还原--扩散制造铁--稀土--硼系永磁材料的方法技术

本发明专利技术属于永磁材料制造方法的范围．其特征在于以Ｃａ（或ＣａＨ－［２］）直接还原出来的稀土氧化物。被还出的稀土金属再与Ｆｅ和Ｂ（或Ｆｅ－－Ｂ）以及部分Ｆｅ的替代物Ｍ的粉末相互扩散，直接成为具有以四方相结构为主体的铁－－稀土－－硼（Ｆｅ－－Ｒ－－Ｂ）系合金材料，可由化学式表达反应产物再经水或去负离子水清洗，去除ＣａＯ便得到所需的ＲｘＦｅｙＢｚ粉末，再经一系列粉末冶金工艺即可制成各种实用永磁体．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种永磁材料的制造方法，特别是用还原-扩散法制造具有四方相结构的铁-稀土-硼(Fe-R-B)系合金。永磁材料是重要的磁性材料，七十年代以来已发展起来一种以SmCo5和Sm(Co Cu Fe Zr)7·4为代表的稀土和Co的化合物永磁材料，它具有很高的磁性能。但由于这种合金中含有大量的Sm和Co，因此价格昂贵，其使用受到限制。为解决这个问题，许多工作者着手对Fe和富有稀土元素之间的化合物进行了大量的研究。日本住友特殊钢公司1982年专利技术了Fe-R-B系永磁合金，即日本专利JP145072/82。与Sm-Co系合金比较，Fe-R-B系合金生成的是四方相，而Sm-Co系则是六方相或菱方相。Fe-R-B系永磁合金的专利技术人佐川真仁在一系列专利申请中，日本专利JP 145072/82JP 200204/82JP 5814/83JP 37898/83JP 84859/83JP 94876/83和国际专利84-057592，提出了该合金的制造方法是用纯稀土金属R与Fe、Co、B按一定比例配置，用真空感应炉冶炼成锭，然后再用粉末冶金技术制成实用永磁体。由于纯稀土金属是由稀土氧化物电解或萃取得到的，因此成本仍较高，能源消耗大。本专利技术的目的是在不使磁性降低的情况下，提供一种制造Fe-R-B系永磁材料的廉价的方法，即采用稀土氧化物为原料，经过还原-扩散，一次制成合金。这样不仅大大减少了能源的消耗，而且降低了原材料的成本，就原材料本身就比冶炼法降低成本60%。本专利技术的基本依据是Ca(或CaH2)比任何稀土元素(包括Y、Sc)都活泼，因此原则上Ca可以把任何稀土从它们的氧化物中还原出来。如果采用的粉末原材料颗粒度合适，而且工艺选择得当，则R就可与Fe及Fe-B粉以及其它金属粉末相互扩散成合金，以Fe-R-B合金为例，用下列反应式表示得到的合金再经净化，去除CaO，然后用粉末冶金法制成实用磁体。因此，本专利技术是以Ca(或CaH2)还原一种稀土氧化物(包括Y和Sc的氧化物)或两种以上的稀土氧化物，然后再与其他组元相互扩散成为一般式为RxFe1-x-u-v-w Cou Bv Mw 的永磁合金为特征的制造方法。Fe-R-B系材料成为永磁材料是以其主要相是分子式为R2Fe14B的四方相化合物为前提的。因此应限定R在10～30at%，B在4～20at%，其余为Fe或Fe与部分Fe的替代物。如果R＜10at%不能形成四方相，R＞30at%，则会使主要相不是四方相而是非磁性的富R相。B＜4at%不能形成四方相，而B＞20at%则使合金的剩磁Br和最大磁能积(BH)max受到严重破坏。为了改善Fe-R-B系永磁材料的居里温度和抗氧化性，可以用部分Co取代Fe。随Co含量的增加，居里温度和抗氧化性提高，但Co含量超过30at%则矫顽力Hc严重下降，因此Co的替代范围为0～30at%。为了改善Fe-R-B系永磁材料的某些性能，还可以用其它金属M替代部分Fe，M包括Mn、Cr、Zr、Nb、V、Ta、Hf、Cu、Al、Ti、Si、Mo及其他过渡族金属，但替代的最大量不可超过15at%，否则会使剩磁严重下降。因此规定M的替代范围为0～15at%。合金的还原-扩散过程是在原材料为粉末的状态下进行的，当颗粒直径＞250μm时，进行还原-扩散过程极为困难，若颗粒直径＜50μm则容易氧化，而且成本高，因此限定颗粒直径在50～250μm。粉状料和金属Ca(或CaH2)混合、压实后，在氩气(或氢气)保护下进行还原-扩散。还原是指Ca(或CaH2)把R从其氧化物中还原出来，为了保证还原充分，还原温度最好选在Ca的熔点附近。扩散速度与扩散温度有关，温度越高，扩散速度越快，但不可超过合金的熔点，因此，还原-扩散温度选择在800～1150℃。还原-扩散过程进行后，需去除合金中含有的CaO。去除CaO最有效的办法是用水洗，因为CaO在水中的溶解度较大。但由于Fe-R-B材料粉末容易在水洗时与水中的氧离子作用而氧化，因此用去负离子水清洗效果较好。实验发现，用去负离子水清洗后得到的磁体的(BH)max最大磁能积比普通水清洗得到的磁体的(BH)max高15～20%。清洗如果在磁场中进行，则得到更好的效果，比不加磁场清洗最终磁体磁性能要高30%。清洗后的合金粉末再经球磨至5μm左右，然后在磁场中压制成型，再在氩气保护下烧结。当晶粒尺寸在1～80μm时，材料具有永磁性能。晶粒尺寸超过上述范围，则Hc＜1KOe。由于晶粒度与烧结温度直接有关，因此烧结温度和时间的选择应以获得理想的晶粒度来确定。烧结后再于500～600℃进行15～60分钟的时效处理，最后得到实用永磁体。本专利技术由于采用稀土氧化物为原料，直接经还原-扩散得到合金粉末，原材料的成本比以往的熔炼法低60%，而且工艺简单，减少能源消耗，使Fe-R-B系永磁材料的生产成本降低。实施例按Nd16Fe58Co18B8将颗粒直径为200μm的Nd2O3和Fe、Co、B粉末与化学计量150%的Ca混合，压结。于氩气下在830℃～1050℃进行还原-扩散7小时。将反应后产物置于磁场中，用去负离子水清洗至中性。所得到的合金粉进一步球磨至5μm，然后在磁场强度＞15KOe的磁场中使粉末粒子定向排列，压制成型。合金坯于1060℃烧结1小时，600℃时效1小时，得到如下磁性Br＝13.0KGiHc＝6.8KOe(BH)max＝36.0MGOe本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造铁－稀土－硼（Ｆｅ－Ｒ－Ｂ）系永磁材料的方法，其特征是用稀土（Ｒ）氧化物为原料，用Ｃａ（或ＣａＨ↓［２］）为还原剂，与Ｆｅ粉、Ｆｅ－Ｂ粉，以及用以部分取代Ｆｅ的其他金属Ｍ粉末混合，用还原－扩散法直接得到一般式为ＲｘＦｅ１－ｘ－ｕ－ｖ－ｗＣｏｕＢｖＭｗ的合金粉，然后再经净化、球磨、磁场成型、热处理，而制备成具有四方相结构的实用永磁体。

【技术特征摘要】
1.一种制造铁-稀土-硼(Fe-R-B)系永磁材料的方法，其特征是用稀土(R)氧化物为原料，用Ca(或CaH2)为还原剂，与Fe粉、Fe-B粉，以及用以部分取代Fe的其他金属M粉末混合，用还原-扩散法直接得到一般式为RxFe1-x-u-v-wCouBvMw的合金粉，然后再经净化、球磨、磁场成型、热处理，而制备成具有四方相结构的实用永磁体。2.根据权利要求1所规定的制造方法，其特征是所说的合金粉的一般式RxFe1-x-u-v-w CouBvMw 中，按原子百分比为0.10＜x＜0.300＜u＜0.300.40＜v＜0.200＜w＜0.153.根据权利要求1、2所规定的制造方法，其特征是一般式中的M包括Mn、Cr、Zr、Nb、V、Ta、Hf、Cu、Al、Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖耀福，孙光飞，周寿增，刘世强，张茂才，
申请(专利权)人：北京钢铁学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]