專利名稱：高剩磁低矯頑力釤鈷永磁材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高剩磁低矯頑力溫度系數(shù)釤鈷永磁材料及制備方法。
背景技術(shù)：
在諸多高新技術(shù)領(lǐng)域，永磁材料都是非常重要的功能器件，有著不可替代的作用。與釹鐵硼、鋁鎳鈷等其它種類的永磁材料相比， 作為第二代稀土永磁材料的2:17型釤鈷永磁材料，憑其高溫穩(wěn)定性、強的耐蝕性和高能量供給等優(yōu)異的綜合性能被廣泛的應(yīng)用于汽車、交通運輸、計算機技術(shù)、雷達(dá)、衛(wèi)星通信和航空航天技術(shù)中。釤鈷永磁材料中含有大量的稀土元素釤(Sm)和重要的戰(zhàn)略元素鈷(Co)。科研工作者通過添加合金元素的方法，制備了以釤、鈷、鐵(Fe)、銅(Cu) Jg(Zr)為主要成分的釤(鈷、鐵、銅、鋯)z永磁材料，商業(yè)上應(yīng)用的釤鈷永磁材料的分子式為Sm(CobalFea M2Cua^aiZra6.8_7.5，其磁性能為(BH)max=25^29MG0e, Br=IO^lIkGs, HCJ>20k0eo商業(yè)釤鈷磁體的矯頑力較高，一般都在20k0e以上，而對于一些特殊應(yīng)用的磁體，如耐高溫釤鈷磁體和低溫度系數(shù)釤鈷磁體的矯頑力更高，通常在30k0e以上?；谀壳俺浯旁O(shè)備和充磁場大小的限制，這些磁體一旦做成特種形狀，如大塊或永磁環(huán)，很難充磁到飽和，這制約釤鈷磁體的應(yīng)用領(lǐng)域。通常來講，材料的矯頑力越高，表明它的抗退磁能力越強，穩(wěn)定性越好，使用溫度也可以較高，但我國部分稀土永磁材料和電機生產(chǎn)廠家，常將高室溫矯頑力和高使用溫度混為一談，實際上高室溫矯頑力并不意味著磁體一定能在高溫下使用，高使用溫度意味著高的居里溫度和高的溫度穩(wěn)定性。因此，有必要研究一種高剩磁、低矯頑力溫度系數(shù)釤鈷基永磁材料及其制備方法。矯頑力和剩磁是相互制約的一對因素，只有高剩磁才能獲得更大磁能積的釤鈷永磁材料，高剩磁又可以獲得較大的表面磁場?，F(xiàn)有的釤鈷永磁制備工藝多采用單合金法、雙合金法和液相添加燒結(jié)法，也有把雙合金法稱作液相添加法的，通常雙合金法是熔煉一個主相合金和一個輔相合金(或稱液相合金，也就是富稀土合金)，其中，輔相合金的主要作用是調(diào)整主相成分偏析、磁矩調(diào)控改善溫度系數(shù)或?qū)崿F(xiàn)液相燒結(jié)。本發(fā)明采用不同于上述的雙主相合金法，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)控，最終在磁體中形成1:5型(Sm，Ce, Pr)-Co結(jié)構(gòu)和2:17型Sm-(Co，F(xiàn)e, Cu, Zr)雙相結(jié)構(gòu)(見圖2)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高剩磁低矯頑力的釤鈷永磁材料及其制備方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案一種高剩磁低矯頑力釤鈷永磁材料，其使用狀態(tài)的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為[Sm1^y (Prx, Cey) ] 23 26. 5%、Fel7 20%、Cu3 6%、Zrl 3%、余量為 Co，O 彡 x 彡 O. 1，O ^ y ^ O. I0所述的釤鈷永磁材料，其結(jié)構(gòu)特征在于Ce、Pr主要進入I :5胞壁相。
該材料通過雙主相法配制的A、B兩種不同成分的合金制備，經(jīng)熔煉、速凝和破碎制成A、B粉末，A粉為微米級，B粉為納米級；然后混合A、B粉末，其中A粉85、9%，其余為B粉；然后經(jīng)過磁場成形、冷等靜壓和熱處理。所述A、B兩種不同成分的合金成分為第一合金A為Sn^Com-dFebCUeZrd,其中，23%彡a彡26%、17% ^ b ^ 20%、3% ^ c ^ 6%、1%彡d彡3% ;第二合金B(yǎng)的組成為(Smh_wCezPrw) eCo1(l(l_e_f_gFefCug，其中，31% ^ e ^ 35%,5. 5% ^ f ^ 10%,4% ^ g ^ 13%、
O^ z ^ O. 6、0 ^ w ^ O. 4o一種所述釤鈷永磁材料的制備方法，它包括如下步驟步驟I :高剩磁低矯頑力釤鈷永磁合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為[Sm1^y (Prx, Cey) ] 23 26. 5%、Fe 17 20%、Cu3 6%、Zrl 3%、余量為 Co，O 彡 x 彡 O. 1，O^y ^0. I ;采用雙主相合金法配制A、B兩種不同成分的合金，其中第一合金A的組成為SmaCo1。。-a_b_c_dFebCucZrd，其中，23% 彡 a 彡 26%、17% ^ b ^ 20%、3%6%、1% 彡 d 彡 3%,第二合金 B 的組成為(SmhiCezPrw)eCo1。。-e_f_gFefCug，其中，31% 彡 e 彡 35%,5. 5% ^ f ^ 10%、4% ^ g ^ 13%、0 ^ z ^ O. 6,0 ^ w ^ O. 4,分別配置成兩種原料；步驟2 :將步驟I中配好的兩種原料分別熔煉，制成鑄片或速凝薄片，速凝薄片的平均厚度范圍在O. 15-0. 5mm ；步驟3 :將步驟2中的A、B鑄片或速凝薄片機械破碎為O. 5 I. O毫米大小的顆粒，再采用濕法磨為I 3微米的粉末；或在保護氣體下，添加防氧化潤滑劑，采用干法磨為I 3微米的粉末；步驟4 :采用高能球磨機,將B成分的粉末進一步磨到5(Tl00納米,混合A、B粉，其中，A粉85 100%, B粉0 15%，混粉O. 5 I小時，然后在I. 8 2. O特斯拉磁場下成型，再進行冷等靜壓處理；步驟5 :將步驟4中的物質(zhì)在1170 1200°C下進行O. 5 I. O小時的燒結(jié)，然后隨爐冷卻到1130 1160°C進行2 6小時的固溶處理，并淬火至室溫；然后在800 850°C保溫10 40小時后，以O(shè). 5°C /min的冷卻速度冷卻到400°C保溫5小時，并淬火至室溫。所述制備方法中，采用雙主相合金法，根據(jù)不同牌號釤鈷永磁材料的成分要求，以不同比例分別配比和量取A、B兩種原料。所述濕法為球磨法。所述干法為氣流磨法，防氧化潤滑劑的混合比例為3 7ml/kg。所述的防氧化潤滑劑中醇和汽油的質(zhì)量百分比為859Γ96%，其余為基礎(chǔ)合成油4% 15% ;其中，所述醇為乙醇或甲醇，所述基礎(chǔ)合成油為黏度指數(shù)大于90的聚a-烯烴或酯類油。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明只需熔煉兩種成分速凝帶，便可配 制出不同性能的磁體；本發(fā)明通過添加Ce、Pr替代Sm，降低了燒結(jié)和回火溫度；本發(fā)明制備的釤鈷永磁材料的剩磁可達(dá)11. (Til. 5kGs,比普通商用釤鈷磁體提高了 5 10% ;本發(fā)明的釤鈷磁體的內(nèi)稟矯頑力為l(T20k0e，比普通釤鈷磁體降低了 20飛0%。由本發(fā)明的釤鈷永磁材料制備的釤鈷磁環(huán)，不僅可較易飽和磁化，而且具有較高的表面磁場，克服現(xiàn)有釤鈷磁環(huán)充磁不飽和、表磁低、磁穩(wěn)定性差的缺陷。


圖I為本發(fā)明的釤鈷永磁材料的制備工藝流程示意圖；圖2為本發(fā)明的釤鈷永磁材料的胞狀組織示意圖。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步說明。本發(fā)明旨在提高合金的剩磁、適當(dāng)?shù)慕档统C頑力。由于釤鈷永磁材料的種類較多，磁體的成分和制備制度各異，我們將速凝工藝和氣流磨技術(shù)應(yīng)用于本發(fā)明中，通過提高鐵含量、降低銅和適量釤含量來獲得高剩磁低矯頑力溫度系數(shù)的釤鈷永磁材料。普通商業(yè)磁體中，F(xiàn)e的重量百分比通常為15 — 17%，Cu為5 — 7%。我們知道銅是非磁性物質(zhì)、鐵具 有較大的原子磁矩(2. 221 μΒ)，因此本發(fā)明中，進一步提高Fe含量來提高飽和磁化強度；降低Cu含量來降低矯頑力至中等程度(l(T20k0e)，控制釤含量和優(yōu)化熱處理工藝，得到本發(fā)明提出的高剩磁低矯頑力溫度系數(shù)的釤鈷永磁材料。本發(fā)明采用的速凝工藝，只需兩種成分的速凝帶，可制備系列牌號的高剩磁低矯頑力磁體；氣流磨過程中添加防氧化潤滑劑，防止磁粉團聚和氧化，磁體的氧含量低于1500ppmo制備本發(fā)明的釤鈷永磁材料的熱處理工藝可主要分為燒結(jié)固溶和時效回火兩個階段。其中燒結(jié)固溶是制備優(yōu)異釤鈷永磁材料的前提，更是得到高剩磁的關(guān)鍵步驟。時效回火，是改變永磁材料矯頑力和形成完整胞狀結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵步驟。時效回火保溫時間的長短對成分及其敏感，當(dāng)銅和釤含量較高時，時間較短，二者含量較低時，需要的時間較長。此外，本發(fā)明中Ce、Pr的添加，不僅有利于提高剩磁，而且降低了釤鈷永磁材料的熱處理溫度，易于微觀組織的控制。如圖I所示，為本發(fā)明的釤鈷永磁材料的制備工藝流程示意圖，它包括如下步驟步驟I :高剩磁低矯頑力釤鈷永磁合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為[Sm1^y (Prx, Cey) ] 23 26. 5%、Fel7 20%、Cu3 6%、Zrl 3%、余量為 Co，O 彡 x 彡 O. 1，O^y ^0.1 ;采用A、B兩種不同成分的合金粉末原料混合得到，其中第一合金A的組成為SmaCo1。。-a_b_c_dFebCucZrd，其中，23% 彡 a 彡 26%、17% ^ b ^ 20%、3%6%、1% 彡 d 彡 3%,第二合金 B 的組成為(Smi_z_wCez Prw) eCo1(l(l_e十gFefCug，其中，31% 彡 e 彡 35%,5. 5% ^ f ^ 10%、4% ^ g ^ 13%、0 ^ z ^ O. 6,0 ^ w ^ O. 4,分別配置成兩種原料；步驟2 :將步驟I中配好的兩種原料分別熔煉，制成鑄片或速凝薄片，速凝薄片的平均厚度范圍在O. 15-0. 5mm ；步驟3 :將步驟2中的A、B鑄片或速凝薄片機械破碎為O. 5 I. O毫米大小的顆粒，再采用濕法磨為I 3微米的粉末；或在保護氣體下，添加防氧化潤滑劑，采用干法磨為I 3微米的粉末；步驟4 :采用高能球磨機,將B成分的粉末進一步磨到5(Tl00納米,混合A、B粉，其中，按質(zhì)量百分比A粉85-100%，B粉0-15%，混粉O. 5^1小時，然后在I. 8 2. O特斯拉磁場下成型，再進行冷等靜壓處理；步驟5 :將步驟4中的物質(zhì)在1170 1200°C下進行O. 5 I. O小時的燒結(jié)，然后隨爐冷卻到1130 1160°C進行2 6小時的固溶處理，并淬火至室溫；然后在800 850°C保溫10 40小時后，以O(shè). 5°C /min的冷卻速度冷卻到400°C保溫5小時，并淬火至室溫。所述的防氧化潤滑劑中醇和汽油占85%_96%，基礎(chǔ)合成油占4%-15 0Z0，所述的基礎(chǔ)合成油的黏度指數(shù)大于90，所述的醇為乙醇或甲醇，所述的基礎(chǔ)合成油為聚a-烯烴或酯類油。圖2所示為本發(fā)明的高剩磁低矯頑力釤鈷基永磁材料的胞狀組織示意圖，其中，Pr、Ce主要進入1:5胞壁相。由以上步驟制備的高剩磁低矯頑力溫度系數(shù)釤鈷永磁材料，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為[Sm1^ (Prx, Ce y)]23 26. 5%, Fe 17 20%、Cu3 6%、Zrl 3%、余量為 Co，其中，O≤ X ≤ O. UO ≤y ≤ O. I0 表I本發(fā)明制備的衫鈷永磁材料的成分表
權(quán)利要求
1.一種高剩磁低矯頑力釤鈷永磁材料，其特征在于其使用狀態(tài)的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為[Sm1H (Prx, Cey) ] 23 26. 5%、Fe 17 20%、Cu3 6%、Zrl 3%、余量為 Co，O≤X≤O. 1，0≤y≤O. I。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釤鈷永磁材料,其特征在于其微觀結(jié)構(gòu)為Ce、Pr主要進入I :5胞壁相。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釤鈷永磁材料,其特征在于該材料通過雙主相法配制的A、B兩種不同成分的合金制備，經(jīng)熔煉、速凝和破碎制成A、B粉末，A粉為微米級，B粉為納米級；然后混合A、B粉末，其中A粉85、9%，其余為B粉；然后經(jīng)過磁場成形、冷等靜壓和熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的釤鈷永磁材料，其特征在于所述A、B兩種不同成分的合金成分為第一合金 A 為 SmaCo100_a_b_c_dFebCucZrd，其中，23% ≤ a ≤26%、17% ≤ b ≤ 20%、 3% ≤ c ≤6%、1% ≤ d ≤ 3% ;第二合金 B 的組成為(Smi_z_wCezPrw) eCo1(l(l_e_f_gFefCug，其中，31% ≤ e ≤ 35%,5. 5% ≤ f ≤ 10%,4%≤ g≤13%、0 ≤ z ≤ O. 6、0≤ w ≤ O. 4。
5.一種如權(quán)利要求I所述的釤鈷永磁材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟 1)高剩磁低矯頑力釤鈷永磁合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為[smi_x_y(Prx, Cey) ] 23 26. 5%, Fe 17 20%、Cu3 6%、Zrl 3%、余量為Co，O≤x≤O. 1，O≤y≤O. I ;采用雙主相合金法配制A、B兩種不同成分的合金,其中第一合金A的組成為-Sn^Com—dFebCi≤Zrd,其中，23%≤a≤26%、17% ≤ b ≤ 20%、3% ≤c ≤ 6%、1%≤d≤3%，第二合金B(yǎng)的組成為(SmhiCez Prw) eCo100_e_f_gFefCug，其中，31% ≤e ≤ 35%, 5. 5%≤ f ≤ 10%, 4% ≤ g ≤ 13%、O≤z≤O. 6、0≤w≤O. 4，分別配置成兩種原料； 2)將步驟I中配好的兩種原料分別熔煉，制成鑄片或速凝薄片，速凝薄片的平均厚度范圍在 O. 15-0. 5mm ； 3)將步驟2中的A、B鑄片或速凝薄片機械破碎為O.5 I. O毫米大小的顆粒，再采用濕法磨為I 3微米的粉末；或在保護氣體下，添加防氧化潤滑劑，采用干法磨為I 3微米的粉末； 4)采用高能球磨機，將B成分的粉末進一步磨到5(Γ100納米，混合Α、B粉，其中，A粉85 99%，Β粉f 15%，混粉O. 5^1小時，然后在I. 8 2. O特斯拉磁場下成型，再進行冷等靜壓處理； 5)將步驟4中的物質(zhì)在1170 1200°C下進行O.5 I. O小時的燒結(jié)，然后隨爐冷卻到1130 1160°C進行2 6小時的固溶處理，并淬火至室溫；然后在800 850°C保溫10 40小時后，以O(shè). 5°C /min的冷卻速度冷卻到400°C保溫5小時，并淬火至室溫。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于采用雙主相合金法，根據(jù)不同牌號釤鈷永磁材料的成分要求，以不同比例分別配比和量取A、B兩種原料。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述濕法為球磨法。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述干法為氣流磨法，防氧化潤滑劑的混合比例為3 7ml/kg。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的防氧化潤滑劑中醇和汽油的質(zhì)量百分比為85°/Γ96%，其余為基礎(chǔ)合成油4% 15% ;其中，所述醇為乙醇或甲醇，所述基礎(chǔ)合成油為黏度指數(shù)大于90的聚a-烯烴或酯類油 。
全文摘要
本發(fā)明屬于稀土永磁材料制造領(lǐng)域，涉及一種高剩磁低矯頑力釤鈷永磁材料及制備方法。它的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為[Sm1-x-y(Prx,Cey)]23～26.5%、Fe17～20%、Cu3～6%、Zr1～3%、余量為Co，0≤x≤0.1，0≤y≤0.1。本發(fā)明采用雙主相合金法和速凝工藝，只需兩種成分的速凝帶，可制備高剩磁低矯頑力磁體；氣流磨過程中添加防氧化潤滑劑，防止磁粉團聚和氧化，磁體的氧含量低于1500ppm。Ce、Pr的加入，降低了釤鈷永磁材料的熱處理溫度。磁體性能為Br＝11.0~11.5kGs，Hcj＝10~20kOe，(BH)max＝28~33MGOe。
文檔編號B22F3/16GK102760545SQ20121025813
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者孫威, 方以坤, 朱明剛, 李衛(wèi), 汪旭超 申請人:鋼鐵研究總院