CN102211199B - 一种破碎稀土-铁型合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种破碎稀土-铁型合金的方法，首先将稀土-铁型合金在氨气中于400-700℃热处理1-20小时，其中氨气压强为1-20大气压，所述稀土-铁型合金至少在一个维度上的尺寸小于5mm；然后将氨气处理后的合金在惰性气体或真空环境中室温静置1-60小时，该合金将自破碎成细小颗粒。该方法集合了氢破碎和机械破碎两种方法的优点，破碎后合金粉末中的氧含量低且进入合金中的氮不需要排出，而氨气中的氢原子不进入合金，因此稀土-铁型合金在氨气中的热处理可以同时完成合金的破碎和间隙型氮化物的制备，尤其适合运用到Sm₂Fe₁₇N_x和Nd(Fe，M)₁₂N_x高性能永磁材料的制备中。

Description

一种破碎稀土-铁型合金的方法

技术领域

本发明涉及磁性材料制备技术领域，特别涉及一种破碎稀土-铁型合金的方法。

背景技术

1990年爱尔兰三一大学Coey教授研究组和北京大学杨应昌院士研究组基于在稀土铁合金中氮的间隙原子效应，发现Sm₂Fe₁₇N_x(简称钐铁氮)与Nd(Fe，M)₁₂N_x(简称钕铁氮)具有优异的内禀磁性，可与钕铁硼媲美，立即成为国内外开发新型稀土永磁材料的热点。日本三荣化成公司、美国特拉华大学、美国内布拉斯加大学、中科院物理所、中科院金属所、北京科技大学、钢铁研究总院、吉林大学和北京工业大学等单位积极开展了与此相关的研究。

众多的研究工作表明，制备高性能的各向异性Sm₂Fe₁₇N_x和Nd(Fe，M)₁₂N_x磁粉的技术路线通常由下述五个步骤构成：(1)制备Nd(Fe，M)₁₂和Sm₂Fe₁₇型合金；(2)对合金进行均匀化热处理；(3)将退火后的合金机械粉碎；(4)对通过破碎获得的颗粒进行氮化处理；(5)将氮化后的颗粒球磨成细粉。这种较为复杂的技术路线影响了各向异性Sm₂Fe₁₇N_x和Nd(Fe，M)₁₂N_x的性价比和应用范围。2002年北京大学的杨应昌院士课题组在国内外率先将速凝技术应用到这些间隙性氮化物的制备中，大大缩短了对Nd(Fe，M)₁₂和Sm₂Fe₁₇型合金均匀化处理的时间，同时提高了材料的性能和其性价比。但是为了使Sm₂Fe₁₇或Nd(Fe，M)₁₂型合金在合理的时间范围内充分吸氮获得Sm₂Fe₁₇N_x和Nd(Fe，M)₁₂N_x氮化物，吸氮处理前须将上述合金破碎成平均粒径为200μm左右的颗粒，以增大与气体的接触面积。

目前，稀土-铁型合金的破碎主要有吸氢破碎和机械破碎两种方法可供选择。运用氢破碎工艺对Sm₂Fe₁₇或Nd(Fe，M)₁₂型合金进行破碎，其优点是在破碎过程中，进入合金粉末中的氧含量少，有利于提高最终材料的磁性能；缺点是合金实现氢破碎之后，进入合金中的氢必须脱出，因为氢的残留将严重影响Sm₂Fe₁₇N_x和Nd(Fe，M)₁₂N_x间隙型氮化物的永磁性能。可见，尽管吸氢破碎工艺有助于减少最终产品中的氧含量，但是这种吸氢破碎无疑将会再次增加Sm₂Fe₁₇N_x和Nd(Fe，M)₁₂N_x磁粉制备工艺的复杂性，因此目前Sm₂Fe₁₇或Nd(Fe，M)₁₂型合金的破碎基本不采用氢破碎工艺。而在惰性气体气氛中对稀土-铁型合金实施机械破碎的优点是操作简单，缺点是在破碎过程中，进入合金粉末中的氧含量偏多，不利于提高最终磁粉的性能。但由于机械破碎方法相对简单，因此目前Sm₂Fe₁₇或Nd(Fe，M)₁₂型合金的破碎主要采用这种方法。

为了进一步提高各向异性Sm₂Fe₁₇N_x和Nd(Fe，M)₁₂N_x磁粉的性价比和应用范围，优化当前制备氮化物的技术路线尤其是要改进现有的破碎技术很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种破碎稀土-铁型合金的方法，尤其是适合Sm₂Fe₁₇型合金和Nd(Fe，M)₁₂(M＝Ti，Mo，V)型合金的破碎方法，以助于制备高性价比的相关稀土永磁材料。

本发明的稀土-铁型合金破碎方法，包括以下步骤：

1)将稀土-铁型合金在氨气中于400-700℃热处理1-20小时，其中氨气压强为1-20大气压，所述稀土-铁型合金至少在一个维度上的尺寸小于5mm；

2)将氨气处理后的稀土-铁型合金在惰性气体或真空环境中室温静置1-60小时，该稀土-铁型合金自发破碎成细小颗粒。

采用本发明方法破碎的稀土-铁型合金成分可表示为RFe_aM_b，其中R是包括钇在内的至少一种稀土元素，M是选自Ti、V、Mo、W、Al、Si、Cr、Nb、Ga和Mn的任意一种或多种元素，其中a+b介于5-12之间，b介于0-3之间，a和b为原子比。优选的，所述稀土-铁型合金为Sm₂Fe₁₇型合金或Nd(Fe，M)₁₂型合金。

上述稀土-铁型合金破碎方法，步骤1)所处理的稀土-铁型合金在某一维度的尺寸应满足＜5mm的条件，优选＜1mm。这样的稀土-铁型合金可以是采用速凝技术制备的速凝带，其中辊速的范围可以是1-6m/s。所制备的稀土-铁型合金速凝带具有如下显微结构特征：合金速凝带的宽度为0.5-5厘米，厚度为0.5-5毫米，速凝薄片中合金主相的晶粒尺寸为1-100微米，富稀土相分布在主相晶粒的周围。

步骤1)稀土-铁型合金经氨气热处理后成相特征会发生变化：氨气热处理前，稀土-铁型合金由R(Fe，M)₁₂或R₂Fe₁₇主相和晶界少量富稀土相构成，在氨气中热处理后的合金由R(Fe，M)₁₂N_x或R₂Fe₁₇N_x相、少量晶界富稀土相和少量稀土氮化物组成。

上述稀土-铁型合金破碎方法，步骤2)氨气处理后的稀土-铁型合金在惰性气体(或真空)和室温环境下静置实现自破碎：通常从合金表面开始出现裂痕，随着时间的延长，合金将逐渐自发破碎成细小颗粒，破碎后颗粒的尺寸范围主要介于10-100μm之间。

本发明所提供的破碎稀土-铁型合金的方法基本集合了氢破碎和机械破碎两种方法的优点，破碎后合金粉末中的氧含量低且进入合金中的氮不需要排出，而氨气中的氢原子不进入合金，因此稀土-铁型合金在氨气中的热处理可以同时完成合金的破碎和间隙型氮化物的制备，达到了双重目的，尤其适合用于Sm₂Fe₁₇型合金和Nd(Fe，M)₁₂(M＝Ti，Mo，V)型合金的破碎和相应Sm₂Fe₁₇N_x和Nd(Fe，M)₁₂N_x间隙型氮化物的制备。该发明对于当前高性能Sm₂Fe₁₇N_x和Nd(Fe，M)₁₂N_x化合物的制备技术路线的简化将大有帮助。

附图说明

图1是实施例1中NdFe_10.5Mo_1.5合金在氨气中热处理刚完成时的扫描电子显微镜图。

图2是实施例1氨气处理后的NdFe_10.5Mo_1.5合金在惰性气体中静置40小时，合金自发破碎形成的颗粒的粒径分布图。

具体实施方式

实施例1：

运用速凝技术制成NdFe_10.5Mo_1.5速凝带，辊速为4m/s，速凝带的厚度为2.5mm，然后通过下述方法进行破碎：

1)NdFe_10.5Mo_1.5速凝带在氨气中进行热处理，氨气压强为5大气压，处理温度为540℃，处理时间为6小时，热处理后合金中氮的质量百分数为2.5％，氨气热处理刚完成时合金通过扫描电子显微镜观察合金，如图1所示；

2)将氨气处理后的速凝带在1个大气压的氩气和室温的环境下静置40小时，速凝带自破碎成细小的颗粒。经激光粒度分布仪测试，发现这些颗粒的粒径分布范围主要为10-100μm，平均粒径为35μm，参见图2。

实施例2：

运用速凝技术制成NdFe₁₀V₂速凝带，辊速为6m/s，速凝带的厚度为2.0mm，然后通过下述方法进行破碎：

1)NdFe₁₀V₂合金在氨气中进行热处理，氨气压强为10大气压，热处理温度为560℃，热处理时间为5小时，热处理后合金中氮的质量百分数为2.8％；

2)将氨气处理后的合金在真空和室温的环境下静置50小时，合金将自破碎成细小的颗粒。经激光粒度分布仪测试，发现这些颗粒的粒径分布范围主要为10-90μm，平均粒径为33μm。

实施例3：

采用速凝技术制成NdFe₁₁Ti₁薄片，辊速为2m/s，速凝带的厚度为3.0mm，然后通过下述方法进行破碎：

1)NdFe₁₁Ti₁速凝带在氨气中进行热处理，氨气压强为1大气压，热处理温度为580℃，热处理时间为7小时，热处理后合金中氮的质量百分数为2.7％；

2)将氨气处理后的速凝带在1个大气压的氩气和室温的环境下静置45小时，速凝带将自破碎成细小的颗粒。经激光粒度分布仪的测试，发现这些颗粒的粒径分布范围主要为10-100μm，平均粒径为38μm。

Claims (5)

1.一种稀土-铁型合金的破碎方法，所述稀土-铁型合金是Sm₂Fe₁₇型合金或Nd(Fe，M)₁₂型合金，其中M选自Ti，Mo和V的任意一种或多种元素，该破碎方法包括以下步骤：

1)将稀土-铁型合金在氨气中于400-700℃热处理1-20小时，其中氨气压强为1-20大气压，所述稀土-铁型合金至少在一个维度上的尺寸小于5mm；

2)将氨气处理后的稀土-铁型合金在惰性气体或真空环境中室温静置1-60小时，该稀土-铁型合金自发破碎成细小颗粒。

2.如权利要求1所述的破碎方法，其特征在于，步骤1)所处理的稀土-铁型合金在某一维度的尺寸＜1mm。

3.如权利要求1所述的破碎方法，其特征在于，步骤1)所处理的稀土-铁型合金是采用速凝技术制备的合金速凝带。

4.如权利要求3所述的破碎方法，其特征在于，所述合金速凝带的宽度为0.5-5厘米，厚度为0.5-5毫米，合金主相的晶粒尺寸为1-100微米，富稀土相分布在主相晶粒的周围。

5.如权利要求1所述的破碎方法，其特征在于，步骤2)稀土-铁型合金自发破碎后的颗粒的尺寸介于10-100μm之间。

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