專利名稱：氫化熱處理法制備高性能雙相稀土永磁材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫化熱處理法制備高性能雙相稀土永磁材料的制備方法。
背景技術(shù)：
稀土粘結(jié)磁體是由磁性稀土合金粉末用有機或軟金屬粘結(jié)劑粘結(jié)而成的一種磁性材料。稀土粘結(jié)磁體具有很高的性能價格比，可直接形成或加工成形狀復(fù)雜的部件，具有很高的韌性，不易破損、開裂，磁性能偏差小等優(yōu)點，符合近年來對磁性材料的高性能化和低價格化的要求，因此其銷售總量得以迅速的增長。稀土粘結(jié)磁體磁性能受磁性粉末性能和粘結(jié)密度的影響，其中粉末體磁性能被認(rèn)為是第一位的因素。目前，各向同性Nd-Fe-B稀土永磁粉末的綜合磁性能一般為Br＝0.55-0.80T，iHc＝720-1200kA/m，(BH)max＝64-96kJ/m3。
納米雙相稀土永磁材料由納米晶的硬磁性相和軟磁性相構(gòu)成，硬磁性相具有高的內(nèi)稟矯頑力，軟磁性相具有高的飽和磁化強度，兩相界面處存在磁交換耦合作用，使材料同時具有軟磁相的高飽和磁化強度和硬磁相的高矯頑力，從而具有高磁能積。納米雙相永磁體的磁能積理論值可達(dá)1000kJ/m3，比燒結(jié)釹鐵硼磁體的理論磁能積高了近1倍。而且納米雙相永磁材料的稀土含量少，價格便宜，具有較廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。
目前典型的納米雙相永磁材料有Nd2Fe14B/α-Fe型和Nd2Fe14B/Fe3B型。盡管軟磁相α-Fe和Fe3B使納米雙相永磁體的剩余磁化強度得到提高，但矯頑力也隨軟磁相的加入而下降，一般小于450kA/m，影響了它在許多場合的應(yīng)用，特別是當(dāng)磁體較薄時。而且，由于目前制備手段的限制，磁粉的晶體結(jié)構(gòu)很難達(dá)到理論模型中要求的微觀結(jié)構(gòu)，即兩相結(jié)晶連續(xù)，尺寸在10nm左右，兩相之間無非磁性相存在，且完全耦合。因此，材料一般磁能積最高只能達(dá)到158kJ/m-3，與理論值相去甚遠(yuǎn)，不能滿足高性能磁體的要求。以上因素，使該材料未能被廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氫化熱處理法制備高性能雙相稀土永磁材料的制備方法。
一種氫化熱處理法制備高性能雙相稀土永磁材料的制備方法的步驟為1)首先制備成分為RxTM100-x-yMy的鑄錠，式中R為稀土元素，其中Nd的含量不少于R總量的70at％；TM為過渡族金屬，其中Fe的含量不小于TM總量的75at％；M為類金屬，其中B含量不小于M總量的90at％；x為6.0～12.0at％，y為4.5～10.0at％，鑄錠可在電弧爐、感應(yīng)爐或磁懸浮熔煉爐中熔煉，熔煉在真空或保護氣氛下進行；2)將鑄錠放入真空快淬爐中，在真空中或高純氬氣保護下熔化后單輥快淬，鑄錠熔體快淬時，鉬輥的表面線速度為12m/s～45m/s；3)在高純氬氣氣氛下，將快淬合金破碎成30～150微米的顆粒；4)將快淬粉末裝入真空爐內(nèi)，抽真空至10-3～10-5Pa，通入純度為99.999％的氫氣，加熱至600℃-1000℃吸氫5-50分鐘，然后仍停留在同樣的溫度區(qū)間，抽真空至氫壓為10-2-10-4Pa，保溫5-30分鐘，快冷至室溫；5)所得粉末通過粘結(jié)、冷壓、熱壓或溫變形來成型。
另一種氫化熱處理法制備高性能雙相稀土永磁材料的制備方法的步驟為1)首先制備成分為RxTM100-x-yMy的鑄錠，式中R為稀土元素，其中Nd的含量不少于R總量的70at％；TM為過渡族金屬，其中Fe的含量不小于TM總量的75at％；M為類金屬，其中B含量不小于M總量的90at％；x為7.0～15.0at％，y為5.5～12.0at％，鑄錠在電弧爐、感應(yīng)爐或磁懸浮熔煉爐中熔煉，熔煉在真空或保護氣氛下進行；2)在高純氬氣保護下，將鑄錠破碎至50～110微米，混入純度在99.5％以上，顆粒尺寸小于15微米的鐵粉，鐵粉的體積百分含量為10％～40％；3)在高純氬氣氣氛下，將混合粉末高能球磨35～50個小時；4)將快淬粉末裝入真空爐內(nèi)，抽真空至10-3～10-5Pa，通入純度為99.999％的氫氣，加熱至600℃-1000℃吸氫5-50分鐘，然后仍停留在同樣的溫度區(qū)間，抽真空至氫壓為10-2-10-4Pa，保溫5-30分鐘，快冷至室溫；5)所得粉末通過粘結(jié)、冷壓、熱壓或溫變形來成型。
本發(fā)明的優(yōu)點是1)本發(fā)明由于在熱處理時采用了吸氫，吸氮和脫氫，脫氮工藝，所得磁粉較之傳統(tǒng)雙相永磁體具有更細(xì)小，更規(guī)則的納米顯微結(jié)構(gòu)，從而增強了R2TM14M相和TM相的交換耦合作用，材料同時具有TM相的高飽和磁化強度和R2TM14M相的高矯頑力，因而可獲得比傳統(tǒng)的雙相稀土永磁材料更好的綜合永磁性。
2)本發(fā)明的磁粉制備方法生產(chǎn)設(shè)備及工藝簡單較簡單，工藝消耗較少。
3)本發(fā)明所得磁粉及粘結(jié)磁體，所需的稀土元素含量較少，因而成本低廉。
具體實施例方式
實施例1采用純度為99.9％的Fe、Nd、Dy和20wt％B-Fe合金作為原材料，按照Nd8.5Dy1Fe84.5B6的配比，放入磁懸浮熔煉爐中，抽真空到10-3Pa，然后通入1.2×105Pa的高純氬氣，在氬氣保護下反復(fù)熔煉3次，以保證獲得成分均勻的鑄錠，為保證鑄錠的成分基本符合設(shè)計成分，必須關(guān)注稀土元素在熔煉過程中的損耗量。接著，將合金鑄錠放入快淬爐內(nèi)，抽真空至快淬爐腔體內(nèi)的真空度為10-3Pa，然后通入0.5×105Pa的高純氬氣，鑄錠在高純氬氣保護下電弧熔化后，噴射到表面線速度為35m/s的鉬輥上，得到快淬合金。將所得的快淬合金在高純氬氣保護下，在球磨機中破碎成80-100微米的顆粒，然后，裝入真空爐內(nèi)，抽真空至10-5Pa，通入純度為99.999％的氫氣，加熱至720℃，保溫25分鐘，然后抽真空至氫壓為10-3Pa，保溫25分鐘，快冷至室溫。將所得磁性粉末與2.5wt％的環(huán)氧樹脂混合，在300MPa的壓力下壓制成型，接著將壓坯在150℃下保持1小時，使之固化，獲得粘結(jié)磁體。用振動樣品磁強計，測量磁粉的磁性能結(jié)果如下Br＝1.21T，iHc＝786kA/m，(BH)max＝203kJ/m3；測量粘結(jié)磁體的磁性能結(jié)果如下Br＝1.03T，iHc＝785kA/m，(BH)max＝179kJ/m3。
實施例2采用純度為99.9％的Fe、Nd、Pr、Zr和20wt％B-Fe合金作為原材料，按照Nd3.6Pr5.4Fe84Zr1B6的配比，放入磁懸浮熔煉爐中，抽真空到10-3Pa，然后通入1.2×105Pa的高純氬氣，在氬氣保護下反復(fù)熔煉3次，以保證獲得成分均勻的鑄錠，為保證鑄錠的成分基本符合設(shè)計成分，必須關(guān)注稀土元素在熔煉過程中的損耗量。接著，將合金鑄錠放入快淬爐內(nèi)，抽真空至快淬爐腔體內(nèi)的真空度為10-3Pa，然后通入0.5×105Pa的高純氬氣，鑄錠在高純氬氣保護下電弧熔化后，噴射到表面線速度為35m/s的鉬輥上，得到快淬合金。將所得的快淬合金在高純氬氣保護下，在球磨機中破碎成80-100微米的顆粒，然后，裝入真空爐內(nèi)，抽真空至10-5Pa，通入純度為99.999％的氫氣，加熱至750℃，保溫20分鐘，然后抽真空至氫壓為10-3Pa，保溫25分鐘，快冷至室溫。將所得磁性粉末與2.5wt％的環(huán)氧樹脂混合，在300MPa的壓力下壓制成型，接著將壓坯在150℃下保持1小時，使之固化，獲得粘結(jié)磁體。用振動樣品磁強計，測量磁粉的磁性能結(jié)果如下Br＝1.06T，iHc＝710kA/m，(BH)max＝195kJ/m3；測量粘結(jié)磁體的磁性能結(jié)果如下Br＝0.92T，iHc＝708kA/m，(BH)max＝162kJ/m3。
實施例3
采用純度為99.9％的Fe、Nd、Co、Cr和20wt％B-Fe合金作為原材料，按照Nd12.5Fe69.5Co10Cr2B6的配比，放入磁懸浮熔煉爐中，抽真空到10-3Pa，然后通入1.2×105Pa的高純氬氣，在氬氣保護下反復(fù)熔煉3次，以保證獲得成分均勻的鑄錠，為保證鑄錠的成分基本符合設(shè)計成分，必須關(guān)注稀土元素在熔煉過程中的損耗量。在高純氬氣保護下，用破碎機將鑄錠破碎，然后過篩顆粒直徑小于110微米的鑄錠粉末以備高能球磨(顆粒直徑以50-90微米為佳)。在保護氣氛下將過篩后的鑄錠粉末和鐵粉(純度為99.9％，顆粒尺寸小于15微米)混合均勻，其中鐵粉的體積百分含量為35％。在純度為99.999％的氬氣氣氛下，將上述混合粉高能球磨40個小時，接著，將高能球磨后的產(chǎn)物裝入真空爐內(nèi)，抽真空至10-5Pa，通入純度為99.999％的氫氣，加熱至780℃，保溫12分鐘，然后抽真空至氫壓為10-3Pa，保溫20分鐘，出爐快冷。然后，將所得磁性粉末與2.5wt％的環(huán)氧樹脂混合，在300MPa壓力下壓制成型，接著將壓坯在150℃下保持1小時，使之固化，獲得粘結(jié)磁體。用振動樣品磁強計，測量磁粉的磁性能結(jié)果如下Br＝1.18T，iHc＝755kA/m，(BH)max＝212kJ/m3；測量粘結(jié)磁體的磁性能結(jié)果如下Br＝1.01T，iHc＝748kA/m，(BH)max＝175kJ/m3。
實施例4采用純度為99.9％的Fe、Nd、Nb、Cr和20wt％B-Fe合金作為原材料，按照Nd12.5Fe79.5CrNbB6的配比，放入磁懸浮熔煉爐中，抽真空到10-3Pa，然后通入1.2×105Pa的高純氬氣，在氬氣保護下反復(fù)熔煉3次，以保證獲得成分均勻的鑄錠，為保證鑄錠的成分基本符合設(shè)計成分，必須關(guān)注稀土元素在熔煉過程中的損耗量。在高純氬氣保護下，用破碎機將鑄錠破碎，然后過篩顆粒直徑小于110微米的鑄錠粉末以備高能球磨(顆粒直徑以50-90微米為佳)。在保護氣氛下將過篩后的鑄錠粉末和鐵粉(純度為99.9％，顆粒尺寸小于15微米)混合均勻，其中鐵粉的體積百分含量為37％。在純度為99.999％的氬氣氣氛下，將上述混合粉高能球磨42個小時，接著，將高能球磨后的產(chǎn)物裝入真空爐內(nèi)，抽真空至10-5Pa，通入純度為99.999％的氫氣，加熱至700℃，保溫30分鐘，然后抽真空至氫壓為10-3Pa，保溫25分鐘，出爐快冷。然后，將所得磁性粉末與2.5wt％的環(huán)氧樹脂混合，在300MPa壓力下壓制成型，接著將壓坯在150℃下保持1小時，使之固化，獲得粘結(jié)磁體。用振動樣品磁強計，測量磁粉的磁性能結(jié)果如下Br＝1.26T，iHc＝760kA/m，(BH)max＝221kJ/m3；測量粘結(jié)磁體的磁性能結(jié)果如下Br＝1.15T，iHc＝758kA/m，(BH)max＝185kJ/m3。
實施例5
采用純度為99.9％的Fe、Nd、La、Tb、Ti、Co、Cu、Ga、Nb、Zr、Si和20wt％B-Fe合金作為原材料，按照Nd9Ga0.5Fe84.5B6、Nd7Tb1Fe86Nb0.5Zr0.5B5、Nd9La0.5Fe78.5Ti2B10、Nd9Fe75.5Co8Nb1Cu0.5B6、(Nd0.4Pr0.6)8Fe85.5Si1Zr0.5B5的配比，分別放入磁懸浮熔煉爐中，抽真空到10-3Pa，然后通入1.2×105Pa的高純氬氣，在氬氣保護下反復(fù)熔煉3次，以保證獲得成分均勻的鑄錠，為保證鑄錠的成分基本符合設(shè)計成分，必須關(guān)注稀土元素在熔煉過程中的損耗量。接著，將合金鑄錠放入快淬爐內(nèi)，抽真空至快淬爐腔體內(nèi)的真空度為10-3Pa，然后通入0.5×105Pa的高純氬氣，鑄錠在高純氬氣保護下電弧熔化后，噴射到表面線速度為35m/s的鉬輥上，得到快淬合金。將所得的快淬合金在高純氬氣保護下，在球磨機中破碎成80-100微米的顆粒，然后，裝入真空爐內(nèi)，抽真空至10-5Pa，通入純度為99.999％的氫氣，加熱至750℃，保溫20分鐘，然后抽真空至氫壓為10-3Pa，保溫20分鐘，快冷至室溫。將所得磁性粉末與2.5wt％的環(huán)氧樹脂混合，在300MPa的壓力下壓制成型，接著將壓坯在150℃下保持1小時，使之固化，獲得粘結(jié)磁體。
用振動樣品磁強計，測量磁粉的磁性能結(jié)果如下

測量粘結(jié)磁體的磁性能結(jié)果如下

權(quán)利要求
1.一種氫化熱處理法制備高性能雙相稀土永磁材料的制備方法，其特征在于它的步驟為1)首先制備成分為RxTM100-x-yMy的鑄錠，式中R為稀土元素，其中Nd的含量不少于R總量的70at％；TM為過渡族金屬，其中Fe的含量不小于TM總量的75at％；M為類金屬，其中B含量不小于M總量的90at％；x為6.0～12.0at％，y為4.5～10.0at％，鑄錠可在電弧爐、感應(yīng)爐或磁懸浮熔煉爐中熔煉，熔煉在真空或保護氣氛下進行；2)將鑄錠放入真空快淬爐中，在真空中或高純氬氣保護下熔化后單輥快淬，鑄錠熔體快淬時，鉬輥的表面線速度為12m/s～45m/s；3)在高純氬氣氣氛下，將快淬合金破碎成30～150微米的顆粒；4)將快淬粉末裝入真空爐內(nèi)，抽真空至10-3～10-5Pa，通入純度為99.999％的氫氣，加熱至600℃-1000℃吸氫5-50分鐘，然后仍停留在同樣的溫度區(qū)間，抽真空至氫壓為10-2-10-4Pa，保溫5-30分鐘，快冷至室溫；5)所得粉末通過粘結(jié)、冷壓、熱壓或溫變形來成型。
2.一種氫化熱處理法制備高性能雙相稀土永磁材料的制備方法，其特征在于它的步驟為1)首先制備成分為RxTM100-x-yMy的鑄錠，式中R為稀土元素，其中Nd的含量不少于R總量的70at％；TM為過渡族金屬，其中Fe的含量不小于TM總量的75at％；M為類金屬，其中B含量不小于M總量的90at％；x為7.0～15.0at％，y為5.5～12.0at％，鑄錠在電弧爐、感應(yīng)爐或磁懸浮熔煉爐中熔煉，熔煉在真空或保護氣氛下進行；2)在高純氬氣保護下，將鑄錠破碎至50～110微米，混入純度在99.5％以上，顆粒尺寸小于15微米的鐵粉，鐵粉的體積百分含量為10％～40％；3)在高純氬氣氣氛下，將混合粉末高能球磨35～50個小時；4)將快淬粉末裝入真空爐內(nèi)，抽真空至10-3～10-5Pa，通入純度為99.999％的氫氣，加熱至600℃-1000℃吸氫5-50分鐘，然后仍停留在同樣的溫度區(qū)間，抽真空至氫壓為10-2-10-4Pa，保溫5-30分鐘，快冷至室溫；5)所得粉末通過粘結(jié)、冷壓、熱壓或溫變形來成型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氫化熱處理法制備高性能雙相稀土永磁材料的制備方法。本發(fā)明的制備方法為首先，采用真空熔煉法制備合金；其次，采用快淬法或機械合金化法，制備預(yù)合金粉末；然后，將預(yù)合金粉末置于氫氣處理裝置中，抽真空后通入氫氣于600℃－1000℃溫度范圍內(nèi)進行吸氫和脫氫處理；最后，采用粘結(jié)、冷壓、熱壓或溫變形法制備合金磁體。本發(fā)明所得磁粉及磁體具有比傳統(tǒng)的雙相稀土永磁材料更好的綜合永磁性能，且生產(chǎn)設(shè)備及工藝簡單，工藝消耗少。
文檔編號B22F9/02GK1545107SQ20031010866
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者嚴(yán)密, 王晨, 趙傳禮, 文玉華, 羅偉, 嚴(yán) 密 申請人:浙江大學(xué)