CN102274974B - 一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于稀土永磁材料技术领域，具体涉及一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制备方法，包括：包括稀土合金依次经过真空熔炼工序、真空快淬工序、破碎过筛工序和热处理工序，其中：所述的热处理工序为微波加热处理，热处理温度为600-700℃，热处理时间为1-15min。本发明制备的纳米晶稀土永磁合金粉末的晶粒尺寸为10～30nm，磁粉的磁能积（BH）m达到120～180kJ/m3，与传统快淬技术制备的稀土永磁合金粉末，磁能积（BH）m为100～140kJ/m3相比，具有更为优异的磁性能。
Description
技术领域
本发明属于稀土永磁材料技术领域，具体涉及一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制备方法。
背景技术
纳米晶稀土永磁材料是一种新型的高性能永磁材料，这一类材料通过纳米晶粒之间的交换耦合作用而获得剩磁增强效应，从而具有高剩磁、高磁能积以及较高的矫顽力。Skomski和Coey等人的理论计算表明，纳米晶稀土永磁材料的最高磁能积可以达到1MJ/m3[1]，要比当前磁性能最好的烧结NdFeB磁体的磁能积高一倍。但是，目前在实验与生产中采用熔体快淬法或机械球磨法所制备的纳米晶稀土永磁材料的磁能积为100～140kJ/m3[2-5]，要远低于其理论预期值（1MJ/m3），其中一个重要的原因就是材料的晶粒尺寸过于粗大，且均匀性较差，不能满足理论模型的要求。
一般来讲，在传统的熔体快淬工艺与机械球磨工艺中，合金的热处理工艺一般都是采用传统的加热方式[2-5]，即根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至合金内部，对合金进行由表及里的加热，这种热处理方法使得合金中不可避免地存在温度梯度，进而导致材料内部组织的不均匀。
微波加热是近年来发展起来的一种冶金新技术。与传统加热方式相比，这种加热方式具有加热速度快、加热均匀的特点。而且近期的研究表明，在某些化学反应中采用微波加热技术，可以有效降低化学反应活化能，从而降低化学反应的温度，并提高化学反应的速度。但是，目前还没有发现将微波加热技术用于制备快淬纳米晶NdFeB永磁材料领域的报道。
发明内容
为克服上述现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制备方法，以使制备的纳米晶稀土永磁合金粉末具有更细小、更均匀的显微组织结构，因而具备更为优异的永磁性能。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实施的：
一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，包括稀土合金依次经过真空熔炼工序、真空快淬工序、破碎过筛工序和热处理工序，其中：所述的热处理工序为微波加热处理，热处理温度为600-700℃，热处理时间为1-15min。
发明人研究发现，纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法中，真空熔炼工序、真空快淬工序和破碎过筛工序采用现有传统快淬工艺[6]，而热处理工序采用微波加热的处理手段，制备出的纳米晶稀土永磁合金粉末具有更细小、更均匀的显微组织结构（如附图1所示），且其硬-硬磁相或硬-软磁相晶粒之间存在强烈的交换耦合作用，宏观上则表现为合金具有很强的剩磁增强效应，获得了更为优异的永磁性能，与传统快淬工艺制备的纳米晶稀土永磁合金粉末相比，其磁能积（BH）m提高了20%以上。
作为优选，根据本发明所述的一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，其中，所述的微波加热处理在真空或惰性气体保护条件下进行。本发明的术语“真空”是本领域的通用术语；惰性气体如选择采用氩气等，目的是防止氧化。
作为优选，根据本发明所述的一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，其中，所述的稀土合金是由R-T-B系合金形成的，式中R是代表钕或/和镨，T代表铁或铁与钴的混合物，B是代表硼，其中，R的含量为4-16at%，B的含量为5.5-8at%，其余为T。可使磁粉的合金成分更接近Nd2Fe14B磁性相的成分，以获得更高的磁性能。
作为更优选，根据本发明所述的一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，其中，所述的稀土合金还添加M元素，M为铝、镓、锆、镍、钛、铜、钒、铬、铌、钼、铟、锡、钨、镝、铪和钽元素中的一种或多种，且含量不超过10at%。这么做是为了进一步的提高合金粉末的综合磁性能，如耐高温、耐腐蚀性能等。
作为优选，根据本发明所述的一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，其中，所述的微波加热处理中：热处理温度为600-650℃，热处理时间为3-8min。晶化处理的温度与时间更合理，从而使合金在晶化完全的同时，晶粒不至于过分长大。
作为优选，根据本发明所述的一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，其中，所述的纳米晶稀土永磁合金粉末，其硬磁相R2T14B的晶粒尺寸为10-30nm，式中R是代表钕或/和镨，T代表铁或铁与钴的混合物，B是代表硼。根据理论模型，上述晶粒尺寸是快淬磁粉获得高性能的最佳尺寸。
作为优选，根据本发明所述的一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，其中，所述的纳米晶稀土永磁合金粉末，存在软磁相时（如α-Fe），其软磁相晶粒尺寸小于30nm。根据理论模型，上述晶粒尺寸是快淬磁粉获得高性能的最佳尺寸。
本发明有以下优点：
在本发明中，热处理工序是通过微波加热来实现的，因此合金的晶化工艺可以在较低的温度下快速的完成，制备出的纳米晶稀土永磁合金粉末具有细小、均匀的显微组织结构，从而具有优异的永磁性能。
本发明制备的纳米晶稀土永磁合金粉末的晶粒尺寸为10～30nm，根据合金化学成分、淬速、热处理温度、热处理时间的不同，磁粉的磁能积（BH）m达到120～180kJ/m3，与传统快淬技术制备的稀土永磁合金粉末，磁能积（BH）m为100～140kJ/m3相比，具有更为优异的磁性能。
附图说明
图1是本发明制备的纳米晶稀土永磁合金粉末的X射线衍射法粒度测定图谱。
具体实施方式
下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，包括：
（1）按设计比例称取合金原料，使之成分为Nd13.2Fe80.8B6，
（2）将上述配料在真空条件下，通过高频感应熔炼后浇铸成合金铸锭，
（3）将合金铸锭在1050℃下真空退火10h，
（4）在真空条件下将合金铸锭感应熔化，熔化温度为1380℃，
（5）将合金熔液通过石英喷嘴流到以转速25m/s线速度快速旋转的水冷钼轮上，急速凝固成20-40μm 厚的条带，
（6）将条带在保护气氛氩气中破碎成小于50目的粉末，
（7）将上述粉末在真空条件下进行微波热处理，处理温度为630℃，时间为5min。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到152kJ/m3。
实施例2
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：合金的成分为Nd12.2Fe80.8B6 Ga1。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到145kJ/m3。
实施例3
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：合金的成分为Nd9.5Fe85B5.5。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到132kJ/m3。
实施例4
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：合金的成分为Nd8Fe86B6。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到133kJ/m3。
实施例5
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：水冷钼轮的线速度为22m/s。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到180kJ/m3。
实施例6
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：水冷钼轮的线速度为28m/s。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到137kJ/m3。
实施例7
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热处理温度为600℃。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到105kJ/m3。
实施例8
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热处理温度为650℃。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到166kJ/m3。
实施例9
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热处理时间为1min。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到43kJ/m3。
实施例10
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热处理时间为3min。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到72kJ/m3。
实施例11
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热处理时间为8min。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到140kJ/m3。
实施例12
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热处理时间为15min。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到133kJ/m3。
比较例1
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：所采用的为传统热处理方法。
本实施例得到的纳米晶稀土永磁合金粉末进行检测，磁能积（BH）m达到103kJ/m3。
上述优选实施例只是用于说明和解释本发明的内容，并不构成对本发明内容的限制。尽管发明人已经对本发明做了较为详细地列举，但是，本领域的技术人员根据发明内容部分和实施例所揭示的内容，能对所描述的具体实施例做各种各样的修改或/和补充或采用类似的方式来替代是显然的，并能实现本发明的技术效果，因此，此处不再一一赘述。本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解，并不构成对本发明的限制。
参考文献:
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3. J. Bauer, M. Seeger, A. Zern and H. Kronmüller. Nanocrystalline FeNdB permanent magnets with enhanced remanence. J Appl Phys. 1996, 80(3):1667.
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Claims (4)
1.一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，包括稀土合金依次经过真空熔炼工序、真空快淬工序、破碎过筛工序和热处理工序，其特征在于：所述的热处理工序为微波加热处理，热处理温度为600-700℃，热处理时间为1-15min，
所述的微波加热处理在真空或惰性气体保护条件下进行，
所述的稀土合金是由R-T-B系合金形成的，式中R是代表钕或/和镨，T代表铁或铁与钴的混合物，B是代表硼，其中，R的含量为4-16at%，B的含量为5.5-8at%，其余为T，
所述的纳米晶稀土永磁合金粉末，其硬磁相R2T14B的晶粒尺寸为10-30nm，式中R是代表钕或/和镨，T代表铁或铁与钴的混合物，B是代表硼。
2.根据权利要求1所述的一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，其特征在于，所述的稀土合金还添加M元素，M为铝、镓、锆、镍、钛、铜、钒、铬、铌、钼、铟、锡、钨、镝、铪和钽元素中的一种或多种，且含量不超过10at%。
3.根据权利要求1所述的一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，其特征在于，所述的微波加热处理中：热处理温度为600-650℃，热处理时间为3-8min。
4.根据权利要求1所述的一种纳米晶稀土永磁合金粉末的制造方法，其特征在于，所述的纳米晶稀土永磁合金粉末，存在软磁相时，其软磁相晶粒尺寸小于30nm。
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