一种低成本单晶磁粉及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种低成本单晶磁粉及其制备方法与应用，属稀土永磁材料技术领域。该磁粉的组成成分为(Sm1‑αR1α)xT100‑x‑y‑z‑vM1yM2zNv。R1为La、Ce、Pr、Nd和Y中的至少一种；0.05

A Low Cost Single Crystal Magnetic Powder and Its Preparation Method and Application

The invention relates to a low-cost single crystal magnetic powder and its preparation method and application, belonging to the technical field of rare earth permanent magnet materials. The composition of the magnetic powder is (Sm1_alpha R1 alpha) xT100_x_y_z_vM1yM2zNv. R1 is at least one of La, Ce, Pr, Nd and Y; 0.05

【技术实现步骤摘要】
一种低成本单晶磁粉及其制备方法与应用
本专利技术属于稀土永磁材料
，且特别涉及一种低成本单晶磁粉及其制备方法与应用。
技术介绍
目前，稀土永磁作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。其中，Sm2Fe17Nx与Nd(Fe,M)12Nx被认为是下一代稀土永磁的候选者。Sm元素属于较稀缺的资源，全球产量有限，若大量生产Sm2Fe17N3永磁材料，将造成Sm元素供应紧张。使用其他稀土元素直接替代Sm会严重降低磁粉的矫顽力。因此，需要研究一种新的制备工艺，定制磁粉表面成分，制备新的永磁材料，在降低Sm含量的同时保持较高的磁性能。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种低成本单晶磁粉，该低成本单晶磁粉，成本较低并具有较优的磁性能。本专利技术的目的之二在于提供一种上述低成本单晶磁粉的制备方法，可用于定制磁粉表面成分，该方法操作简单，不仅有利于制备得到性能较优的低成本单晶磁粉，还适于工业化生产。本专利技术的目的之三在于提供一种上述低成本单晶磁粉的应用，例如可将其用于制备各向异性粘结永磁材料和各向异性烧结磁体。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：本专利技术提出一种低成本单晶磁粉，该低成本单晶磁粉以原子百分比表示的组成成分为：(Sm1-αR1α)xT100-x-y-z-vM1yM2zNv。其中，R1为La、Ce、Pr、Nd和Y中的至少一种；0.05<α<0.8；5≤x≤20；T为Fe与Co的组合，其中，Co的比例为1.0-15.0at％；M1为Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo和W中的至少一种，0.1≤y≤10；M2为Cu和Zn中的至少一种，0.1≤z≤10；0.5≤v≤20。本专利技术还提出一种由上述低成本单晶磁粉的制备方法，包括以下步骤：以金属元素Sm、R1、Fe、M1和M2作为贫Sm主合金原料，按照以原子百分比所表示的成分(Sm1-α’R1α’)xT100-x-y-z-vM1yM2zNv中除了N以外的元素比例配料，0.2<α’<0.8，熔炼并铸成铸片，然后进行第一次热处理。熔炼扩散源合金，扩散源合金以原子百分比表示的组成成分为：Smd(Fe1-βCoβ)100-d，其中，0.1<β<0.5，8<d<15。磨制扩散源合金，然后与易挥发的有机溶剂混合并喷洒于经第一次热处理后的铸片的表面，干燥并依次进行第二次热处理、氢化处理、脱氢处理、制粉和氮化。本专利技术还提出一种上述低成本单晶磁粉的应用，例如可将其用于制备各向异性粘结永磁材料和各向异性烧结磁体。本专利技术较佳实施例提供的低成本单晶磁粉及其制备方法与应用的有益效果包括：本专利技术较佳实施例提供的低成本单晶磁粉可以降低Sm含量，成本较低并具有较优的磁性能。其制备方法操作简单，不仅有利于制备得到性能较优的低成本单晶磁粉，还适于工业化生产。所得的低成本单晶磁粉可用于制备各向异性粘结永磁材料及各向异性烧结磁体。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的低成本单晶磁粉及其制备方法与应用进行具体说明。本申请提供的低成本单晶磁粉以原子百分比表示的组成成分为(Sm1-αR1α)xT100-x-y-z-vM1yM2zNv。其中，R1为La、Ce、Pr、Nd和Y中的至少一种0.05<α<0.8；5≤x≤20；T为Fe与Co的组合，其中，Co的比例为1.0-15.0at％；M1为Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo和W中的至少一种，0.1≤y≤10；M2为Cu和Zn中的至少一种，0.1≤z≤10；0.5≤v≤20。上述低成本单晶磁粉由母合金磁粉氮化而得，母合金磁粉由第一类相、第二类相和第三类相组成。其中，第一类相是由稀土元素Sm、R1及过渡金属元素T和M1组成并具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构的主相。第一类相的组成原子占母合金磁粉的80-99at％。该主相的作用主要是为低成本单晶磁粉提供磁性能。第二类相为富稀土辅助相，该富稀土辅助相中包括两种相，一种为非磁性相RM2，该非磁性相RM2的熔点低于900℃；另一种为R(T,M1)2相或R(T,M1)3。本申请中，上述非磁性相RM2中R由Sm和R1组成，R(T,M1)2及R(T,M1)3相中R也由Sm和R1元素组成。为了便于描述，本申请将元素Sm与R1统称为R。在一些实施方式中，非磁性相RM2的组成原子占母合金磁粉的0.5-10at％，和/或R(T,M1)2相的组成原子或R(T,M1)3相的组成原子占母合金磁粉的0.5-5at％。第三类相包括Sm、R1的氧化物以及难以避免的杂质。在制备低成本单晶磁粉的过程中应尽量减少第三类相。上述低成本单晶磁粉的制备方法例如可以包括以下步骤：熔炼主合金并铸成铸片。具体的，以金属元素Sm、R1、Fe、M1和M2作为贫Sm主合金原料，按照(Sm1-α’R1α’)xT100-x-y-z-vM1yM2zNv中除了N以外的元素比例配料，0.2<α’<0.8，在氩气保护下感应熔炼，熔体使用速度为2-20m/s的水冷铜辊铸成铸片。贫Sm主合金原料中，稀土元素中含有20-80at％的R1。La、Ce、Pr和Nd等R1元素能降低富稀土相的熔点，有利于在更低的温度下熔化并沿主相晶界分布，成为第二次热处理时Sm和Co原子的快速扩散通道，有利于形成更均匀的富Sm及Co外层。在一些实施方式中，速凝铸锭技术制备铸片时，例如可将铜辊的表面线速度范围控制在2-20m/s，将所得铸片的厚度控制在50μm-500μm之间，由此能够得到具有以下特征的显微组织铸片：主相(Sm,R1)2(Fe,M1)17化合物具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构，晶粒尺寸为0.2-5μm。采用上述速凝铸片技术有利于形成主相晶粒尺寸均匀、晶粒周围分布有富稀土辅助相的铸片组织，方便后续扩散反应和单晶的制备。值得说明的是，上述步骤制得的母合金主相中稀土R1含量较高，不能直接用于制造氮化物磁粉。为了使扩散反应后母合金铸片中心和表面Sm元素平均含量尽量均匀，主合金铸片厚度优选控制在500μm以内，更优地控制在300μm以内。进一步地，将所得的主合金铸片进行第一次热处理。在一些实施方式中，第一次热处理可以将主合金于750-1000℃以及大于一个大气压的氩气保护下进行5-120min。上述氩气优选为高纯度氩气，其纯度优选大于99.9999％。通过对所得的主合金铸片进行第一次热处理，一方面能够消除原主合金铸片中未能反应完全的α-Fe等杂相；另一方面能够调节主相的晶粒尺寸至2-10μm，减少主相晶粒上尖锐的边角。同时，还能消除快速冷却产生的亚稳相，形成稳定的主相和富稀土辅助相，并且富稀土辅助相依然均匀分布在主相晶粒间，其尺寸大致为0.01-2μm(优选为0.2-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本单晶磁粉，其特征在于，所述低成本单晶磁粉以原子百分比表示的组成成分为：(Sm1‑αR1α)xT100‑x‑y‑z‑vM1yM2zNv；其中，R1为La、Ce、Pr、Nd和Y中的至少一种；0.05

【技术特征摘要】
1.一种低成本单晶磁粉，其特征在于，所述低成本单晶磁粉以原子百分比表示的组成成分为：(Sm1-αR1α)xT100-x-y-z-vM1yM2zNv；其中，R1为La、Ce、Pr、Nd和Y中的至少一种；0.05<α<0.8；5≤x≤20；T为Fe与Co的组合，其中，所述Co的比例为1.0-15.0at％；M1为Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo和W中的至少一种，0.1≤y≤10；M2为Cu和Zn中的至少一种，0.1≤z≤10；0.5≤v≤20。2.根据权利要求1所述的低成本单晶磁粉，其特征在于，所述低成本单晶磁粉由母合金磁粉氮化而得，所述母合金磁粉由第一类相、第二类相和第三类相组成；所述第一类相是由稀土元素Sm、R1及过渡金属元素T和M1组成并具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构的主相；所述第二类是富稀土辅助相，所述富稀土辅助相包含两种相，一种为熔点低于900℃的非磁性相RM2；另一种为R(T,M1)2相或者R(T,M1)3相；所述非磁性相RM2、所述R(T,M1)2相及所述R(T,M1)3相中的R由稀土元素Sm和R1组成；所述第三类相包括Sm、R1的氧化物以及难以避免的杂质。3.根据权利要求2所述的低成本单晶磁粉，其特征在于，所述第一类相的组成原子占所述母合金磁粉的80-99at％；或，所述非磁性相RM2的组成原子占所述母合金磁粉的0.5-10at％；或所述R(T,M1)2相的组成原子或所述R(T,M1)3相的组成原子占所述母合金磁粉的0.5-5at％。4.根据权利要求2所述的低成本单晶磁粉，其特征在于，所述低成本单晶磁粉具有富Sm和Co的表层，所述富Sm和Co的表层的厚度为0.1-1μm；优选地，当所述富Sm和Co的表层的厚度为0.2μm时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢赐福，周庆，唐仁衡，
申请(专利权)人：广东省稀有金属研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44