一種富稀土納米晶雙相複合磁粉的製備方法
2023-12-10 05:04:41 1
專利名稱:一種富稀土納米晶雙相複合磁粉的製備方法
技術領域:
本發明涉及磁性材料技術領域,具體涉及一種富稀土納米晶雙相複合磁粉的製備 方法。
背景技術:
納米晶雙相複合永磁材料是一種新型的稀土永磁材料,由硬磁相和軟磁相組成, 硬磁相提供高矯頑力,軟磁相提供高飽和磁化強度,當二者顆粒尺寸小到幾個至幾十個納 米時,複合材料有明顯的剩磁增強現象,並表現出單一硬磁相的磁化行為,從而提高磁能 積。以硬磁性主相Re2Fe14B、軟-硬磁性相複合為代表的納米晶複合材料的製備主 要有熔體快淬、機械合金化法、等離子燒結、熱壓/熱流變工藝等。其中,採用熱壓/熱流 變工藝製備的雙相複合納米晶磁體為各向異性,其磁能積(BH)max最高達到55MG0e左右, 是目前最可能實現超高磁能積(>60MG0e)的有效途徑之一。相關文獻可參考申請號為 200810124400. 8的中國發明專利申請《各向異性納米/非晶復相塊體永磁材料及其製備方 法》和申請號為200810060511. 7的中國發明專利申請《一種各向異性復相稀土永磁快淬帶 的製備方法》。但是,在納米複合Re2Fe14B/ ( α 或!^3B或 ^-Co)磁性粉末中,由於並不存在對 緻密化至關重要的富稀土相,這就導致難以採用傳統的緻密化技術(如燒結、熱壓、熱等靜 壓技術)將這種成分的樣品製備成接近全密度的納米磁體。另外,在含富稀土的硬磁性主相ReJe14B上可以通過化學電鍍或表面納米包覆工 藝實現磁性顆粒上同時具有富稀土和軟磁相的目的。但是,實踐證明軟磁相的完全包覆性 加入將使富稀土相失去緻密化作用,同時目前的工藝技術也難以使軟磁相均勻分布在硬磁 相晶界中,軟、硬磁相的耦合作用無法發揮到最好。除此之外,該方法一般只能製備得到納 米晶雙相複合磁粉,其磁能積較低(約13MG0e ISMGOe),而且無法提供向高磁能積磁體轉 化的應用途徑。包覆方面的文獻可以參考申請號為200610089122. 8的中國發明專利申請 ((Nd2Fe14B/ α -Fe雙相納米晶複合永磁相材料製備方法》。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術現狀的不足,提供一種富稀土納米晶 雙相複合磁粉的製備方法,該方法能夠實現納米晶磁粉中硬磁相/軟磁相雙相複合,提高 磁粉的磁性能,同時能夠保持磁粉內部富稀土的存在,在熱壓、熱流變等工藝中起緻密化作用。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種富稀土納米晶雙相複合磁粉 的製備方法,採用PH值為2. 0 4. 5的弱酸性溶液對富稀土納米晶磁粉的主相Re2Fe14B進 行稀土元素的去除,使磁粉表面析出軟磁相,得到硬磁相/軟磁相雙相複合的富稀土納米 晶磁粉;其中,Re為Nd和ft·中的一種或者兩者的合金。
本發明中所述的弱酸性溶液優選為氯化銨溶液、氯化鐵溶液和硫酸鐵溶液中的一 種溶液,或者是含有碳酸根離子、亞硫酸根離子、偏鋁酸根和醋酸根的酸性溶液中的一種溶 液。本發明的一種優選實現方式包括如下步驟步驟1、向盛有pH值為2. 0 4. 5的弱酸性溶液的反應器皿中加入富稀土納米晶 磁粉,攪拌後放入超聲波發生器,超聲反應10分鐘 15分鐘,然後取出反應器置於平臺繼 續反應15分鐘 50分鐘;步驟2、濾掉反應器皿中經步驟1反應後的溶解物和溶劑,加入含有稀土萃取劑的 無水乙醇溶劑,用超聲清洗5分鐘 10分鐘;步驟3、對反應後的溶解物和有機溶劑進行過濾,然後加入無水乙醇,超聲清洗3 分鐘 5分鐘;步驟4、上述步驟3重複進行2次 5次,然後將得到的磁粉放置在惰性氣體保護 箱中乾燥,得到硬磁相/軟磁相雙相複合的富稀土納米晶磁粉。優選地,採用本發明的製備方法得到的硬磁性/軟磁相雙相複合的富稀土納米晶 磁粉用高能球磨設備球磨3小時 5小時,改善軟磁相的分布,然後取出粉體置於真空退火 爐中,在高真空狀態下在670°C 720°C晶化處理7分鐘 15分鐘,達到硬磁相/軟磁相兩 相最大耦合作用,最終提高富稀土納米晶雙相複合磁粉的磁性能。優選地,採用本發明的製備方法得到的硬磁相/軟磁相雙相複合的富稀土納米晶 磁粉通過熱壓成型使軟磁性顆粒成相,再經過熱擠壓使硬磁相取向而獲得各向異性,從而 獲得高緻密性、高磁能積的各向異性雙相複合納米晶磁體,其中,熱擠壓成型過程在惰性氣 體保護下進行。在上述熱壓成型過程中,溫度控制在650°C 670°C,壓力為150MPa 200MPa,成 型密度為7. 55g/cm3 7. 62g/cm3,升溫時間為4分鐘 6分鐘,高溫保溫時間為1分鐘 2分鐘,熱壓成型過程中真空度不低於5X 10-2 ;熱擠壓成型過程中,熱擠出溫度控制在 800°C 900°C,壓力不超過IOOMPa 120MPa,升溫時間為4分鐘 6分鐘,高溫保溫時間 為2分鐘 3分鐘。與現有技術相比,本發明採用pH值為2. 0 4. 5的弱酸性溶液對富稀土納米晶磁 粉主相Refe14B內稀土元素進行去除,使磁粉表面析出軟磁性顆粒,如α 顆粒或!^e3B顆 粒,從而得到硬磁相/軟磁相雙相複合的Re2Fe14B/ α -Fe或者Re2Fe14B/Fe3B富稀土納米晶 磁粉。作為進一步優化,本發明通過高能球磨改善該軟磁相的分布,達到硬磁相/軟磁相的 兩相最大耦合作用,進一步提高原磁粉的性能;或者通過熱壓成型使軟磁性顆粒成相,再經 過熱擠壓使硬磁相取向,獲得高緻密性、高磁能積、各向異性雙相複合富稀土納米晶磁體。 因此,本發明為實現具有理想顯微結構的富稀土納米晶雙相複合磁體的製備提供了一條新 的有效方法,並且該方法成本低,簡單易行,適於大規模工業化生產。
圖1是實施例1中雙相複合快淬磁粉的DSC圖;圖2是實施例2中雙相複合快淬磁粉表面SEM微觀形貌圖;圖3是實施例2中雙相複合球磨磁粉Henkel-plots曲線具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例1 優選牌號為MQU-F的商業快淬磁粉作為富稀土磁粉原料;在反應器皿中配置pH值 為2. 1 2. 7的CH3COOH (冰醋酸)溶液10ml,靜置5分鐘後,加入3克MQU-F磁粉,攪拌後 放入超聲波發生器,超聲反應15分鐘,然後將反應器皿取出,放在平臺上繼續反應15分鐘; 濾掉反應器皿中的反應後的溶解物和溶劑,加入含有稀土萃取劑P507的無水乙醇溶劑,用 超聲清洗3分鐘;過濾掉有機溶劑,加入無水乙醇,超聲清洗3分鐘,如此進行3次,洗清反 應物,然後將反應後的MQU-F磁粉放置在隊保護箱中乾燥,直至表面無雜物為止,即得到雙 相複合的富稀土磁粉。取少量上述乾燥後的雙相複合的富稀土磁粉在高溫差熱式失重分析儀上進行失 重分析,DSC測試結果見圖1。從圖1可見,析出軟磁相(α-Fe)的磁粉在770°C左右有明顯 的吸熱峰,這正是α -Fe在居裡溫度附近的相轉變峰,與此相比,未做任何處理的MQU-F磁 粉則無此峰,這說明雙相複合的Re2i^14B/a -Fe富稀土磁粉製備成功。實施例2 優選牌號為MQU-F的商業快淬磁粉作為富稀土磁粉原料;在反應器皿中配置pH值 為2. 7 3. 5的NH4Cl溶液10ml,靜置5分鐘後,加入3克MQU-F磁粉,攪拌後放入超聲波 發生器,超聲反應10分鐘,然後將反應器皿取出,放在平臺上繼續反應50分鐘;濾掉反應器 皿中經步驟1反應後的溶解物和溶劑,在反應器皿中加入含有稀土萃取劑P507的無水乙醇 溶劑,用超聲清洗3分鐘;過濾有機溶劑,加入無水乙醇,超聲清洗3分鐘,如此進行3次,洗 清反應物,然後將反應後的MQU-F磁粉放置在N2保護箱中乾燥,直至表面無雜物為止,即得 到雙相複合磁粉的富稀土磁粉。取少量上述雙相複合的富稀土磁粉在高溫差熱式失重分析儀上進行失重分析, DSC測試結果與圖1類似,說明雙相複合的Re2Fe14B/ α -Fe富稀土磁粉製備成功。觀察上述雙相複合的富稀土磁粉表面的SEM微觀形貌圖,如圖2所示,磁粉表面可 見明顯的腐蝕溝。由XPS數據得到原料MQU-F磁粉表面與上述反應後的雙相複合磁粉表面的NcUFe 元素相對含量如下表1所示
權利要求
1.一種富稀土納米晶雙相複合磁粉的製備方法,其特徵是採用PH值為2. 0 4. 5的 弱酸性溶液對富稀土納米晶磁粉的主相Refe14B進行稀土元素的去除,使磁粉表面析出軟 磁相,得到硬磁相/軟磁相雙相複合的富稀土納米晶磁粉;其中,Re為Nd和ft·中的一種或 者兩者的合金。
2.根據權利要求1所述的富稀土納米晶雙相複合磁粉的製備方法,其特徵是包括如 下步驟步驟1、向盛有PH值為2. 0 4. 5的弱酸性溶液的反應器皿中加入富稀土納米晶磁粉, 攪拌後放入超聲波發生器,超聲反應10分鐘 15分鐘,然後取出反應器置於平臺繼續反應 15分鐘 50分鐘;步驟2、濾掉反應器皿中經步驟1反應後的溶解物和溶劑,加入含有稀土萃取劑的無水 乙醇溶劑,用超聲清洗5分鐘 10分鐘;步驟3、對反應後的溶解物和有機溶劑進行過濾,然後加入無水乙醇,超聲清洗3分 鍾 5分鐘;步驟4、上述步驟3重複進行2次 5次,然後將得到的磁粉放置在惰性氣體保護箱中 乾燥,得到硬磁相/軟磁相雙相複合的富稀土納米晶磁粉。
3.根據權利要求1或2所述的富稀土納米晶雙相複合磁粉的製備方法,其特徵是所 述的弱酸性溶液為氯化銨溶液、氯化鐵溶液和硫酸鐵溶液中的一種溶液,或者是含有碳酸 根離子、亞硫酸根離子、偏鋁酸根和醋酸根的酸性溶液中的一種溶液。
4.根據權利要求1或2所述的富稀土納米晶雙相複合磁粉的製備方法,其特徵是將 製備得到的硬磁性相/軟磁性相雙相複合的富稀土納米晶磁粉用高能球磨設備球磨3小 時 5小時,然後取出粉體置於真空退火爐中,在高真空狀態下在670°C 720°C晶化處理 7分鐘 15分鐘。
5.根據權利要求1或2所述的富稀土納米晶雙相複合磁粉的製備方法,其特徵是將 製備得到的硬磁性相/軟磁性相雙相複合的磁粉通過熱壓成型-熱擠壓成型製備富稀土納 米晶雙相複合永磁體,熱擠壓成型過程在惰性氣體保護下進行。
6.根據權利要求5所述的富稀土納米晶雙相複合磁粉的製備方法,其特徵是所述的 熱壓成型的溫度控制為650°C 670°C,壓力為150MPa 200MPa,成型密度為7. 55g/cm3 7. 62g/cm3,升溫時間為4分鐘 6分鐘,高溫保溫時間為1分鐘 2分鐘,熱壓成型過程中 真空度不低於5 X KT2Pa ;所述的熱擠壓成型中熱擠出溫度控制為800°C 900°C,壓力不超 過IOOMPa 120MPa,升溫時間為4分鐘 6分鐘,高溫保溫時間為2分鐘 3分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種富稀土納米晶雙相複合磁粉的製備方法,該方法採用pH值為2.0~4.5的弱酸性溶液對富稀土納米晶磁粉主相Re2Fe14B內稀土元素進行去除,使磁粉表面析出軟磁性顆粒,如α-Fe顆粒或Fe3B顆粒,從而得到硬磁相/軟磁相雙相複合的富稀土納米晶磁粉。作為進一步優化,本發明通過高能球磨改善該軟磁相的分布,達到硬磁相/軟磁相的兩相最大耦合作用,進一步提高原磁粉的性能;或者通過熱壓成型使軟磁性顆粒成相,再經過熱擠壓使硬磁相取向,獲得高緻密性、高磁能積、各向異性雙相複合富稀土納米晶磁體。與現有技術相比,本發明成本低,簡單易行,適於大規模工業化生產,為實現具有理想顯微結構的富稀土納米晶雙相複合磁體的製備提供了一條新的有效方法。
文檔編號B22F1/00GK102114537SQ201110060488
公開日2011年7月6日 申請日期2011年3月14日 優先權日2011年3月14日
發明者李 東, 杜娟, 聶軍武, 閆阿儒 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所