專利名稱：一種非間隙3:29相稀土永磁材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種稀土永磁材料及制備方法，特別適合于非間隙稀土永磁材料及制備。
背景技術：
在已知的稀土永磁材料中具有2∶14∶1相的有Nd2Fe14B，具有1∶12相的有Sm(Fe，M)12，其中M＝Ti，Cr，V，Mo等，具有2∶17相的有Sm2(Fe，Co，Cu，Zr)17，具有3∶29相的有Sm3(Fe，Ti)29Ny，其中y＝2～6。Nd2Fe14B具有高剩磁，矯頑力大，高磁能積，理論磁能積可高達60MGOe，缺點是居里溫度低，只有310℃，而且耐腐蝕能力差，因而只能適合用在150℃以下的環(huán)境溫度，有關Nd2Fe14B的專利參見JP昭62-151541，JP昭62-149108，JP昭60-204862，JP昭60-31208等。具有ThMn12結(jié)構(gòu)的Sm(Fe，V)12的合金能滿足制備永磁材料的要求，但居里溫度低，做成的磁體磁能積也不高，有關專利參見CN 1054889C。具有2∶17結(jié)構(gòu)的Sm2(Fe，Co，Cu，Zr)17居里溫度很高，約為850℃，但是理論磁能積偏低，約33MGOe，Co含量過高，超過54％Wt。而具有Nd3(Fe，Ti)29結(jié)構(gòu)的化合物Sm3(Fe，Ti)29Ny，具有較高的室溫各向異性場Ba＝12.8T，較高居里溫度Tc＝477℃，較高理論磁能積，約49MGOe，但是，間隙型稀土永磁體具有高溫不穩(wěn)定性，而且，在實際應用中通常只能做成粘結(jié)磁體，使得所制成的磁體磁能積大大降低，有關專利參見CN 1104364A。
純R3M29化合物通常不能形成，需要添加其它的過渡金屬元素作為穩(wěn)定劑，如Mo，Ti，Cr，V，Si，Al，Mn，Nb等。由于非磁性相元素的添加，導致這種化合物的磁性的降低。而R3(Fe，M)29化合物通常不具有軸各向異性，不能用作實用磁體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對Nd2Fe14B材料居里溫度低和間隙型永磁材料高溫不穩(wěn)定的缺點，提出一種非間隙3∶29相稀土永磁材料及制備方法，它以Mo作為其中一種穩(wěn)定劑，含有稀土、鐵和鈷，并且通過一定量的Co替代Fe，使化合物的飽和磁矩、居里溫度和磁晶各向異性得到全面改善，而且具有軸各向異性，同時滿足高居里溫度、高飽和磁化強度和高磁晶各向異性場的要求，較現(xiàn)在已有的非間隙型1∶5相及其衍生相化合物，具有更好的內(nèi)稟性能，用于制成燒結(jié)、粘接磁體和復合永磁材料。
本發(fā)明的非間隙3∶29相稀土永磁材料，其特征在于該永磁材料以分子式為R3(Fe1-x-yCoyMx)29的化合物為主相，其中稀土R為Sm或Sm與Y，Ce，Pr，Nd，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm中的一種或幾種的組合，穩(wěn)定劑M為Mo或Mo與Ti，Cr，V，Si，Al，Mn，Nd，Zr中的一種或幾種的組合，其合金成份范圍在稀土5-15at％，穩(wěn)定劑3-15at％，其它為Fe、Co等其它過渡金屬，其中y在0.05-0.85之間。
一般Fe、Co可以被Cu、Ni、Zn中的一種或幾種部分取代，其取代量為Fe或Co原子的0.01至0.2。
本發(fā)明非間隙3∶29相稀土永磁材料的制備方法步驟如下
1、將純度為99％或以上的Sm，F(xiàn)e，Co，Mo或其它的M元素，按上述分子式配料，在高純氬氣氛下用電弧爐或用高頻感應爐熔煉，經(jīng)熔煉后成為均勻的合金錠子。為了補償合金熔煉過程中Sm元素因揮發(fā)引起的重量損失，在配制Sm時加上15-35wt％的余量。
2、將煉好的合金錠子在高純氬氣保護下，于900-1200℃退火1-3天，然后水淬，即可得到3∶29相稀土永磁材料。
通過步驟1得到的合金中，通常含有富Sm相和α-Fe，經(jīng)過x射線衍射實驗證明，通過步驟2所得到的樣品為3∶29相，3∶29相x射線譜的主峰位置雖然和1∶5，2∶17，1∶12相相近，但其精細結(jié)構(gòu)與上述相的譜線有很大的差別，其結(jié)構(gòu)可以根據(jù)3∶29單斜晶系指標化，空間群為A2/m，其晶格常數(shù)為a＝10.488，b＝8.457，c＝9.624，β＝96.98°。
本發(fā)明非間隙3∶29相稀土永磁材料具有如下特點1、具有非間隙3∶29相結(jié)構(gòu)，為制造新型稀土永磁體提供了又一選擇。
由于這種材料用Mo作穩(wěn)定劑，這種非磁性的Mo含量特別少，對材料的磁性性能的影響降到最低，和已有的其它非間隙型1∶5相及其衍生相化合物相比，這種新型材料具有更好磁性性能。
2、能在很寬的溫度范圍內(nèi)使用。
這種材料居里溫度約1010K，高出Nd2Fe14B約440K。
3、由于是非間隙結(jié)構(gòu)，易于制成燒結(jié)磁體，以達到較高的磁能積。
間隙型材料一般不能制成燒結(jié)磁體，只能制成粘結(jié)磁體，添加其它非磁性相后，勢必降低材料的磁能積。
4、通過結(jié)合其它磁性相，易于制成復合永磁材料。
通過機械合金化的方法，使這種材料與高飽和磁化強度的軟磁性相結(jié)合，得到復合永磁材料，磁能積可以得到提高。


圖1表示3∶29相與不同結(jié)構(gòu)的2∶17相、1∶12相x光衍射圖。經(jīng)x-射線衍射分析和熱磁分析，證明所制備的合金主相為Sm3Fe12.1Co16Mo0.93∶29相，還有少量2∶17雜相。經(jīng)等離子體發(fā)射光譜儀成份分析，2∶17相約為4％at。Sm3Fe12.1Co16Mo0.93∶29相x-射線衍射譜與Sm2Fe17和ThMn12結(jié)構(gòu)的SmFe11Ti都不相同。雖然和這些相相比，主峰的位置是相似的，但3∶29相是由CaCu5結(jié)構(gòu)演變而成的一種超晶格結(jié)構(gòu)，按照Nd3(Fe，Ti)29結(jié)構(gòu)指標化，晶格常數(shù)為a＝10.488，b＝8.457，c＝9.624，β＝96.98°。
圖2表示磁化強度隨著溫度的變化。Sm3Fe12.1Co16Mo0.93∶29相化合物的居里溫度為1010K，比Nd2Fe14B高出422K。Co替代Fe導致了居里溫度的提高。
圖3表示在室溫條件下，Sm3Fe12.1Co16Mo0.93∶29相化合物取向樣品在磁場取向方向分別與外加測量磁場平行和垂直兩種情況下測量所得到磁化曲線。
作曲線Δμ0M-B(Δμ0M＝μ0M平行-μ0M垂直)，并外推Δμ0M到零，可得到室溫各向異性場Ba＝6.5T，和Nd2Fe14B的Ba＝7.0T接近。
利用磁場取向方向和外加磁場平行的磁化曲線，作曲線μ0M-l/B，并外推l/B到零，可得到室溫飽和磁化強度μ0Ms＝1.5T，和Nd2Fe14B的μ0Ms＝1.6T接近。由此也可以推斷該3∶29相的理論磁能積為56.3MGOe。
圖4表示Sm3Fe12.1Co16Mo0.93∶29相x-射線衍射譜及磁場取向x-射線衍射譜。磁場取向x-射線衍射譜中被明顯加強的峰為(204)，對應1∶5結(jié)構(gòu)的(001)峰，說明3∶29相Sm-3Fe12.1Co16Mo0.9的易磁化方向為C軸。
具體實施例方式實施例1將純度為99.9％的Sm、Fe、Co、Mo按Sm3Fe12.1Co16Mo0.9的分子式配方，并將Sm增加30wt％的余量，以補償合金熔煉過程中Sm元素因揮發(fā)引起的重量損失。將配制好的四種原料在高純氬氣氛下，用電弧爐反復熔煉五次，使其成為均勻的合金錠子，然后將合金錠子包在鉬片或鉭片內(nèi)，放入石英管中，抽真空至5×10-3Pa，通入高純氬氣，封裝后置于900或1200℃退火爐中退火1或3天，取出合金錠子，直接水淬，即可得到Sm3Fe12.1Co16Mo0.93∶29相，表現(xiàn)為室溫軸各向異性，其內(nèi)稟性能見表1。
實施例2按分子式R3(Fe1-x-yCoyMx)29配比，用R＝Y(jié)，Ce，Pr，Nd，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm中的一種或幾種部分取代實施例1中的Sm，用Ni，Cu，Zn中的一種或幾種部分取代Fe或Co，其取代量為Fe或Co原子的0.01至0.2，并用Mo和M＝Ti，Cr，V，Si，Al，Zr，Nb，B中的一種或幾種做穩(wěn)定劑，其中y在0.05-0.85之間，制備方法同實施例1，均表現(xiàn)為室溫軸各向異性，其內(nèi)稟性能見表2-5。
比較例按分子式Sm3Fe28.014Mo0.986配比，制備方法同實施例1，表現(xiàn)為室溫面各向異性，其內(nèi)稟性能見表2。表1

表2 工藝參數(shù)退火溫度1200℃，退火時間3天

表3 工藝參數(shù)退火溫度1200℃，退火時間1天

表4 工藝參數(shù)退火溫度900℃，退火時間3天

表5 工藝參數(shù)退火溫度900℃，退火時間1天

從表中可知，采用本發(fā)明提供的材料，通過一定量的Co替代Fe，化合物的飽和磁矩、居里溫度和磁晶各向異性得到全面改善，而且具有軸各向異性。該材料能同時滿足高居里溫度、高飽和磁化強度和高磁晶各向異性場的要求，較現(xiàn)在已有的非間隙型1∶5相及其衍生相如1∶7、1∶12、2∶17和3∶29相，具有更好的內(nèi)稟性能，成為新型稀土永磁材料。
權利要求
1.一種非間隙3∶29相稀土永磁材料，其特征在于，該永磁材料以分子式為R3(Fe1-x-yCoyMx)29(3∶29相)的化合物為主相，其中稀土R為Sm或Sm與Y，Ce，Pr，Nd，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm中的一種或幾種的組合，穩(wěn)定劑M為Mo或Mo與Ti，Cr，V，Si，Al，Mn，Nd，Zr中的一種或幾種的組合，其合金成份范圍在稀土5-15at％，穩(wěn)定劑3-15at％，其它為鐵、鈷等其它過渡金屬，其中y在0.05-0.85之間。
2.按照權利要求1所述的非間隙3∶29相稀土化合物永磁材料，其特征在于，其中Fe或Co被Cu、Ni、Zn中的一種或幾種部分取代，其取代量為Fe或Co原子的0.01至0.2。
3.一種制備權利要求1所述的非間隙3∶29相稀土永磁材料的方法，包括以下的步驟(1)在高純氬氣氛下用電弧爐或用高頻感應爐熔煉，經(jīng)熔煉后成為均勻的合金錠子。稀土元素在配比時加上15-35wt％的余量；(2)將煉好的合金錠子在高純氬氣保護下，于900-1200℃退火1-3天，然后水淬。
全文摘要
一種非間隙3∶29相稀土永磁材料及制備方法，屬于稀土永磁材料。該永磁材料以R
文檔編號H01F1/055GK1395264SQ0212154
公開日2003年2月5日 申請日期2002年6月25日 優(yōu)先權日2002年6月25日
發(fā)明者李偉星, 申江, 劉寶丹, 吳光恒, 楊伏明 申請人:北京科技大學, 中國科學院物理研究所