一種釤鈷系燒結材料的製備方法
2023-06-04 12:18:26 3
專利名稱：一種釤鈷系燒結材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及稀土永磁材料，具體的說， 涉及一種釤鈷系燒結材料的製備方法。
背景技術：
近年來，功能材料的不斷發展有力地促進了人類社會的社會進步，永磁材料是功能材料中的一種，由於其具有能量轉化功能和各種磁物理效應，目前已經廣泛用於當今信息社會。稀土永磁材料是現在已知的綜合性能最高的一種永磁材料，它比磁鋼的磁性能高100多倍，比鐵氧體、鋁鎳鈷性能優越得多。由於稀土永磁材料的使用，不僅促進了永磁器件向小型化發展，提高了產品的性能，而且促使某些特殊器件的產生，所以稀土永磁材料一出現，立即引起各國的極大重視，發展極為迅速。稀土永磁材料按成分可主要分為1.稀土鈷永磁材料，包括稀土鈷(1-5型)永磁材料SmCo5和稀土鈷(2-17型)永磁材料Sm2Co17兩大類；2.稀土釹永磁材料，NdFeB永磁材料；3.稀土鐵氮(RE-Fe-N系)或稀土鐵碳(RE-Fe-C系)永磁材料。釤鈷永磁體出現於20世紀60年代，依據成份的不同分為SmCo5和Sm2Co17,分別為笫一代和笫二代稀土永磁材料，其具有較高的磁能積和可靠的矯頑力，雖然由於其原料是儲量稀少的釤和戰略金屬鈷，原料稀缺、價格昂貴而使其發展受到限制，隨著釹鐵硼材料的發展，其應用領域逐漸減少，但由於釤鈷永磁體在稀土永磁系列中表現出良好的溫度特性。與釹鐵硼相比，釤鈷更適合工作在高溫環境中，因此在軍工技術等高溫嚴苛環境中仍然應用廣泛。釤鈷磁體的磁性能與磁粉的組織和粒度密切相關。對於各向異性永磁體來說,磁體中的磁晶都按照易磁化軸的方向排列，磁體的各向異性強，磁性能好；另外永磁合金由於晶粒的尺寸效應具有較高的矯頑力，製備晶粒尺寸較小的永磁合金，從而提高矯頑力也是釤鈷永磁材料的發展方向之一，對於硬磁材料來說，得到高剩餘磁化強度的重要條件是磁晶的各向異性強。對釤鈷永磁材料來說，製備強各向異性的納米晶永磁合金一直是難點之一，需要較高的熱變形量才能得到，因此需要較高的技術要求和較多的能量損耗。中國專利申請201110376723公開了一種製備各向異性釤鈷納米晶稀土永磁體的方法，但其中合金錠的破碎和合金粉末的研磨步驟實際上非常容易破壞磁粉的各向異性，也容易引人其他的雜質，從而造成燒結磁體的性能下降。基於此，本發明的目的是提供一種釤鈷系燒結材料的製備方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種釤鈷系燒結材料的製備方法。本發明所述的製備方法，包括如下步驟I)合金熔煉將純度大於99. 9%的Sm，Co與合金元素Gd、Dy、Ho、Pr、Fe、Zr、Cu、Er中的一種或多種按配比混合，置於電弧爐內的水冷銅坩堝，抽真空到10_3Pa或以上，然後通入0. ri. 2大氣壓的高純氬氣，工作電壓30-45V，工作電流630-750A，在氬氣的保護下反覆熔煉3-4次以得到成分均勻的合金液體；2)快淬將熔煉均勻的合金液體燒鑄到旋轉的水冷銅棍,水冷鑰棍、銅盤或鑰盤上，轉速為0. 2-0. 6m/s,製備出合金鑄帶；快淬方法是本領域常用的製備速凝片的方法，但水冷銅輥，水冷鑰輥、銅盤或鑰盤一般採用較高的轉速，如3-8m/s，以得到較薄的快淬片，同時快淬片接近輥或盤的一面會生成一層細晶粒區，晶粒的尺寸有些在I U m以下，但利用氫化-歧化，隨後氣流磨製粉的方法得到的磁粉的粒度一般在數微米，因此單個磁粉顆粒中就存在多個細小的晶粒，從而影響磁粉的取向度，而且有研究發現，將這類快淬片採用等溫退火等方式進行處理也不能消除這層細晶粒區，退火溫度過高哈有會造成微觀組織惡化，而且當快淬片較薄，細晶粒區所佔的分數較大，將進一步影響所得磁體的磁性能。本發明人經過研究發現，將水冷銅輥，水冷鑰輥、銅盤或鑰盤的轉速降低，使合金鑄帶厚度增加為0. 8-1. 6mm，這樣可使細晶粒區的晶粒長大，同時在溫度梯度的影響下，細小晶粒逐漸向柱狀晶轉變，另外，接近細晶粒區的柱狀晶粒區的柱狀晶也較傳統快淬方法大，這樣總體提高了柱狀晶的比例，使本發明所得的 合金鑄帶主要以柱狀晶為主，柱狀晶的存在利於提高磁粉的取向度，也利於保持磁粉的取向，從而提高磁性能，且能使製得的磁體的磁性能穩定。3)磁粉製備將合金鑄帶進行氫化歧化反應，所述氫化歧化工藝為將放置有合金鑄帶的反應容器抽真空，到10_3Pa或以上，然後通入氫氣，溫度升高至200-250°C，保持氫氣壓力為I. 2 I. 5MPa，保溫10-15小時，吸氫反應完成後將溫度升高至420_520°C保溫2_6h，檢測氫氣壓力，逐漸抽真空至0.01-0. IMPa，使反應生成物完全脫氫；隨後取完成氫化歧化的合金，利用氣流磨將合金粉化為平均粒徑為3-5 u m的磁粉；本發明採用氫化歧化法破碎磁粉，是為了使釤鈷合金按晶界破裂，從而在保證晶體完整的條件下粉化合金，這樣會最大限度地保持柱狀晶，從而得到易於取向的磁粉。4)取向與成型；將磁粉在2-2. 5T的取向磁場，4_5Mpa壓力下壓製成型，然後在200-300MPa的壓力下冷等靜壓，等靜壓時間為15_18min，得到釤鈷毛坯；5)燒結將釤鈷毛坯惰性氣體保護下進行正壓燒結，燒結壓力為100_150MPa，燒結過程如下先在1050-1180°C預燒結10-30min，隨後在1200-1210°C燒結20_40min，再在1160-1190°C固溶90-200min ;最後快速風冷至室溫；本發明採用了較高的正壓進行燒結，這樣可以在一定程度上減少燒結時間和燒結溫度，同時磁體的燒結程度會更好，密度會更高。6)時效處理將燒結磁體在835-865°C保溫5_6h，隨後以0. 5_1°C /min的速度降溫至420-450°C，保溫4-5h，然後快速風冷至室溫。另外，優選的，步驟2)中，所述水冷銅輥，水冷鑰輥、銅盤或鑰盤的轉速為
0.3-0. 4m/s o步驟5)中，所述正壓燒結的燒結壓力為100_150MPa。步驟6)中，所述降溫速度為1°C /min。所述快速風冷的冷卻速度為0. 95-1. 20C /min。採用本發明所述的方法，可以製備高性能的SmCo5和Sm2Co17類型磁體，如可製備含有以下質量分數元素的Sm2Co17類型磁體=Sm 10-25% ；Co :45-55% ；Fe :10-20% ；Cu :3_9 ；Zr : 1-3%，重稀土元素(如 Gd 或 Dy 等):5_15%。製備的Sm2Co7磁體的剩磁溫度係數為-0. 0025—0. 03%/°C，磁能積為20_27MG0e，內稟矯頑力為27-29K0e,剩磁Br>I. 05T (>10. 5kGs)，磁感應矯頑力HcB>676kA/m08. 5k0e)，密度為8. 2-8. 5g/cm3，磁體在保證具有較高磁能積的同時，具有較低的剩磁溫度係數，較高的內稟矯頑力和磁感應矯頑力。本發明通過鑄錠和制粉工藝上的創新，最大程度的優化了磁體的微觀組織，使磁體主要由柱狀晶組成，易於取向且磁體的性能穩定；合金鑄片的氫化歧化過程中，氫進入SmCo晶格內的間隙位置，引起晶格的膨脹，從而在保證晶粒完整的情況下實現粉化，降低了制粉過程中的氧化，製得氧含量低的磁體，保證了磁體的磁性能。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述。如無特別指明，本發明所用的原料均為市購。實施例I按以下重量分數稱取原料釤16. 9% ;鈷49% ;鐵15. 5% ;銅6. 3% ;鋯2. 6% ；鏑:1. 6% ;釓:5. 42% ;鏑:2. 8%oI)合金熔煉將純度大於99. 9%的Sm，Co與合金元素按配比混合，置於電弧爐內的水冷銅坩堝，抽真空到10_3Pa或以上，然後通入0. I大氣壓的高純氬氣，工作電壓30V，工作電流630A，在氬氣的保護下反覆熔煉4次以得到成分均勻的合金液體；2)快淬將熔煉均勻的合金液體燒鑄到旋轉的水冷銅棍,水冷鑰棍、銅盤或鑰盤上，轉速為0. 6m/s,製備出合金鑄帶；3)磁粉製備將合金鑄帶進行氫化歧化反應，所述氫化歧化工藝為將放置有合金鑄帶的反應容器抽真空，到KT3Pa或以上，然後通入氫氣，溫度升高至200°C，保持氫氣壓力為I. 2MPa，保溫15小時，吸氫反應完成後將溫度升高至420°C保溫6h，檢測氫氣壓力，逐漸抽真空至0. OlMPa，使反應生成物完全脫氫；隨後取完成氫化歧化的合金，利用氣流磨將合金粉化為平均粒徑為3. 5 y m的磁粉；4)取向與成型；將磁粉在2. 5T的取向磁場，5Mpa壓力下壓製成型，然後在300MPa的壓力下冷等靜壓，等靜壓時間為15min，得到釤鈷毛坯；5)燒結將釤鈷毛坯惰性氣體保護下進行正壓燒結，燒結壓力為150MPa，燒結過程如下先在1050°C預燒結lOmin，隨後在1200°C燒結20min，再在1160°C固溶90min ;最後快速風冷至室溫；6)時效處理將燒結磁體在835°C保溫5h，隨後以0. 5°C /min的速度降溫至420 0C，保溫4h，然後快速風冷至室溫。對上述樣品進行磁性能測試，磁性能測試利用BH儀測試，測定包括剩磁匕，內稟矯頑力H。」，磁感矯頑力Hd3和最大磁能積(BH)max和剩磁溫度係數a。磁性能測試的測試溫度為 250C，100。。和 200°C，結果見表 I:。 表I
權利要求
1.一種釤鈷系燒結材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟 . 1)合金熔煉將純度大於99.9%的Sm, Co與合金元素Gd、Dy、Ho、Pr、Fe、Zr、Cu、Er中的ー種或多種按配比混合，置於電弧爐內的水冷銅坩堝，抽真空到10_3Pa或以上，然後通入.0.ri. 2大氣壓的高純氬氣，工作電壓30-45V，工作電流630-750A，在氬氣的保護下反覆熔煉3-4次以得到成分均勻的合金液體； .2)快淬將熔煉均勻的合金液體燒鑄到旋轉的水冷銅棍，水冷鑰棍、銅盤或鑰盤上，轉速為0. 2-0. 6m/s，製備出合金鑄帶； .3)磁粉製備將合金鑄帶進行氫化歧化反應，隨後取完成氫化歧化的合金，利用氣流磨將合金粉化為平均粒徑為3-5 u m的磁粉； .4)取向與成型；將磁粉在2-2.5T的取向磁場，4-5Mpa壓カ下壓製成型，然後在.200-300MPa的壓カ下冷等靜壓，等靜壓時間為15_18min，得到釤鈷毛坯； .5)燒結將釤鈷毛坯惰性氣體保護下進行正壓燒結，燒結壓カ為100-350MPa，燒結過程如下先在1050-1180°C預燒結10-30min，隨後在1200-1210°C燒結20_40min，再在.1160-1190で固溶90-2001^11 ;最後快速風冷至室溫； .6)時效處理將燒結磁體在835-865°C保溫5_6h，隨後以0.5-1°C /min的速度降溫至.420-4500C，保溫4-5h，然後快速風冷至室溫。
2.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在幹，步驟2)中，所述水冷銅輥，水冷鑰輥、銅盤或鑰盤的轉速為0. 3-0. 4m/so
3.根據權利要求I或2所述的製備方法，其特徵在幹，步驟3)中，所述氫化歧化工藝為將放置有合金鑄帶的反應容器抽真空，到10_3Pa或以上，然後通入氫氣，溫度升高至.200-250°C，保持氫氣壓カ為I. 2^1. 5MPa，保溫10-15小時，吸氫反應完成後將溫度升高至.420-520°C保溫2-6h，檢測氫氣壓力，逐漸抽真空至0. 01-0. IMPa，使反應生成物完全脫氫。
4.根據權利要求I或2所述的製備方法，其特徵在幹，步驟5)中，所述正壓燒結的燒結壓カ為 100-l50MPa。
5.根據權利要求I或2所述的製備方法，其特徵在幹，步驟6)中，所述降溫速度為IV/min。
6.根據權利要求I或2所述的製備方法，其特徵在於，所述快速風冷的冷卻速度為.0.95-1. 2 0C /min o
全文摘要
本發明涉及一種釤鈷系燒結材料的製備方法，包括合金熔煉、快淬製備出合金鑄帶、氫化歧化法和氣流磨法聯合製備磁粉、取向與成型、正壓燒結和固溶和時效處理。本發明通過鑄錠和制粉工藝上的創新，最大程度的優化了磁體的微觀組織，使磁體主要由柱狀晶組成，易於取向且磁體的性能穩定；合金鑄片的氫化歧化過程中，氫進入SmCo晶格內的間隙位置，引起晶格的膨脹，從而在保證晶粒完整的情況下實現粉化，降低了制粉過程中的氧化，製得氧含量低的磁體，保證了磁體的磁性能。
文檔編號H01F1/053GK102651263SQ201210168120
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者關井和, 潘道良, 蘇廣春 申請人:寧波科星材料科技有限公司