一種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法，屬于粉末制備【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征在于，經(jīng)過精煉的Sm-Fe系合金液經(jīng)過導(dǎo)流管噴嘴被高壓氬氣霧化破碎成許多細(xì)小的液滴，在液滴急速冷凝過程中迅速施加高壓氮?dú)猓蛊浒l(fā)生氮化，生成Sm-Fe-N微細(xì)球形粉末。用該法制備的磁性粉末的平均粒徑10－80μm，具有表面光滑、球形度高、流動(dòng)性好、氧含量低及冷卻速度大等優(yōu)點(diǎn)，適于注射成型粘結(jié)磁體用。在制粉過程同時(shí)實(shí)現(xiàn)了氮化，縮短了Sm-Fe-N磁粉的制備工藝流程。本發(fā)明設(shè)備相對簡單、易于操作。
【專利說明】—種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法,屬于粉末制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]釤鐵氮稀土永磁材料是當(dāng)今永磁材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其中的Sm2Fel7Nx稀土永磁材料具有優(yōu)異的內(nèi)稟磁性能，它的飽和磁化強(qiáng)度達(dá)1.54T,可與Nd-Fe-B的1.6T相媲美；它的各向異性場比Nd-Fe-B的各向異性場大I倍；它的居里溫度達(dá)476°C，t匕Nd-Fe-B的高160°C ;并且其耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性、抗氧化性也更優(yōu)于Nd-Fe-B永磁材料。
[0003]但是二元Sm2Fel7化合物是易基面，各向異性場低，不能制作成為有實(shí)用意義的永磁體。1990年，Coey等利用氣固相反應(yīng)法研制出系列R2Fel7Nx化合物，其中Sm2Fel7Nx化合物顯示出室溫單軸各向異性，為釤鐵氮稀土永磁材料的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)(CoeyJDM, Sun Hong.J.Magn.Magn.Mater.,1990,87:251 — 254.)? 在合金的氮化研究方面，國外的學(xué)者采取了多種先進(jìn)方法進(jìn)行了積極探索。韓國學(xué)者用Sm2Fel7合金作為靶，采用從陰極真空濺射法，研究了氮?dú)鈮毫?、流速、熱處理溫度等對氮化后合金顯微結(jié)構(gòu)和磁性能影響，發(fā)現(xiàn)熱處理溫度在530°C，氮?dú)馑俾蕿?0%時(shí)Sm2Fel7Nx的飽和磁化強(qiáng)度達(dá)6500G，矯頑力達(dá)1000Oe ;日本和巴西科學(xué)家則在流動(dòng)的N2/H2復(fù)合氣體氣氛中等離子體滲氮,(Ken-1chi Machida, Akira Nakamoto, Yoshitaka Nakatani, et al.Newprocessing routes for the preparation of Sm2Fel7Mx (M=C and/or N) materials.J.Alloys Compd., 1995.222.(1~2): 18—22)。
[0004]國內(nèi)，北京科技大學(xué)周壽增教授等和河北工業(yè)大學(xué)孫繼兵等均采用HDDR法加常規(guī)氮化方法獲得了高矯頑力的各向同性Sm2Fel7Nx永磁粉(周壽增，楊俊，張茂才，等。Sm2(Fel-xCrx)17N2.7永磁材料的結(jié)構(gòu)與磁性能。金屬學(xué)報(bào)，1994，30⑵:B72-76)(孫繼兵，崔春翔，崔靜，等。HDDR處理的Sm2Fel6TilNx化合物高能球磨的研究。功能材料，2004，35:740-743)。中科院沈陽金屬研究所也采用HDDR方法加常規(guī)氮化方法制備出了磁性能可達(dá) Br=0.81T, HcJ =1670kA/m, (BH) max =103.5kJ/m3 的 Sm2Fel7Nx 稀土永磁粉末。另外，北京科技大學(xué)胡國輝等采用Sm203和CaFe作為原料，1100°C氧化還原4~7h，然后水洗得到了單相的Sm2Fel7化合物，并采用NH3+H2復(fù)合氣體進(jìn)行滲氮處理制備Sm-Fe-N合金粉末(胡國輝，孫光飛，陳菊芳，等.還原擴(kuò)散法制備稀土永磁Sm2Fel7Nx的研究[J].功能材料，2004，35:728-730)。總的來說，我國在Sm2Fel7Nx磁粉的研究方面，主要是先采用氫化歧化(HDDR)法、熔體快淬法、機(jī)械合金化法、還原擴(kuò)散法等制備Sm2Fel7合金粉，隨后對粉末氮化處理制得Sm2Fel7Nx磁粉。其中，機(jī)械合金化法不需要大型的設(shè)備，是一種簡單的磁粉制造方法，但由于長時(shí)間的球磨，機(jī)械合金化法極易造成粉末氧化，再加上周期長等缺點(diǎn)，限 制其在生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。熔體快淬法制備的Sm2Fel7化合物組織和成分均勻，晶粒細(xì)小，但粉末為層片狀，流動(dòng)性差。還原擴(kuò)散法利用還原劑還原稀土氧化物，使之成為稀土金屬，再通過稀土金屬與過渡族金屬的互擴(kuò)散直接得到稀土永磁粉末，此法制備Sm2Fel7Nx化合物粉末的優(yōu)點(diǎn)是原料成本低，缺點(diǎn)是實(shí)施起來比較困難。HDDR工藝具有設(shè)備簡單，均勻性好，含氧量低，收得率高，不僅能制備各向同性而且能制備各向異性磁體等特點(diǎn)，但是該過程涉及的反應(yīng)眾多，過程和機(jī)理復(fù)雜。
[0005]Sm2Fel7Nx磁體一般采用先制備出Sm2Fel7Nx粉末然后制作成粘結(jié)磁體。粘結(jié)磁體是將磁粉與粘結(jié)劑和其它添加劑按一定比例均勻復(fù)合，然后用壓制、注射、擠出和壓延成型等方法制作而成。氣霧化制粉技術(shù)是利用高速氣流作用于熔融液流，使氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熔體表面能，進(jìn)而形成細(xì)小的液滴并凝固成粉末顆粒，粉末呈表面光滑的球形狀，流動(dòng)性好，適于注射成形用。Magnequench公司用氣霧化法生產(chǎn)了牌號為MQP-S-9-8的納米復(fù)合釹鐵硼粉，即熔融母合金被高壓Ar氣由噴嘴噴出，并霧化成細(xì)小的金屬液滴，射向旋轉(zhuǎn)粉碎盤，落在霧化器底部，迅速凝固成球形合金顆粒，可使磁粉的裝載量從62 %提高到69%。(C.H.Sellers, D.J.Branagan, T.A.Hyde, et al.Proceedings of the 14thInternational Workshop on Rare-Earth Magnets and Their Applications, World Scientific, Singapore, 1996, p.28.)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了制備微細(xì)高球形度的Sm-Fe-N系永磁粉以提高磁粉的裝載量，同時(shí)縮短Sm-Fe-N磁粉的制備工藝流程，在制粉過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)氮化。
[0007]本發(fā)明的具體實(shí)施步驟為:
1)根據(jù)成分設(shè)計(jì)并考慮釤元素10-30wt%損耗配料，放入熔煉坩堝內(nèi)，抽真空后在高純氬氣保護(hù)下，升溫至1400 - 1600°C，感應(yīng)熔煉釤鐵合金；
2)經(jīng)過精煉的釤鐵合金液倒入保溫坩堝中，并進(jìn)入導(dǎo)流管和噴嘴；
3)從導(dǎo)流管噴嘴出來的合金液被3— 8MPa的氬氣霧化破碎成大量細(xì)小的液滴，在液滴快速凝固成球形或亞球形顆粒過程中迅速施加0.3 — 0.SMPa的氮?dú)猓蛊浒l(fā)生氮化，從而得到Sm2Fel7NX微細(xì)球形粉末；微細(xì)球形粉末尺寸為10 — 80 μ m ;
4)粉末篩分；
5)廣品檢驗(yàn)及真空包裝。
[0008]本發(fā)明的原理是:經(jīng)過精煉的合金液通過導(dǎo)流管噴嘴由高壓氣流將金屬液體霧化破碎成大量細(xì)小的液滴，細(xì)細(xì)的液滴在飛行中急速凝固成粉末。由于高速氣流的動(dòng)能最大限度的轉(zhuǎn)化成新生粉末的表面能，粉體表面光滑，球形度高，流動(dòng)性好，適于注射成型用。二元Sm2Fel7化合物是易基面，各向異性場低，不能制作成為有實(shí)用意義的永磁體。只有對Sm2Fel7進(jìn)行氮化得到Sm2Fel7Nx化合物才能顯示出室溫單軸各向異性，從而制成真正的永磁體。因此Sm-Fe合金的氮化是制作Sm-Fe-N永磁體的關(guān)鍵步驟。不同于普通的鋼鐵氮化，Sm2Fel7氮化要求所有的Sm2Fel7晶粒必須充分氮化，否則未氮化的Sm2Fel7會(huì)作為軟磁相而嚴(yán)重影響Sm2Fel7NX的永磁性能。經(jīng)過精煉的Sm-Fe合金液通過導(dǎo)流管噴嘴由高壓氣流霧化破碎成大量細(xì)小的液滴，細(xì)細(xì)的液滴在飛行中經(jīng)過高壓氬氣+氮?dú)獾膹?fù)合氣流，既可以保證高的冷卻速度實(shí)現(xiàn)快速凝固，又在合金凝固過程中提供合適的氮源供Sm2Fe 17化合物全部氮化成Sm2Fe 17N3化合物。由此，氬氣+氮?dú)獾膹?fù)合氣霧化方法可以實(shí)現(xiàn)制備釤鐵合金粉的同時(shí)進(jìn)行氮化，可以縮短Sm-Fe-N磁粉的制備工藝流程。
[0009]本發(fā)明提出的一種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法,其優(yōu)點(diǎn)在于: 1)制備釤鐵合金粉的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了氮化，縮短了Sm-Fe-N磁粉的制備工藝流程；
2)高速氣流的動(dòng)能最大限度的轉(zhuǎn)化成新生粉末的表面能，粉體表面光滑，球形度高，流動(dòng)性好,適于注射成型粘結(jié)磁體用；
3)高壓氣流的作用，使合金液滴快速的在噴嘴附近經(jīng)過多次破碎，并快速冷凝成粉體，因此粉體非常細(xì)小，10 — 80 μ m ;
4)氮含量可控，氧含量低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1平均粒徑為20 μ m的氣霧化Sm2Fel7N3粉SEM照片；
圖2平均粒徑為10 μ m的氣霧化SmlFe9N2.8粉SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1:Sm2Fel7N3粉體的制備(制備出的Sm2Fel7N3粉SEM照片如圖1所示): 設(shè)計(jì)Sml0.6Fe89.4 (wt% )合金成分,考慮衫兀素15wt%損耗配料,將配好的Sm、Fe原
料放入熔煉坩堝內(nèi)，抽真空后，在高純氬氣保護(hù)下，升溫至1400 - 1600°C，感應(yīng)熔煉釤鐵合金；將經(jīng)過精煉的釤鐵合金液倒入保溫坩堝中，并進(jìn)入導(dǎo)流管和噴嘴，從導(dǎo)流管噴嘴出來的釤鐵合金液被5MPa氬氣霧化破碎成大量細(xì)小的液滴，在液滴快速凝固成球形或亞球形顆粒的過程中迅速施加0.4MPa的氮?dú)猓蛊浒l(fā)生氮化，從而得到Sm-Fe-N微細(xì)球形粉末，在霧化塔中進(jìn)行沉降，落入收粉罐中，粉體粒度主要在15 - 30 μ m之間；對粉末進(jìn)行篩分；最后對產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)及真空包裝。
[0012]實(shí)施例2: SmlFe9N2.8粉體的制備(制備出的SmlFe9N2.8粉SEM照片如圖2所示):
設(shè)計(jì)Sml0.lFe89.9 (wt% )合金成分,考慮衫兀素15wt%損耗配料,將配好的Sm、Fe原料放入熔煉坩堝內(nèi)，抽真空后，在真空環(huán)境下，升溫至1400 - 160(TC，感應(yīng)熔煉釤鐵合金；將經(jīng)過精煉的釤鐵合金液倒入保溫坩堝中，并進(jìn)入導(dǎo)流管和噴嘴，從導(dǎo)流管噴嘴出來的釤鐵合金液被8MPa氬氣霧化破碎成大量細(xì)小的液滴，在液滴快速凝固成球形或亞球形顆粒的過程中迅速施加0.4MPa的氮?dú)?，使其發(fā)生氮化，從而得到Sm-Fe-N微細(xì)球形粉末，在霧化塔中進(jìn)行沉降，落入收粉罐中，粉體粒度主要在10 - 15 μ m之間；對粉末進(jìn)行篩分；最后對產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)及真空包裝。
【權(quán)利要求】
1.一種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法,其特征在于，經(jīng)過精煉的Sm-Fe系合金液經(jīng)過導(dǎo)流管噴嘴被高壓氬氣霧化破碎成許多細(xì)小的液滴，在液滴急速冷凝過程中迅速施加高壓氮?dú)猓蛊浒l(fā)生氮化，生成Sm-Fe-N微細(xì)球形粉末； 工藝步驟為: 1)根據(jù)成分設(shè)計(jì)并考慮Sm元素10-3(^〖％損耗配料，放入熔煉坩堝內(nèi)，抽真空后在高純氬氣保護(hù)下，升溫至1400 - 1600°C，感應(yīng)熔煉合金； 2)經(jīng)過精煉的合金液倒入保溫坩堝中，并進(jìn)入導(dǎo)流管和噴嘴； 3)從導(dǎo)流管噴嘴出來的合金液被高壓氬氣霧化破碎成大量細(xì)小的液滴，在液滴快速凝固成球形或亞球形顆粒的過程中迅速施加高壓氮?dú)?，使其發(fā)生氮化，從而得到Sm-Fe-N微細(xì)球形粉末；微細(xì)球形粉末尺寸為10 — 80 μ m ; 4)粉末篩分； 5)廣品檢驗(yàn)及真空包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法,其特征在于:氬氣的壓力范圍3-8 MPa，氮?dú)獾膲毫Ψ秶?.3 — 0.8 MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法,其特征在于:通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流嘴的流率和氣體壓力調(diào)控Sm-Fe-N粉末顆粒尺寸和晶粒尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法,其特征在于:通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流嘴的流率和氮?dú)獾膲毫φ{(diào)控氮含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法,其特征在于:Sm-Fe 基的化合物是:2:17，3:29, 1:12, 1:11, 1:9, 1:7 和 1:5 型，或者在 Sm-Fe 合金的基礎(chǔ)上根據(jù)需要添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪亍?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)球形Sm-Fe-N系永磁粉的制備方法,其特征在于:制粉過程同步氮化，縮短Sm-Fe-N磁粉的制備工藝流程，且粉末表面光滑、球形度高、流動(dòng)性好、氧含量低。
【文檔編號】B22F9/08GK103785845SQ201410026127
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】包小倩, 高學(xué)緒, 朱潔 申請人:北京科技大學(xué)