效应是源于硬磁性相Nd2Fe14B和软磁性相Fe纳米晶粒间的交换耦合相互作用。1991年德国的Kneller等人从理论上阐述了纳米晶尺度的硬磁性相和软磁性相之间的交换耦合可使材料同时获得硬磁性相的高矫顽力和软磁性相的高饱和磁化强度，因此可具有很高的磁能积。1993年Skomski和Coey等人从理论上预测若能实现硬磁性相的方向性排列，那么各向异性的纳米双相复合永磁材料在理论上的最大磁能积可达到125MGOe左右。纳米双相复合永磁材料由于在理论上具有超高的最大磁能积以及可用于制备粘结或烧结磁体，因此受到了广泛的关注和研究。稀土铁硼化合物与α-Fe或Fe3B构成的纳米晶双相复合永磁材料是一种典型的纳米晶双相复合永磁材料。为了使硬磁性相和软磁性相实现较强的耦合效应，就必须将硬磁性相和软 磁性相的晶粒尺寸控制在纳米级，而且软磁性相的晶粒尺寸必须小于或与硬磁性相稀土铁硼畴壁厚度的两倍尺度(10nm)相当，为此必须采取合适的技术去实现这种微观结构。已有的研究表明，运用快淬技术可以制备Nd2Fe14B或Pr2Fe14B为基的纳米双相复合永磁材料，现有的技术路线有两条：(1)将富铁的稀土铁硼合金运用快淬技术直接制备为纳米双相复合永磁材料。该方法的优点是工艺简单，成本低；缺点是由于辊速适中，因此获得的晶粒较粗，且由于自由面和贴辊面冷却速度不同，所以样品的微观结构和磁性能并不均匀；(2)将富铁的稀土铁硼合金运用快淬技术先制备成非晶，然后再通过晶化处理获得纳米双相复合永磁材料。该方法的优点是获得的晶粒较为细小，且微观结构也较为均匀；不足是常规的退火工艺升温时间偏长，效率不高。本专利技术提出了一种通过电子束加热制备纳米双相复合永磁材料的方法，该方法在0.1-1秒的时间范围内就可以实现对富铁的钕铁硼非晶薄带的快速加热和晶化，制得的纳米双相复合材料晶粒细小均匀，永磁相和软磁相容易实现高效的交换耦合，最终制备的材料表现出了单一磁性相的行为和优异的磁性能，这说明这种方法非常有效。相对于常规的退火处理，该方法加热速率极高，同时加热区域也非常均匀且容易实现，而获得的材料性能均优于常规退火制备的材料性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快速制备纳米双相复合永磁材料的方法，要求该制备方法简单易行，效率高，且获得的纳米双相复合永磁材料具有均匀的微观结构和优异的磁性能。本专利技术的技术方案如下：一种快速制备纳米双相复合永磁材料的方法，包括以下步骤：1)制备稀土过渡族金属合金Rx(Fe,M)y(B,C)z，其中R代表包括Y在内的所有稀土元素中的一种或几种；M代表金属中的一种或多种；x、y和z代表原子比，其中3≤x≤11，83≤y≤93，4≤z≤10，x+y+z＝100；元素M与Fe的原子比介于1:99～10:90之间；C与B的原子比介于1:99～60:40之间；2)将上述合金运用快淬技术制备成为非晶薄带；3)运用电子束对步骤2)制备的非晶薄带快速加热，快速冷却后得到成分和微观结构均匀的纳米双相复合永磁材料。上述制备方法，步骤1)可以运用电弧熔炼或感应熔炼技术制备稀土过渡族金属合金Rx(Fe,M)y(B,C)z，其中R优选为La,Ce,Pr,Nd,Tb,Dy等，M优选为Co,Nb,Zr,Ga,Cu,Al,V,Cr等。步骤2)运用快淬技术，在适当辊速(10～50m/s)条件下将步骤1)的合金制备成为非晶薄带，非晶薄带的宽度在3～5mm，厚度在0.3～0.5mm。步骤3)将非晶薄带放入电子束加热腔中，抽真空至8×10-4～3×10-3帕，运用电子束对非晶薄带快速加热，其中电子束的加速电压优选为5～30千伏，加速电流优选为0.5～10毫安，以及持续加热时间优选为0.1～1秒。上述方法采用电子束加热技术对非晶薄带实现快速加热，在0.1秒的时间内就可以将非晶薄带加热至指定的晶化温度，且在0.1-1秒左右的时间范围内使非晶薄带实现快速晶化。加热晶化后的非晶薄带可以通过水冷等方式快速实现冷却，获得纳米双相复合永磁材料。本专利技术方法制备的纳米双相复合永磁材料包括一类硬磁性相(譬如R2Fe14B等)和另一类软磁性相(譬如α-Fe、Co或Fe3B)，硬磁性相晶粒尺寸在10～50纳米之间，软磁性相晶粒尺寸在3～20纳米之间，软磁性相的体积含量在5～60％，在磁性测试上表现出单一磁性相的行为。本专利技术利用电子束加热的方法制备纳米双相复合永磁材料，在0.1～1秒的时间内可使非晶材料升温至1000℃或更高的温度，并发生晶化，然后快速冷却，其制备效率是当前众多制备纳米双相复合永磁材料方法中最为高效的。该技术将富铁的稀土铁硼非晶薄带快速加热晶化成为晶粒细小均匀且性能优异的纳米双相复合永磁材料，明显改善了传统晶化退火工艺制备纳米双相永磁材料工艺时间长且微结构和磁性能不均匀的问题，非常适用于纳米双相复合永磁材料的制备。附图说明图1是实施例1运用电子束加热晶化获得的软磁性相体积分数为15％左右的Nd10Fe83.3B6.2Nb0.2Cu0.3纳米晶双相复合永磁材料的微观结构图。图2是实施例1运用电子束(实线)和常规退火炉(虚线)加热晶化获得的软磁性相体积分数为15％左右的Nd10Fe83.3B6.2Nb0.2Cu0.3纳米晶双相复合永磁材料的磁滞回线。图3是实施例4运用电子束加热晶化获得的软磁性相体积分数为35％左右的Nd6Pr2Fe84.3Co1B6.2Zr0.2Ga0.3纳米晶双相复合永磁材料的微观结构图。图4是实施例4运用电子束(实线)和常规退火炉(虚线)加热晶化获得的软磁性相体积分数为35％左右的Nd6Pr2Fe84.3Co1B6.2Zr0.2Ga0.3纳米晶双相复合永磁材料的磁滞回线。具体实施方式下面通过具体实施例进一步对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速制备纳米双相复合永磁材料的方法，包括以下步骤：1)制备稀土过渡族金属合金Rx(Fe,M)y(B,C)z，其中R代表包括Y在内的所有稀土元素中的一种或多种；M代表金属中的一种或多种；x、y和z代表原子比，其中3≤x≤11，83≤y≤93，4≤z≤10，x+y+z＝100；元素M与Fe的原子比介于1:99～10:90之间；C与B的原子比介于1:99～60:40之间；2)将步骤1)制备的稀土过渡族金属合金运用快淬技术制备成为非晶薄带；3)运用电子束对步骤2)制备的非晶薄带快速加热，然后快速冷却，得到成分和微观结构均匀的纳米双相复合永磁材料。

【技术特征摘要】
1.一种快速制备纳米双相复合永磁材料的方法，包括以下步骤：1)制备稀土过渡族金属合金Rx(Fe,M)y(B,C)z，其中R代表包括Y在内的所有稀土元素中的一种或多种；M代表金属中的一种或多种；x、y和z代表原子比，其中3≤x≤11，83≤y≤93，4≤z≤10，x+y+z＝100；元素M与Fe的原子比介于1:99～10:90之间；C与B的原子比介于1:99～60:40之间；2)将步骤1)制备的稀土过渡族金属合金运用快淬技术制备成为非晶薄带；3)运用电子束对步骤2)制备的非晶薄带快速加热，然后快速冷却，得到成分和微观结构均匀的纳米双相复合永磁材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)运用电弧熔炼或感应熔炼技术制备稀土过渡族金属合金。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中R为La,Ce,Pr,Nd,Tb和Dy中的一种或多种，M为Co,Nb,Zr,Ga,Cu,Al,V和Cr中的一种或多种。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩景智，田海东，许壮，张银峰，张晓东，孔祥东，刘顺荃，杨金波，韩立，
申请(专利权)人：北京大学，中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11