一种高性能钐钴磁体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能钐钴磁体的制备方法，包括以下步骤：将金属钐与钴按照原子比1:5的比例混合，经过磁场取向成型，压制成块；将一定量的重稀土元素粉末与低熔点金属粉末加入到氯化镀锌溶剂中，形成混合溶液，将钐钴块体浸没到混合溶液中，采用电镀法在钐钴块体的上表面得到所需镀层，水洗后取出干燥；通过磁场作用，利用飞秒激光聚焦在钐钴电镀层上，使重稀土离子和低熔点金属在热场和磁场扩散至钐钴块体内部，形成高性能钐钴磁体。本发明专利技术采用飞秒激光技术，飞秒激光能量高，稀土元素和低熔点金属在电场和热梯度双重作用下，扩散深度更深，能够有效提高钐钴磁体的矫顽力，本发明专利技术可用于大块钐钴磁体的扩散。发明专利技术可用于大块钐钴磁体的扩散。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能钐钴磁体的制备方法


[0001]本专利技术涉及磁性材料
，具体涉及一种高性能钐钴磁体的制备方法。

技术介绍

[0002]钐钴磁铁比钕铁硼磁铁更受青睐，因为其工作温度范围广。最高工作温度达到350℃。在180
°
C以上，其最大磁能积、矫顽力、温度稳定性和化学稳定性都超过了钕铁硼永磁体。因此，它们被应用于各种领域，包括航空航天、医疗技术和机械工程。然而，钐钴在室温下的磁性能仍然落后于钕铁硼材料，特别是在矫顽力方面。
[0003]通过在钐钴磁铁中添加稀土元素，可以有效提高磁铁的矫顽力。通过在磁体表面涂抹低熔点的稀土元素混合物并在高温下扩散，稀土元素在磁体内部形成梯度分布，添加的稀土元素集中在晶界处，抑制了磁畴的移动，改善了矫顽力场。然而，这种方法的缺点是，由于浓度差有限，扩散深度不够，因此难以应用于大型磁体。此外，需要更高的温度来实现更长时间的扩散，这导致了其他异质相的形成，并影响了整体的磁性能。为了解决这个问题，专利（CN202210413611.3）一种高矫顽力扩散钐钴符合永磁磁体的制备方法中，专利技术了一种方法，通过使用飞秒激光在磁体内部钻孔，形成一个煤球状的磁体，并在磁体内部涂上扩散材料，从而在一定程度上提高材料的性能，然而，由于这种方法破坏了磁体的结构，在一定程度上降低了磁体的机械性能。此外专利技术人提出了（CN202210639220.3）一种大梯度高矫顽力钕铁硼材料的制备方法中提出了利用电场和热场的共扩散的制备方法，但该方法需要在磁体表面添加电极，制备步骤更加复杂，因此本专利技术提出了利用磁场和热场的共同作用将扩散离子扩散到磁体内部的方法，是一种无接触的制备方法，步骤更加简单，适合大规模生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提供一种高性能钐钴磁体的制备方法。
[0005]具体制备包括如下步骤：（1）配料阶段：将金属钐与金属钴按照原子比1:5的比例混合，经过磁场取向成型，压制成圆柱形磁体,磁体的直径为5
‑
12 mm，厚度5
‑
10 mm；（2）烧结阶段：在一定温度条件下进行气氛烧结，得到钐钴磁体；（3）电镀阶段：将一定量的稀土元素粉末与低熔点金属粉末经稀硝酸溶解后，加入到氯化镀锌溶剂中，形成混合溶液，将钐钴块体浸没到混合溶液中，采用电镀法在钐钴圆柱体的上表面镀一层10
‑
100 um厚的稀土与低熔点金属混合镀层，水洗后取出干燥；（4）扩散阶段：利用飞秒激光聚焦在钐钴磁体的电镀层上，光斑位于磁体上表面电镀层的中心位置，激光融化稀土和低熔点金属的同时在磁体上下表面形成大温度梯度，同时在磁体径向方向施加磁场，熔融的稀土离子和低熔点金属离子在热场和磁场作用下扩散至钐钴块体内部，最终获得大梯度高性能扩散磁体。
[0006]具体的，步骤（2）所述的烧结气氛条件为氩气或氮气保护，在500
‑
800 ℃时，进行
烧结保温6
‑
12 h。
[0007]具体的，步骤（3）所述的稀土元素为La, Pr, Tb, Er, Ce, Nd和 Gd稀土元素的一种或多种，所述低熔点金属为Cu或Al的一种或两种，稀土元素与低熔点金属的原子比为1：0.5
‑
3。
[0008]具体的，步骤（4）所述的磁场为强磁场，磁场大小为2
‑
5 T，所述的激光器为飞秒激光器，激光频率为80 MHz，波长为1030 nm，脉宽为100 fs，激光脉冲强度为50
‑
500 mJ，光斑直径为5
‑
10 mm。
[0009]与现有技术相比较，具有如下优势：1）利用飞秒高能激光器熔化稀土和低熔点金属，使稀土离子通过磁和热梯度的综合作用充分扩散到磁体中，是一种无接触的制备方法；2）与激光钻孔等三维扩散方法相比，不需要破坏磁体的结构；3）与传统的表面涂层扩散相比，扩散深度更大，可用于大型磁体的扩散，耗电量更小。
具体实施方式
[0010]下面结合具体实施方式及对比例对本专利技术作进一步阐述。
[0011]实施例1：一种高性能钐钴磁体的制备方法。
[0012]本专利技术的具体步骤如下：(1) 配料阶段：将金属钐与钴按照原子比1:5的比例混合成分混合后，在5 T磁场下充分取向并压制成直径为5 mm，厚度为5 mm的钐钴块体；(2) 烧结阶段：在氩气烧结气氛保护下，在500 ℃ 条件下，烧结保温10 h；(3) 电镀阶段：将一定量的Tb元素粉末与Bi金属粉末经稀硝酸溶解后，加入到氯化镀锌溶剂中，形成混合溶液，将钐钴块体浸没到混合溶液中，采用电镀法在钐钴圆柱体的上表面镀一层20 um厚的Tb和Bi的混合镀层，水洗后取出干燥；(4) 扩散阶段：采用Tangor超高功率300 W飞秒激光器，激光频率为80 MHz，波长为103 0nm，脉宽为100 fs，激光脉冲强度为100 mJ，光斑直径为5 mm，聚焦于样品表面，稀土Tb离子与Bi元素在热场和电场作用下扩散至钐钴块体内部，逐渐移动光斑位置，使得磁体整个上表面的扩散源充分扩散，最终形成大梯度高矫顽力扩散磁体。
[0013]比较例1：制备步骤同实施例1，区别在于步骤（4），即采用传统的高温涂敷扩散工艺。
[0014]实施例2：一种高性能钐钴磁体的制备方法。本专利技术的具体步骤如下：1)配料阶段：将金属钐与钴按照原子比1:5的比例混合后，在5T磁场下充分取向并压制成直径为12 mm，厚度为10 mm的钐钴块体；2)烧结阶段：在氮气烧结气氛保护下，在600℃时，烧结保温8 h；3)电镀阶段：将一定量的Dy元素粉末与Sn金属粉末经稀硝酸溶解后，加入到氯化镀锌溶剂中，形成混合溶液，将钐钴块体浸没到混合溶液中，采用电镀法在钐钴圆柱体的上表面镀一层100 um厚的稀土与低熔点金属混合镀层，水洗后取出干燥；4)烧蚀阶段：采用Tangor超高功率300W飞秒激光器，激光频率为40MHz，波长为1030nm，脉宽为100fs，激光脉冲强度为200 mJ，光斑直径为10 mm，使稀土Dy元素在热场和
电场作用下扩散至钐钴块体内部，逐渐移动光斑位置，使得磁体整个上表面的扩散源充分扩散，最终形成大梯度高矫顽力扩散磁体。
[0015]比较例1：制备步骤同实施例2，区别在于步骤（4），即采用传统的高温涂敷扩散工艺。
[0016]扩散工艺（对比例1、例2）得到的钐钴磁体的磁性能
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能钐钴磁体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：配料阶段：将金属钐与金属钴按照原子比1:5的比例混合，经过磁场取向成型，压制成圆柱形磁体,磁体的直径为5
‑
12 mm，厚度5
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10 mm；烧结阶段：在一定温度条件下进行气氛烧结，得到钐钴磁体；电镀阶段：将一定量的稀土元素粉末与低熔点金属粉末经稀硝酸溶解后，加入到氯化镀锌溶剂中，形成混合溶液，将钐钴块体浸没到混合溶液中，采用电镀法在钐钴圆柱体的上表面镀一层10
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100 um厚的稀土与低熔点金属混合镀层，水洗后取出干燥；扩散阶段：利用飞秒激光聚焦在钐钴磁体的电镀层上，光斑位于磁体上表面电镀层的中心位置，激光融化稀土和低熔点金属的同时在磁体上下表面形成大温度梯度，同时在磁体径向方向施加磁场，熔融的稀土离子和低熔点金属离子在热场和磁场作用下扩散至钐钴块体内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杭福，翁知豪，吴琼，俞能君，泮敏翔，葛洪良，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：