一种高性能钐钴烧结永磁体用超高压热处理的制备方法技术

本发明专利技术提供一种高性能钐钴烧结永磁体用超高压热处理的制备方法，包括步骤：配料、熔炼合金铸锭、气流磨制粉、混粉、取向制坯和热处理。本发明专利技术通过制粉和热处理工艺上的创新，使粉末的平均粒度降至亚微米级，之后，采用高真空预烧，超高压(900MPa以上)烧结、固溶、回火，降低了永磁体热处理温度，同时缩短了热处理时间，因而提高了热处理效率，而且，制备的钐钴永磁体的胞状微结构完整程度高、尺寸合适、均匀性好，从而使磁体在剩磁、最大磁能积保持不变的前提之下，大幅提高了内禀矫顽力。

Preparation of a High Performance Samarium Cobalt Sintered Permanent Magnet by Ultra High Pressure Heat Treatment

The invention provides a preparation method of ultra-high pressure heat treatment for high performance samarium-cobalt sintered permanent magnet, including steps: proportioning, melting alloy ingot, airflow milling, powder mixing, orientation billet making and heat treatment. The invention reduces the average particle size of powders to submicron level through innovation in powder making and heat treatment process, and then uses high vacuum pre-firing, sintering, solid solution and tempering under ultra-high pressure (over 900MPa), reduces the heat treatment temperature of permanent magnets, shortens the heat treatment time, thereby improving the heat treatment efficiency, and the cellular microstructural integrity of samarium cobalt permanent magnets prepared. High, suitable size and good uniformity make the intrinsic coercivity of the magnet greatly improved on the premise that the remanence and maximum magnetic energy product remain unchanged.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能钐钴烧结永磁体用超高压热处理的制备方法
本专利技术涉及稀土永磁材料领域，确切地说是一种高性能钐钴烧结永磁体。
技术介绍
钐钴稀土永磁体因其低剩磁可逆温度系数，耐腐蚀和耐高温这样无法替代的优势，已发展成为航空航天、电机工程、磁力机械、微波通讯、仪器仪表等领域不可或缺的重要金属功能材料之一。它的特点是矫顽力、居里温度高，抗腐蚀性好，且抗锈蚀能力极强，所以，与钕铁硼相比，钐钴永磁体能在高温、潮湿环境中长期稳定工作，很适合用来制造各种高性能的永磁电机及工作环境十分复杂的应用产品。近几年，随着稀土永磁材料应用领域向纵深发展，对产品质量和稳定性要求越来越高，市场对钐钴磁体的需求进一步增长。例如最大磁能积(BH)max≥30MGOe，使用温度达到-60～350℃，剩磁温度系数优于-0.03％/K的高性能钐钴磁体可替代高温条件下钕铁硼磁铁。而高温条件下使用的烧结钕铁硼磁体约占全部烧结钕铁硼磁体的10％-20％，其中有很大一部分已经或即将转用钐钴磁体，在未来几年保守估计钐钴磁体市场总容量将超过1万吨，市场前景非常广阔。与烧结钕铁硼永磁材料相比，钐钴永磁材料生产技术含量高和工艺要求更加严格，钐钴永磁体的矫顽力机理是畴壁钉扎，更加依赖于微观结构，在高温(180℃以上)、恶劣环境下，烧结钐钴永磁材料的磁性能及使用寿命远远高于钕铁硼永磁，且无需电镀。而且相比高温条件使用的烧结钕铁硼材料，钐钴永磁材料无需添加重稀土元素镝、铽，对我国重稀土资源的合理利用起到积极的作用，具有十分重要的战略意义。另一方面，钐和镨钕一般为伴生矿，而相比镨钕金属钐使用面相对单一，造成了氧化钐的大量囤积，所以钐钴永磁体的生产也有利于我国轻稀土资源的合理利用。近年来，客户对钐钴永磁体产品性能要求越来越高，包括最大磁能积和内禀矫顽力，而对于钐钴烧结永磁体而言，内禀矫顽力和最大磁能积是一对矛盾的物理量。通常，我国钐钴烧结永磁体生产厂家制备的32H牌号的磁体，内禀矫顽力～18kOe，不能满足市场日益增长的对高内禀矫顽力的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有高性能钐钴烧结永磁体内禀矫顽力不高的缺点，提供一种高性能钐钴烧结永磁体用超高压热处理的制备方法。与现有技术相比，本专利技术采用高真空预烧，超高压烧结、固溶、回火，通过严格控制每道工序的超高压压强，大幅度降低了热处理温度、缩短了热处理时间、提高了热处理效率；同时，减小了气流磨工序制得的磁粉的面积平均粒度SMD，从而进一步降低了热处理温度。采用本专利技术制备的钐钴烧结永磁体的胞状微结构完整程度高、尺寸合适、均匀性好，所以，制备的钐钴烧结永磁体在最大磁能积保持不变的前提之下，大幅度提高了内禀矫顽力。本专利技术的技术方案为：一种高性能钐钴烧结永磁体用超高压热处理的制备方法，包括步骤：配料、熔炼合金铸锭、气流磨制粉、混粉、取向制坯和热处理，所述热处理包括以下步骤：(1)低温预烧结后，加热到低温烧结温度，此过程中，充入Ar气至超高压，烧结；(2)冷却到低温固溶温度，然后控制超高压的压强，固溶处理；(3)超高压低温等温退火热处理，缓冷，淬火。优选的，所述步骤中的气流磨制粉采用的气体优选He气，气流磨制粉的粉末面积平均粒度SMD为800～990nm。通常来看，钐钴烧结永磁体的制造厂家无论是采用气流磨还是搅拌球磨制粉，粉末的SMD多为3～5μm。研究显示，钐钴烧结永磁体的烧结温度与粉末粒度大小、分布和烧结时的压强有关：粒度越细，热处理温度越低。优选的，所述热处理步骤(1)中抽高真空至小于1.0*10-5Pa，在940～945℃预烧20～30min。优选的，所述热处理步骤(1)中低温烧结时超高压压强为900～1000MPa，在1000～1010℃烧结45～60min。优选的，所述热处理步骤(2)中低温固溶时超高压压强为1000～1100MPa，在980～990℃固溶60～90min。优选的，所述热处理步骤(3)中回火时超高压压强为900～1000MPa，随着缓冷的进行，压强会降低，加一个精密控制压强的装置，随时补充气体，使压强保持不变，在780～790℃等温退火热处理180～210min，然后以1.5～2℃/min的冷速冷却到380～390℃。超高压烧结：钐钴永磁体的烧结过程属于液相烧结，其大致可分为三个阶段：(1)液相的生成与流动；(2)溶解与析出；(3)固相烧结。这三个阶段没有明显的界限，相互交叉与重叠，可以说是同时进行。超高压烧结可以增加毛细血管力，加快在液相生成与流动过程中的粉末颗粒位移速度，同时，提高在溶解与析出过程中的球状颗粒的相互作用力，而且，推进在固相烧结过程中的烧结颈的生长速度。不仅如此，还会显著降低烧结温度和减少烧结时间。超高压固溶：钐钴永磁体的制备过程中，固溶工序的作用包括：(1)使永磁体进一步致密化；(2)最主要的作用是，使固溶后的永磁体由单一的1:7H相组成，这是生产高矫顽力钐钴烧结永磁体的最关键工艺之一，超高压固溶可以明显提高相转变的速度，同时还会大幅降低固溶温度和减少固溶时间。超高压回火：钐钴烧结永磁体的回火工序非常复杂，其作用类似于“调幅分解”，在回火过程中，单一的1:7H相全部转化成1:5H胞壁相和2:17R主相，体现在微观结构上，则为胞状微结构的生成，同时伴随着铜元素向1:5H胞壁相的扩散和铁元素向2:17R胞内主相的扩散。超高压回火制备钐钴烧结永磁体的胞状微结构完整程度高、尺寸合适、均匀性好，同时，降低了等温退火热处理温度、减少了等温退火热处理时间和缓冷时间。以上三个作用共同作用才能实现本专利技术的实施效果，即降低了永磁体热处理温度，同时缩短了热处理时间，因而提高了热处理效率，而且，磁体在剩磁、最大磁能积保持不变的前提之下，大幅提高了内禀矫顽力。稀土永磁材料的矫顽力是结构敏感磁参量，钐钴烧结永磁体的矫顽力机理是畴壁钉扎，胞状微结构完整程度、尺寸、均匀性是其内禀矫顽力的主要影响因素。研究表明，胞状微结构的尺寸小于50nm或者大于200nm，磁体的内禀矫顽力不高。与常规制备方法相比，采用本专利技术制备的钐钴烧结永磁体胞状微结构完整程度高、尺寸合适(平均尺寸80～100nm)、均匀性好，所以，制备的钐钴烧结永磁体兼有高最大磁能积和高内禀矫顽力。与现有技术相比，本专利技术的优点是：本专利技术制备的磁体在剩磁、最大磁能积保持不变的前提之下，内禀矫顽力提高了20％～40％；本专利技术的回火时间降低了30％～70％；本专利技术的固溶时间降低了30％～40％。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。对比例1配料、熔炼合金铸锭、气流磨制粉&混粉、取向制坯和热处理。其中，热处理包括以下步骤：(1)预烧结后，加热到烧结温度，此过程中，充入Ar气至正压，烧结；(2)冷却到固溶温度，然后控制压强，固溶处理；(3)等温退火热处理，缓冷，淬火。其中，气流磨制粉的粉末面积平均粒度SMD为4.5μm。热处理步骤(1)中抽高真空至1.0*10-2Pa，在1185℃预烧30min。热处理步骤(1)中烧结时压强为3atm，在1205℃烧结90min。热处理步骤(2)中固溶时压强为3atm，在1180℃固溶120min。热处理步骤(3)中回火时压强为3atm，在8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能钐钴烧结永磁体用超高压热处理的制备方法，包括步骤：配料、熔炼合金铸锭、气流磨制粉、混粉、取向制坯和热处理，其特征在于：所述热处理包括以下步骤：(1)低温预烧结后，加热到低温烧结温度，此过程中，充入Ar气至超高压，烧结；(2)冷却到低温固溶温度，然后控制超高压的压强，固溶处理；(3)低温超高压等温退火热处理，缓冷，淬火。

【技术特征摘要】
1.一种高性能钐钴烧结永磁体用超高压热处理的制备方法，包括步骤：配料、熔炼合金铸锭、气流磨制粉、混粉、取向制坯和热处理，其特征在于：所述热处理包括以下步骤：(1)低温预烧结后，加热到低温烧结温度，此过程中，充入Ar气至超高压，烧结；(2)冷却到低温固溶温度，然后控制超高压的压强，固溶处理；(3)低温超高压等温退火热处理，缓冷，淬火。2.根据权利要求1所述的一种高性能钐钴烧结永磁体用超高压热处理的制备方法，其特征在于：所述气流磨制粉的粉末面积平均粒度SMD为800～99...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙威，张鹏杰，李炳山，全小康，张威峰，胡国辉，熊君，刘冬，王峰，刘辉，王继全，王倩，贾立颖，
申请(专利权)人：北矿磁材阜阳有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34