钐铁氮-铁铂双相纳米磁性材料及其制备方法技术

本发明专利技术钐铁氮－铁铂双相纳米磁性材料及其制备方法涉及按其矫顽力区分的无机材料磁体，该材料的组成为Ｓｍ↓［２］Ｆｅ↓［１７］Ｎ↓［３］－Ｆｅ↓［３］Ｐｔ，晶粒尺寸ｄ≤３０ｎｍ，基体相是硬磁性相２∶１７型稀土铁氮化物，它的易轴是取向的，软磁性相Ｆｅ↓［３］Ｐｔ具有纳米级体心立方相，高度弥散地分布在基体相内；其制备方法采用了原位自生制备方法，工艺过程如下：（１）母合金的熔炼，（２）合金的甩带（３）非晶合金薄带的晶化。本发明专利技术的磁性材料具有硬磁性相和软磁性相界面发生的交换耦合作用，发挥了磁性能的潜力，比单相硬磁材料有更高的磁学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案涉及无机材料的磁体，具体地说是钐铁氮-铁铂双相纳米磁性材料及其制备方法。
技术介绍
CN 94112455.X公开了以氮化硼或氮化硅为原料，与稀土和过渡金属原料一起直接熔炼制备出稀土过渡金属氮化物的技术；CN 94115443.2公开了利用三维空间高能冲击制粉机研磨出0.3μ-10μ大小的铁、钐、固体氮非晶态粉末，并把制成的粉末放入保护性气体氮下进行真空热处理，制成钐铁氮永磁体的技术；CN 95118887.9公开了一种高性能含RE的RE-Fe-B纳米晶合金，该合金的化学式为RExFeyCozBuMvCuw，式中M是一种或多种选自Nb、Mo、V、W和Ta的元素；CN 98102207.3公开了一种稀土-铁氮化物永磁材料的制备方法，是将至少一种为钠米粉术的稀土元素R、Fe和M按一定比例混合，经过机械合金化、晶化、氮化，获得1∶12型结构的稀土-铁氮化物R(Fe，M)↓[12]N↓[x]，其中M为Mo、V、Ti、Mn、W、Al、Si、Ca、Co、B；CN 01123722.8公开了一种用于制造粘结稀土永磁用的纳米复合永磁合金粉的制造方法，所述合金粉末含R3-10原子％(但R是从含Y的稀土元素中选择出来的至少一种)，B15-25％原子，Fe为余量(但该Fe量直至50％原子都可用Co取代)。上述现有无机材料的磁体都是单相的磁性材料，这类磁性材料的缺点是没有硬磁性相和软磁性相界面发生的交换耦合作用，没有发挥其磁性能的潜力。近期，理论界有人提出了磁体的取向各向异性模型，按照这种模型，基体相是硬磁性相稀土铁氮化物，它的易轴是取向的；软磁性相具有纳米级体心立方相，高度弥散地分布在基体相内，硬磁性相和软磁性相发生了强烈的交换耦合作用。具有这种模型的双相的磁性材料具有界面弹性交换耦合作用，双相中的硬磁性相具有很高的磁各向异性常数，从而使双相纳米复合材料具有比单相硬磁材料有更高的磁学性能。目前，这种磁体的取向各向异性模型尚未见公开实施的报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种钐铁氮-铁铂双相纳米磁性材料及其制备方法，它克服了现有单相的磁性材料的没有硬磁性相和软磁性相界面发生的交换耦合作用及没有发挥其磁性能的潜力的缺点，比单相硬磁材料有更高的磁学性能。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是本专利技术的钐铁氮-铁铂双相纳米磁性材料，其组成为Sm2Fe17N3-Fe3Pt，晶粒尺寸d≤30nm，基体相是硬磁性相2∶17型稀土铁氮化物，它的易轴是取向的，软磁性相Fe3Pt具有纳米级体心立方相，高度弥散地分布在基体相内。本专利技术的钐铁氮-铁铂双相纳米磁性材料的制备方法，采用了原位自生制备方法，其工艺过程如下(1)母合金的熔炼以纯度大于99.9％的铁、钐、铂为原料，质量配比为Sm∶Fe∶Pt＝8～10∶84～86∶4～8，将按配比进行配料的原料置于非自耗真空电弧炉也称纽扣炉中，在纯氩气保护下熔炼母合金，熔炼2～3次，每次2～3分钟，电流为50A～300A，制得铸态铁钐铂母合金Sm8～10Fe84～86Pt4～8；(2)合金的甩带将(1)步所制得的铁钐铂母合金放入石英管内，再将该石英管置于真空单辊熔体甩带机腔体内的高频感应线圈中，石英管底端离铜辊的距离为2～5mm，用高频感应线圈加热并熔化该母合金，通入氩气来控制储气压力罐内和甩带机腔体的压力差Δp，在Δp＝0.04～0.08压力差下将熔体喷射到线速度为25～40米/秒旋转的钼轮上，甩带制备出铁钐铂复合非晶合金薄带；(3)非晶合金薄带的晶化将(2)步所制得的铁钐铂复合非晶合金薄带装入瓷容器中，再置于外热管式真空炉中进行预退火处理，步骤是首先抽真空，真空度为5.0×10-3Pa，然后充入一个大气压的保护气体氩气，在温度350℃下，预退火30分钟，然后再进行晶化处理，即将预退火后的铁钐铂复合非晶合金薄带仍在该外热管式真空炉中，在真空度为5.0×10-3Pa、一个大气压氩气保护的条件下于700℃、或800℃进行晶化25分钟，制得复合纳米晶铁钐铂合金薄带，在该晶化过程中，Fe及Pt从基体相中原位析出，原位反应形成Fe3Pt软磁相；(4)纳米晶的氮化将第(3)步晶化完毕后的复合纳米晶铁钐铂合金薄带进行破碎处理，破碎后的粉术放于外热管式真空炉中，在氮化气氛为一个大气压、480℃的条件下进行氮化6小时，制得晶粒尺寸d≤30nm的组成为Sm2Fe17N3-Fe3Pt的钐铁氮-铁铂双相纳米磁性材料，其基体相是硬磁性相2∶17型稀土铁氮化物，它的易轴是取向的，软磁性相Fe3Pt具有纳米级体心立方相，高度弥散地分布在基体相内。本专利技术的有益效果是本专利技术采用原位自生制备方法，实现了对组成为Sm2Fe17N3-Fe3Pt的钐铁氮-铁铂双相纳米磁性材料的制取。经过SEM和Xay的微观分析得知，Pt和α-Fe在本专利技术制备方法的晶化工艺过程中从基体中同时析出，原位自生形成的软磁相Fe3Pt弥散分布在基体相内，生成了一种双相耦合磁性复合材料。这种双相耦合磁性复合材料的基体相是硬磁性相2∶17型稀土铁氮化物，其易轴是取向的；软磁性相Fe3Pt具有纳米级体心立方相，高度弥散地分布在基体相内，硬磁性相Sm2Fe17N3和Fe3Pt发生了强烈的交换耦合作用，因此这种双相耦合磁性复合材料比单相硬磁材料有了更高的磁学性能。Pt原子从铁基体中析出与α-Fe形成了一种的软磁相，符合了近期提出的取向各向异性模型。稀土金属间化合物吸收间隙原子后，一般都会保持母相的晶体结构，但是改变了其原子间距和原子周围的环境，从而使磁性能改变。例如Sm-Fe化合物居里温度降低，并且呈现面各向异性，但当一定量的轻元素进入其间隙位置后，其居里温度会有显著的提高。在本专利技术方法的纳米晶的氮化工艺中，N原子进入了R2(Fe，M)17晶格的9e间隙位，引起了晶格的膨胀，从而大大改善了这类化合物的磁性，因此获得了晶粒尺寸d≤30nm的Sm2Fe17N3-Fe3Pt复合超细纳米晶复合永磁体。与目前常用的方法相比，本专利技术的钐铁氮-铁铂双相纳米磁性材料的制备方法还具有设备简单，易操作的优点。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为铸态铁钐铂母合金Sm9Fe85Pt6的X射线衍射图谱。图2为铸态铁钐铂母合金Sm9Fe85Pt6的背散射图象，图2b为图2a的放大图。图3为铸态铁钐铂母合金Sm9Fe85Pt6的白区能谱图。图4为铸态铁钐铂母合金Sm9Fe85Pt6的灰区能谱图。图5为铁钐铂母合金Sm9Fe85Pt6甩带后晶化前的X射线衍射图谱。图6为铁钐铂母合金Sm9Fe85Pt6经过预退火、700℃晶化及氮化后的X射线衍射图，图6b为图6a的放大图。具体实施例方式图1铸态铁钐铂母合金Sm9Fe85Pt6的X射线衍射图谱中的符号■示为Sm2Fe17的强度峰值，●示为Pt5Sm的强度峰值，▲示为α-Fe(Pt)的强度峰值。通过能谱分析得知，图2中的黑区部分为α-Fe，灰色区域为含有铂、钐两种元素的Pt5Sm相。图3是铸态铁钐铂母合金Sm9Fe85Pt6的白区能谱图，显示该合金高含Pt量区域的元素组成和相对含量。图4是铸态铁钐铂母合金Sm9Fe85Pt6的灰区能谱图，显示该合金低含Pt量区域的元素组成和相对含量。从图5看出，甩带制备出本文档来自技高网...

【技术保护点】
钐铁氮－铁铂双相纳米磁性材料，其组成为Ｓｍ↓［２］Ｆｅ↓［１７］Ｎ↓［３］－Ｆｅ↓［３］Ｐｔ，晶粒尺寸ｄ≤３０ｎｍ，基体相是硬磁性相２∶１７型稀土铁氮化物，它的易轴是取向的，软磁性相Ｆｅ↓［３］Ｐｔ具有纳米级体心立方相，高度弥散地分布在基体相内。

【技术特征摘要】
1.钐铁氮-铁铂双相纳米磁性材料，其组成为Sm2Fe17N3-Fe3Pt，晶粒尺寸d≤30nm，基体相是硬磁性相2∶17型稀土铁氮化物，它的易轴是取向的，软磁性相Fe3Pt具有纳米级体心立方相，高度弥散地分布在基体相内。2.权利要求1所述的钐铁氮-铁铂双相纳米磁性材料的制备方法，其特征在于采用了原位自生制备方法，其工艺过程如下(1)母合金的熔炼以纯度大于99.9％的铁、钐、铂为原料，质量配比为Sm∶Fe∶Pt＝8～10∶84～86∶4～8，将按配比进行配料的原料置于非自耗真空电弧炉也称纽扣炉中，在纯氩气保护下熔炼母合金，熔炼2～3次，每次2～3分钟，电流为50A～300A，制得铸态铁钐铂母合金Sm8～10Fe84～86Pt4～8；(2)合金的甩带将(1)步所制得的铁钐铂母合金放入石英管内，再将该石英管置于真空单辊熔体甩带机腔体内的高频感应线圈中，石英管底端离铜辊的距离为2～5mm，用高频感应线圈加热并熔化该母合金，通入氩气来控制储气压力罐内和甩带机腔体的压力差Δp，在Δp＝0.04～0.08压力差下将熔体喷射到线速度为25～40米/秒旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔春翔，孙继兵，弓俊杰，杨薇，郭平，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：12[]