一种纳米复合永磁材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于永磁材料制备技术领域，具体涉及一种纳米复合永磁材料及其制备方法。本发明专利技术将生铁中的有害杂质P元素引入纳米复合永磁材料中，提高了纳米复合永磁材料的磁性能，达到充分利用资源的目的。本发明专利技术以磷铁、硼铁、纯铁和钕为原料，通过氩弧熔炼的方式制备出成分为Nd9Fe

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合永磁材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于永磁材料制备
，具体涉及一种纳米复合永磁材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由Nd2Fe
14
B晶粒与α
‑
Fe晶粒组成的纳米复合永磁材料具有较高的理论磁能积。由于在交换耦合长度内软磁相被硬磁相“硬化”，这种复合永磁材料不仅表现出超过0.5M
s
的剩余磁化强度，还由于软磁相中磁矩的反转受阻而保持了与原始硬磁相相当的矫顽力。理论上来说，当软磁相和硬磁相以最佳方式排列时，各向异性的Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料的综合磁性能远超Nd
‑
Fe
‑
B合金，但是现有技术很难获得理想模型所要求的微观结构，包括完全共格的相界面、均匀分布且具有一定晶体学取向的纳米级磁性粒子，因而通常在实验室中制备的Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料的磁能积远小于理论值。
[0003]P元素是铁中的一种有害杂质，在炼钢时会使钢的塑性下降，导致钢在冷加工中易断裂，即产生“冷脆”，但是如果将P元素引入Nd2Fe
14
B基纳米复合永磁材料中，却可以“变废为宝”。用P元素调控Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料的微观结构，不仅可以充分利用资源，又可以提高Nd2Fe
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B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料的磁性能。P元素在Nd2Fe
14
B相和α
‑
Fe相中具有较低的溶解度，并以游离的原子团簇的形式分布在晶界，适量的P元素在晶界处富集可以抑制主相晶核的长大过程，显著细化晶粒，这有利于增强软磁相和硬磁相之间的交换耦合作用，有利于提高材料的剩磁和剩磁比。P元素在晶界处的偏聚抑制了晶粒的长大使晶界密度增加，而晶界作为钉扎中心，其密度的增大会增强畴壁运动的阻力，进而提高Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料的矫顽力。另外，纳米复合永磁材料的界面处存在一定的自由体积，这种松散的界面结构不利于矫顽力的提高，引入的P元素聚集在晶界，对这些松散区域有填补作用，使晶界的原子分布变得更致密，这也可以增加矫顽力。综上所述，P元素的偏聚行为不仅可以减小磁性相的晶粒尺寸，同时也可以促进软磁相和硬磁相之间的交换耦合作用，材料的剩磁也得以增加，因此引入P元素后的Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料可以表现出较高的磁能积。
[0004]Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料的微观结构也受到制备工艺的影响，不同的冷却速度强烈影响着纳米复合永磁材料的微观结构和磁性能。
[0005]有鉴于此，有必要提供一种纳米复合永磁材料及其制备方法，能够控制微观结构，提高多方面的性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种纳米复合永磁材料及其制备方法，通过引入生铁中的有害杂质P元素，实现“变废为宝”，制备的Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料具有矫顽力高、磁能积大和热稳定性好等特点。
[0007]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0008]一种纳米复合永磁材料，该材料的分子式为Nd9Fe
85
B6‑
x
P
x
，其中x的范围为0～0.3且不为0；所述材料的相组成包含硬磁相和软磁相，硬磁相主要为Nd2Fe
14
B，软磁相主要为α
‑
Fe，软磁相和硬磁相的晶粒尺寸的主要分布范围为10～40nm，且硬磁性粒子具有一定的晶体学取向。
[0009]进一步地，如上所述的纳米复合永磁材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0010]1)通过氩弧熔炼将初始原料制备成成分为Nd9Fe
85
B6‑
x
P
x
的母合金锭，熔炼4
‑
5次；
[0011]2)打磨母合金锭表面的氧化皮并将其破碎，取部分合金锭放入石英管中；
[0012]3)将电磁感应加热炉内抽真空后，洗气3～4次，向炉内充入高纯氩气，采用感应加热的方式将合金锭融化；
[0013]4)通过试管上下部的压力差将熔融态的合金喷射到旋转的铜辊表面，即可得到具有纳米结构的Nd2Fe
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B/α
‑
Fe复合永磁材料。
[0014]进一步地，如上所述的纳米复合永磁材料的制备方法，步骤1)中，初始原料包含纯铁、纯钕、磷铁合金和硼铁合金。
[0015]进一步地，如上所述的纳米复合永磁材料的制备方法，纯铁中的铁、纯钕中的钕、磷铁合金中的磷和硼铁合金中的硼基于分子式Nd9Fe
85
B6‑
x
P
x
进行配料。
[0016]进一步地，如上所述的纳米复合永磁材料的制备方法，纯铁的纯度为99.9wt.％，硼铁合金中硼的比例为19.5wt.％，磷铁合金中磷的比例为24.66wt.％，纯钕的纯度为99.9wt.％。
[0017]进一步地，如上所述的纳米复合永磁材料的制备方法，步骤2)中，放入石英管中的合金锭质量为3～5g，石英管底部圆孔直径为0.5mm。
[0018]进一步地，如上所述的纳米复合永磁材料的制备方法，步骤3)中，将电磁感应加热炉内真空抽至8.0
×
10
‑4Pa。
[0019]进一步地，如上所述的纳米复合永磁材料的制备方法，步骤4)中，试管上下部的压力差为0.08MPa。
[0020]进一步地，如上所述的纳米复合永磁材料的制备方法，步骤4)中，合金喷射时石英管底部与铜辊表面的间距为2mm。
[0021]进一步地，如上所述的纳米复合永磁材料的制备方法，步骤4)中，铜辊转速调整为15～20m/s。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术将生铁中的有害杂质P元素引入Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料中，通过控制P元素的含量可以改善纳米复合永磁材料的微观结构，进而获得具有优异磁性能的Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料；另外，通过控制熔体快淬工艺中的工艺参数，可以进一步提高Nd2Fe
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B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料的磁性能。与传统的Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe纳米复合永磁材料相比，本专利技术所制备的材料具有磁能积高、矫顽力大、成本低等特点。因此利用P元素来提高Nd2Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合永磁材料，其特征在于：该材料的分子式为Nd9Fe
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B6‑
x
P
x
，其中x的范围为0～0.3且不为0；所述材料的相组成包含硬磁相和软磁相，硬磁相主要为Nd2Fe
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B，软磁相主要为α
‑
Fe，软磁相和硬磁相的晶粒尺寸的主要分布范围为10～40nm，且硬磁性粒子具有一定的晶体学取向。2.如权利要求1所述的纳米复合永磁材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：1)通过氩弧熔炼将初始原料制备成成分为Nd9Fe
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B6‑
x
P
x
的母合金锭，熔炼4
‑
5次；2)打磨母合金锭表面的氧化皮并将其破碎，取部分合金锭放入石英管中；3)将电磁感应加热炉内抽真空后，洗气3～4次，向炉内充入高纯氩气，采用感应加热的方式将合金锭融化；4)通过试管上下部的压力差将熔融态的合金喷射到旋转的铜辊表面，即可得到具有纳米结构的Nd2Fe
14
B/α
‑
Fe复合永磁材料。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海玲，钱二宝，冯永钊，卜晓宇，付开龙，李铭洁，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：