一种稀土钴基复合材料制造技术

本发明专利技术公开的稀土钴基复合材料，其中稀土钴基复合材料的主要原料组成包括质量分数为40wt％‑98.55wt％的基体和余量的外加稀土氧化物，基体为钐钴基复合材料，稀土钴基复合材料中的稀土氧化物包括由钐钴基复合材料中稀土元素经氧化而成的内生稀土氧化物和外加稀土氧化物。本发明专利技术通过外加稀土氧化物增加第二相氧化物的数量以提高稀土钴基材料的力学性能和降低原料成本，同时通过调整成分和制备工艺极大减弱了稀土氧化物增多带来的磁性能的恶化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种稀土钐钴永磁材料，特别是一种稀土钴基复合材料。
技术介绍
近年来，功能材料的不断发展有力地促进了人类社会的社会进步，永磁材料是功能材料中的一种，由于其具有能量转化功能和各种磁物理效应，目前已经广泛用于当今信息社会。稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它比磁钢的磁性能高100多倍，比铁氧体、铝镍钴性能优越得多。由于稀土永磁材料的使用，不仅促进了永磁器件向小型化发展，提高了产品的性能，而且促使某些特殊器件的产生，所以稀土永磁材料一出现，立即引起各国的极大重视，发展极为迅速。稀土永磁材料按成分可主要分为：1.稀土钴永磁材料，包括稀土钴(1-5型)永磁材料SmCo5和稀土钴(2-17型)永磁材料Sm2Co17两大类；2.稀土钕永磁材料，NdFeB永磁材料；3.稀土铁氮(RE-Fe-N系)或稀土铁碳(RE-Fe-C系)永磁材料。稀土钴基材料是一种优异的高温永磁材料，由于其居里温度高(700℃～900℃)，矫顽力高(>25kOe)，温度稳定性好，因此稀土钴基材料在高温和高稳定性领域有着不可替代的作用，目前仍广泛应用于轨道交通、军事和航空航天等领域。钐钴永磁体出现于20世纪60年代，依据成份的不同分为SmCo5和Sm2Co17，分别为笫一代和笫二代稀土永磁材料，其具有较高的磁能积和可靠的矫顽力，虽然由于其原料是储量稀少的钐和战略金属钴，原料稀缺、价格昂贵而使其发展受到限制，随着钕铁硼材料的发展，其应用领域逐渐减少，但由于钐钴永磁体在稀土永磁系列中表现出良好的温度特性。与钕铁硼相比，钐钴更适合工作在高温环境中，因此在军工技术等高温严苛环境中仍然应用广泛。钐钴磁体的磁性能与磁粉的组织和粒度密切相关。对于各向异性永磁体来说，磁体中的磁晶都按照易磁化轴的方向排列，磁体的各向异性强，磁性能好；另外永磁合金由于晶粒的尺寸效应具有较高的矫顽力，制备晶粒尺寸较小的永磁合金，从而提高矫顽力也是钐钴永磁材料的发展方向之一，对于硬磁材料来说，得到高剩余磁化强度的重要条件是磁晶的各向异性强。现在众所周知的，虽然稀土钴基材料的高温磁性能和温度稳定性明显优于钕铁硼材料，但稀土钴基材料的力学性能较低，表现为易碎，易缺角和掉渣，严重影响机加工性能和使用性能，降低了生产成品率和限制了其使用范围。钐钴磁体在沿磁化方向和垂直于磁化方向的力学性能不一样，表现出明显的力学各向异性，一般而言，垂直于磁化方向的力学性能明显低于沿磁化方向，因此，提高钐钴磁体垂直于磁化方向上的力学性能是解决这一问题的有效途径。稀土钴基材料由于其本身特殊的晶体结构，材料表现为易脆性，类似陶瓷材料，仅通过改善热处理工艺很难改善其力学性能。另外，本领域中技术人员，普遍认为过多的稀土氧化物会极大的恶化稀土钴基材料的磁性能，因此在实际制备稀土钴基材料时，会严格控氧，稀土钴基材料的氧含量一般在1000ppm～3500ppm。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开了一种稀土钴基复合材料，在制备稀土钴基材料时，材料中稀土元素包括由合金中元素氧化而产生的内生稀土氧化物，并且稀土由于氧化而引入的氧含量在5000ppm以内。同时通过外加稀土氧化物以增加第二相氧化物的数量以提高稀土钴基材料的力学性能，同时通过调整成分和制备工艺极大减弱了稀土氧化物增多带来的磁性能的恶化。本专利技术公开的稀土钴基复合材料，稀土钴基复合材料的主要原料组成包括质量分数为40wt％-98.55wt％的基体和余量的外加稀土氧化物，基体为钐钴基复合材料，稀土钴基复合材料中的稀土氧化物包括由钐钴基复合材料中稀土元素经氧化而成的内生稀土氧化物和外加稀土氧化物(全文中外加稀土氧化物区别于内生稀土氧化物，由于工艺过程中在基体体系以外主动添加)。本方案中通过将稀土钴基复合材料中添加的稀土氧化物分为内生稀土氧化物和外加稀土氧化物，可以克服现有技术中控制氧含量而避免磁性恶化的问题，从而有效提高力学性能。但是本专利技术的技术人员在研究该技术的同时，还发现当稀土氧化物总量过高而超出本专利技术限定的上限时则会不利于烧结致密，而对力学性能的提升作用不明显，甚至有可能会影响其力学性能。优选的，外加稀土氧化物为1wt％～30wt％。本专利技术公开的稀土钴基复合材料的一种改进，在钐钴基复合材料中，稀土氧化物中还添加有占稀土氧化物总质量0.1wt％-10wt％的Co元素。本方案中，实施时，其稀土氧化物原料中不含有Co元素，本处的含量限定是产品由于Co元素扩散而渗透形成的。本专利技术公开的稀土钴基复合材料的一种改进，基体还包括Sn，其中Sn在基体中添加量为0wt％-10wt％(占基体的质量分数)。本方案中通过添加适量的锡粉，可以改善原料烧结致密性，低熔点的锡粉和磁粉B的主要作用一样，都是使磁体烧结致密，从而有利于提升产品的力学性能。优选的，Sn在基体中添加量为0wt％～5wt(占基体的质量分数)。本专利技术公开的稀土钴基复合材料的一种改进，钐钴基复合磁性材料的原料锡粉的平均粒径为3微米～400微米。优选的，锡粉的平均粒径为3微米～100微米。本专利技术公开的稀土钴基复合材料的一种改进，内生稀土氧化物在稀土钴基复合材料中含量为0wt～3wt％。本专利技术公开的稀土钴基复合材料的一种改进，稀土钴基复合材料中由稀土氧化物而引入的总氧含量为3000ppm～50000ppm；优选为，述钐钴基复合磁性材料中由稀土氧化物而引入的总氧含量为8000ppm～50000ppm。本专利技术公开的稀土钴基复合材料的一种改进，稀土钴基复合材料中由内生稀土氧化物而引入的氧含量为0ppm～5000ppm，其余为由外加稀土氧化物引入。本专利技术公开的稀土钴基复合材料的一种改进，稀土钴基复合材料在成型时，其热处理为将冷等静压得到的毛坯升温至1100℃～1250℃热处理1小时～6小时，再按0.1℃/min～4℃/min的冷却速度降至800℃～1200℃保温0小时～15小时并风冷到室温，再于750℃～900℃下保温5小时～40小时，再按0.1℃/min～4℃/min的冷却速度慢冷至350℃～600℃并保温0小时～10小时，再风冷至室温。通过对磁体成型时热处理工艺的控制，以多阶段成型控制的方法，实现了对磁体晶体生长、取向的控制，同时利于外加稀土氧化物在晶界掺杂，提升掺杂效率。本专利技术公开的稀土钴基复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)、基体的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭；2)、氢破；3)、气流磨；4)、磁粉混合；5)、取向成型、冷等静压、热处理得到稀土钴基复合材料；其中热处理为将冷等静压得到的毛坯升温至1100℃～1250℃热处理1小时～6小时，再按0.1℃/min～4℃/min的冷却速度降至800℃～1200℃保温0小时～15小时并风冷到室温，再于750℃～900℃下保温5小时～40小时，再按0.1℃/min～4℃/min的冷却速度慢冷至350℃～600℃并保温0小时～10小时，再风冷至室温。而本方案中的另一部分的氢破粉(进一步限定后，则例如下述氢破粉B)不添加外加稀土氧化物直接进行气流磨，本步骤视实际操作的有无而进行选择。制备和混合添加氢破粉B的目的是为了使磁体易烧结致密。并且通过该特定的热处理方式从而获得了更好的晶型结构和良好的掺杂效果，从而最大程度上发挥稀土氧化物的效能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土钴基复合材料，其特征在于，所述稀土钴基复合材料的主要原料组成包括质量分数为40wt％‑98.55wt％的基体和余量的外加稀土氧化物，所述基体为钐钴基复合材料，所述稀土钴基复合材料中的稀土氧化物包括由钐钴基复合材料中稀土元素经氧化而成的内生稀土氧化物和外加稀土氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种稀土钴基复合材料，其特征在于，所述稀土钴基复合材料的主要原料组成包括质量分数为40wt％-98.55wt％的基体和余量的外加稀土氧化物，所述基体为钐钴基复合材料，所述稀土钴基复合材料中的稀土氧化物包括由钐钴基复合材料中稀土元素经氧化而成的内生稀土氧化物和外加稀土氧化物。2.根据权利要求1所述的稀土钴基复合材料，其特征在于，在钐钴基复合磁性材料中，所述稀土氧化物中还含有占稀土氧化物总质量0.1wt％-10wt％的Co元素。3.根据权利要求1或2所述的稀土钴基复合材料，其特征在于，所述基体还包括Sn，其中Sn在基体中添加量为0wt％-10wt％。4.根据权利要求3所述的稀土钴基复合材料，其特征在于，所述钐钴基复合磁性材料的原料锡粉的平均粒径为3微米～400微米。5.根据权利要求1所述的稀土钴基复合材料，其特征在于，所述内生稀土氧化物在稀土钴基复合材料中含量为0wt～3wt％。6.根据权利要求1所述的稀土钴基复合材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，潘道良，苏广春，胡剑，梁永林，程书霞，
申请(专利权)人：宁波科星材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33