稀土鐵氮化物永磁材料的製作方法

2023-12-03 17:59:21

專利名稱：稀土鐵氮化物永磁材料的製作方法
技術領域：
本發明提供了一種稀土鐵氮化物永磁材料及其生產工藝。
R2Fe17稀土金屬化合物具有很高的飽和磁化強度(Ms)，它的理論磁能積(B·H)m可達到477KJ/m3到557KJ/m3，它不含戰略金屬鈷，並且在化合物中，它的相對稀土含量較低，是理想的高性能廉價稀土永磁材料的候選者。但它有兩個缺點①它是易基面的，各向異性較低;②它的居裡點低。最近實驗發現將R2Fe17與氮(N)化合，形成R2Fe17Nδ化合物。它的居裡點可提高到470℃，它可轉化為易C軸，各向異性場可高達11.14MA/m。(見J.M.D.Coey et al A new Family of rare earth Iron nitnidel)它有可能發展成為高磁能積，高使用溫度，高穩定性新型稀土永磁材料。但文獻僅給出R2Fe17Nδ化合物的內稟磁特性，並沒有給出將該材料做成高矯頑力磁粉或磁體的成分，具體方法與工藝。另有一篇文獻K.Schnitzhe et al Applphys Lett報導，採用機械合金化方法，可將Sm2Fe17Nδ化合物做成高矯頑力(Hci＝2.38MA/m)各向異性磁粉。但採用此方法需要高能球磨機和真空保護系統，工藝不易控制，具有較大局限性。
最近有兩篇含有N元素的RFe永磁材料方面的專利。一篇是歐洲專利，專利號為EP369097，它是日本I.Takahiko，K.Kulima和I.Hideaki等人申請的。專利名稱是「含有稀土元素，Fe，N和H2的磁性材料，該材料的分子式是RαFe(100-α-β-γ)NβHγ和RαFe(100-α-β-γ-δ)NβHγMδ，其中α＝5-20%，β＝5-30%，γ＝0.01-10%，δ＝0.1-40%(原子百分數)。R起碼是一種稀土元素(包括Y)，M是元素添加物，起碼是下列元素的一種，即Sn，Ga，In，Bi，Pb，Zn，Al，Zr，Cu，Mo，Ti，Si，MgO等。在工藝上將鑄錠粉末在NH3和N2氣混合氣體中，加熱至200-650℃吸N2和吸H2，然後做成粘結磁體或燒結磁體。
另一篇是日本專利，專利號為J02057663，它是日本今井秀秋和八山恭彥申請的，專利名稱是「各向異性稀土永磁材料和製造方法」，該材料的分子式為RαFe(100-α-β-γ)NβHγ和RαFe(100-α-β-γ-δ)COδNβHγ，工藝過程與上述EP369097基本相同。並且這兩個專利，磁體的性能均較低。
本發明與已有的專利，在材料成分上和工藝上均有不同。
本發明的目的在於通過改進成分和採用新工藝將R2Fe17Nδ化合物做成高性能、高穩定性並有實用意義的永磁材料。
本發明的構成1.材料成分本發明是稀土氮化物永磁材料，它的成分可用如下分子式表示(R1-xR′x)2(Fe1-yMy)17Nδ。其中R代表鑭系稀土元素，如Sm，Dy，Nd，Pr等等，優先選擇Sm。R′代表與R不同的稀土元素如Pr，Nd，Ce，Dy，Tb，Ho等，優先選擇Dy，Tb，X可在0-0.6範圍內變化，優先選擇0.1-0.3，M代表元素周期表中的3d和4d過渡族金屬元素，以及ⅢA，ⅣA，ⅤA，ⅥA族元素的一種或多種。y在0-0.6範圍內變化優先選擇0.01-0.2。δ在2.0-2.8範圍內變化。
2。相組成本材料的相組成為主相是R2Fe17相，還有其他少量相。
3。製造工藝與性能採用工業純Fe(如DT2等)，商品純金屬釤(Sm)，鏑(Dy)，釹(Nd)……等稀土元素，工業硼鐵(B-Fe)和其他商品純金屬Cr，Ti，V，Mn，Co，Si，Zr等作為原材料。用真空爐，Ar氣保護下冶煉，水冷金屬模鑄錠。在950-1100℃均勻化處理24-144小時。在氮氣保護下破碎至60-400目。裝入真空爐內，抽真空至10-3～10-5託。通入純度為99。9%的流動氫氣或維持1大氣壓的氫氣，加熱至400-800℃優先選擇700-750保溫2-15小時優先選擇4-7小時，抽真空至10-5託。隨爐降溫至300-600℃優先選擇500-550℃，通入純度為99.9-99.99%的流動氮氣或維持1大氣壓的氮氣，保溫2-15小時，出爐快冷。用此製造出的(R1-xR′x)2(Fe1-yMy)17Nδ化合物粉末的磁性能達到居裡溫度Tc≥470℃，各向異性場HA≥11.14MA/m，矯頑力Hci≥796-2388KA/m，剩磁Br≥0.7-1.1T具有上述磁性能的粉末，採用粘結技術或冷壓或熱壓或溫變形技術，做成的實用大塊磁體的磁性能達到剩磁Br≥0.4-1.0T，矯頑力Hci≥796-2388KA/m，磁能積 (B·H)m≥36-159KJ/m3
居裡點Tc≥470℃本發明的優點與效益1.本發明的稀土鐵氮化物永磁材料具有下列優點(1)比NdFeB永磁材料的居裡溫度高，穩定性好，抗腐蝕，工作溫度高。
(2)這種新型永磁材料可廣泛地應用於儀器儀表，微波器件，發電機與電動機，音響設備，磁分離器件，計算機外圍設備，石油化工，家用電器，磁療與健身器件等。
(3)這種材料不含戰略金屬鈷，相對稀土含量較低，目前世界稀土永磁產量約3000噸/年，其中Sm-Co永磁材料產量佔一半，約1500噸/年。若用本發明的新型稀土永磁材料代替Sm-Co永磁材料，每年可節約金屬鈷900噸，相當於可節約1.8億元/年。
2.本發明方法與工藝的優點是設備簡單，不需要特殊設備，工藝簡單，便於操作，工藝消耗費低。
本發明的實施方案原材料準備→真空冶煉→均勻化退火→H2破碎處理→氮化處理→成型→熱處理→機械加工→檢測。
本發明的實施範例實施例一成分為9.17%Sm，12.84%N，餘為Fe(原子百分數)採用上述原材料，經真空感應爐，或真空電弧爐，在Ar保護下冶煉。合金鑄錠在1000℃退火72小時，在氬氣或氮氣保護下破碎至320目。裝入真空爐內，抽真空至10-4託，通入純度為99.9%的氫氣，維持正壓力，加熱至700-750℃，保溫4小時，抽真空至10-5託，隨爐降溫至500℃，通入純度為99.99%的氮氣，保溫5小時，出爐快冷。所得到的磁性粉末的磁性能達到剩磁Br≥0.7-0.85T，矯頑力Hci≥1472KA/m，磁能積 (B·H)m≥87.5-119KJ/m3採用冷壓或溫變形技術得到的磁體，其磁性達到剩磁Br≥0.9-1.0T，矯頑力Hci≥1432-1592KA/m，磁能積 (B·H)m≥127-159KJ/m3實施例二成分為9.17%Sm，3.89%Cr，12.84%N，餘為Fe(原子百分數)的稀土鐵氮化物，採用實施例一所用的原材料，方法與工藝，獲得磁性粉末的磁性能為剩磁Br≥0.7-0.9T，矯頑力Hci≥1592-1910KA/m，磁能積 (B·H)m≥67-112KJ/m3採用實施例一的成型方法，得到的大塊磁體的磁性能為剩磁Br≥0.75-0.95T，矯頑力Hci≥1671-1990KA/m，磁能積 (B·H)m≥103-151KJ/m3。
權利要求
1.一種稀土鐵氮化物永磁材料，其特徵在於a)成分可用分子式(R1-xR′x)2(Fe1-yMy)17Nδ表示，其中R代表鑭系稀土元素，(如Sm，Py，Nd，Pr等)，R′代表與R不同的稀土元素(如Pr，Nd，Ce，Dy，Tb，Ho等)x可在0-0.6範圍內變化，M代表元素周期表中的3d和4d過渡族金屬元素以及ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA族元素的一種或多種，y在0-0.6範圍內變化，b)製造工藝採用工業純鐵(如DT2等)，商品純金屬釤、鏑、釹等稀土元素，工業硼鐵和其它商品純金屬Cr，Ti，V，Mn，Co，Si，Zr等作為原材料，用真空爐，Ar氣保護下冶煉，水冷金屬模鑄錠，在950-1100℃均勻化處理24-144小時，在氮氣保護下破碎至60-400目，裝入真空爐內，抽真空至10-3～10-5託，通入純度為99.9%的流動氫氣或維持1大氣壓的氫氣，加熱至400-800℃，保溫2-15小時，抽真空至10-5託，隨爐降溫至300-600℃，通入純度為99.9-99.99%的流動氮氣或維持1大氣壓氮氣，保溫2-15小時，出爐快冷，用此方法製造的(R1-xR′x)2(Fe1-yMy)17Nδ化合物粉末再採用粘結技術或冷壓或熱壓或溫變形技術做成實用永磁材料。
2.按照權利要求1所述的稀土鐵氮化物永磁材料，其特徵在於R的優先選擇釤(Sm)，R′優先選擇鏑(Dy)、鋱(Tb)，X優先選擇0.1-0.3，y優先選擇0.01-0.2，加熱溫度優先選擇700-750℃，保溫時間優先選擇4-7小時。
全文摘要
本發明提供了一種稀土鐵氮化物永磁材料，其特徵是成分可用分子式(R
文檔編號H01F41/02GK1067985SQ9110383
公開日1993年1月13日 申請日期1991年6月15日 優先權日1991年6月15日
發明者周壽增, 楊俊 , 張茂才, 李佛標, 王潤, 馬德青, 趙俊華 申請人:北京科技大學