CN102304663A - 一种永磁合金块体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁合金块体成分及其制备方法。永磁合金块体的化学分子通式为Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z，其中R为Nd和Pr中的一种或两种，M为Nb，Ti，Zr，Mo，Cr，V，W，Ta，Cu，Al，Zn，Ni，Ga，Ge，Sr，Si，Y，Tb，Dy，La，Ce，Hf，Sm，Ho元素中的一种或多种，a，b，c，x，y和z分别为Co元素，R元素，N元素，C元素，B元素和M元素的原子百分比，Fe的原子百分比为100-a-b-c-x-y-z。其制备方法是将各原料合金按化学分子式配料，将其多次熔炼制备成分均匀的合金锭子，然后采用模具喷铸或吸铸使其急速冷却，直接得到性能优良的永磁合金块体。本发明工艺简单，能耗小，磁体结构致密，硬磁性能优良，耐腐蚀性能高，可以广泛应用于信息、通讯、计算机等领域。

Description

一种永磁合金块体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种磁性功能材料，尤其涉及一种永磁合金块体及其制备方法。

背景技术

永磁材料已成为现代科学技术，如计算机技术、信息技术、航空航天、通讯、交通运输、办公自动化、家电技术与人体健康和保健技术等重要物质基础。以钕铁硼为代表的稀土铁系永磁材料是能量密度最高，应用最广，发展速度最快的新一代永磁材料，其生产和开发应用程度已成为衡量一个现代国家经济发展水平和综合国力的重要标志之一。传统的永磁体的制备方法主要有烧结法和粘结法两种。烧结法是通过一定的制粉工艺得到磁粉，在磁场中取向成型，在压机中压成毛坯，然后烧结成型得到永磁体。这种方法工艺复杂，能耗高，并且不能满足复杂形状的需求。粘结法也是通过一定制粉工艺得到磁粉，将磁粉与粘结剂混合成型，经过固化处理后得到永磁体。由于粘结剂的引入使得磁体磁性能被稀释，因此该方法不利于得到高性能的永磁体。此外，传统的制备方法并不适合制备小尺寸的块状磁体，因此有必要探索一种节能高效的永磁体制备方法。

近年来，一些研究者采用铜模喷铸法直接值得圆柱状，圆环状及片状永磁体。这种方法是将熔融的合金喷铸到一定尺寸的铜模中，直接得到纳米晶永磁体，或者先得到非晶合金，再将其热处理得到永磁体。这种方法具有工艺简单，低成本，易成型，易加工，结构致密，耐蚀性强等优点。然而，由于非晶形成能力的限制，到目前为止文献中报道用该法制备的磁体尺寸不超过1.5mm。本实验室在稀土铁系永磁合金体系中，通过元素添加和调节元素比例，采用模具喷铸快淬法直接制得尺寸为0.3mm~20mm，性能优良的永磁合金块体，这对于永磁体的推广应用至关重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种永磁合金块体及其制备方法。

永磁合金块体化学分子通式为Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z，其中R为Nd和Pr中的一种或两种，M为Nb，Ti，Zr，Mo，Cr，V，W，Ta，Cu，Al，Zn，Ni，Ga，Ge，Sr，Si，Y，Tb，Dy，La，Ce，Hf ，Sm，Ho元素中的一种或多种，a，b，c，x，y和z分别为Co元素，R元素，N元素，C元素，B元素和M元素的原子百分比，Fe的原子百分比为100-a-b-c-x-y-z，其中，0≤a≤30 at.%，5≤b≤12 at.%，0≤c≤5 at.%，0.1≤x≤10 at.%，8≤y≤30 at.%，0≤z≤10 at.%，剩下为Fe含量。  

所述永磁合金块体的最大磁能积(BH)_max为3~20MGOe。

永磁合金块体的制备方法的步骤如下：

步骤一：将原料金属Fe，Co，Nd，Pr，Nb，Ti，Zr，Mo，Cr，V，W，Ta，Cu，Al，Zn，Ni，Ga，Ge，Sr，Si，Y，Tb，Dy，La，Ce，Hf ，Sm，Ho，C，VN合金，B或FeB合金，根据Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金成分按照原子百分比称量并配料，将称得的目标成分原料多次熔炼，获得成分均匀的Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金锭子；

步骤二：把步骤一获得的Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金锭子去除氧化皮后破碎成小块状Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金；

步骤三：用步骤二得到的小块状Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金装入下端开口且孔径为0.4mm~1mm的石英管中，抽真空后，在腔体内充入惰性气体作为保护气，采用高频感应线圈加热使合金熔化，调节电流由小增大，待合金完全熔融后喷铸或吸铸到模具中急冷，直接制得Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z永磁合金块体。

所述永磁合金块体的尺寸为0.3mm~20mm。

本发明给出了一个制备永磁合金块体的新方法及合金体系。该方法工艺简单，能耗低，易成型，所制备的永磁合金块体结构致密，硬磁性能优良，耐腐蚀性能高，具有良好的工业应用前景。

具体实施方式

永磁合金块体化学分子通式为Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z，其中R为Nd和Pr中的一种或两种，M为Nb，Ti，Zr，Mo，Cr，V，W，Ta，Cu，Al，Zn，Ni，Ga，Ge，Sr，Si，Y，Tb，Dy，La，Ce，Hf ，Sm，Ho元素中的一种或多种，a，b，c，x，y和z分别为Co元素，R元素，N元素，C元素，B元素和M元素的原子百分比，Fe的原子百分比为100-a-b-c-x-y-z，其中，0≤a≤30 at.%，5≤b≤12 at.%，0≤c≤5 at.%，0.1≤x≤10 at.%，8≤y≤30 at.%，0≤z≤10 at.%，剩下为Fe含量。  

所述永磁合金块体的最大磁能积(BH)_max为3~20MGOe。

永磁合金块体的制备方法的步骤如下：

步骤一：将原料金属Fe，Co，Nd，Pr，Nb，Ti，Zr，Mo，Cr，V，W，Ta，Cu，Al，Zn，Ni，Ga，Ge，Sr，Si，Y，Tb，Dy，La，Ce，Hf ，Sm，Ho，C，VN合金，B或FeB合金，根据Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金成分按照原子百分比称量并配料，将称得的目标成分原料多次熔炼，获得成分均匀的Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金锭子；

步骤二：把步骤一获得的Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金锭子去除氧化皮后破碎成小块状Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金；

步骤三：用步骤二得到的小块状Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金装入下端开口且孔径为0.4mm~1mm的石英管中，抽真空后，在腔体内充入惰性气体作为保护气，采用高频感应线圈加热使合金熔化，调节电流由小增大，待合金完全熔融后喷铸或吸铸到模具中急冷，直接制得Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z永磁合金块体。

所述永磁合金块体的尺寸为0.3mm~20mm。

下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例 1：制备Nd₇Fe₆₄Y₄Mo₄C₄B₁₇永磁合金块体

该实施例采用铜模吸铸法制备了直径为4mm，长度在1.5cm-3cm的圆柱状Nd₇Fe₆₄Y₄Mo₄C₄B₁₇永磁合金块体。

步骤1：按原子百分比Nd₇Fe₆₄Y₄Mo₄C₄B₁₇称量纯度为99.9％的Fe，纯度为99.5%的Nd，纯度为99.5%的Y，纯度为99.9%的Mo，纯度为99.9%的C，以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空后利用电弧使原料熔化，并反复熔炼5次以获得成分均匀的Nd₇Fe₆₄Y₄Mo₄C₄B₁₇合金锭子。

步骤2：把步骤1获得的Nd₇Fe₆₄Y₄Mo₄C₄B₁₇合金锭子去除氧化皮后破碎成小块。

步骤3：用步骤2得到的Nd₇Fe₆₄Y₄Mo₄C₄B₁₇小块合金装入下端开口且孔径为0.4mm~1mm的石英管中，抽真空至4.0×10^-3Pa后，在甩带炉的腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热，调节电流由小增大，待合金完全熔融后吸铸到铜模中，直接快淬得到永磁合金块体。

按上述工艺制得的Nd₇Fe₆₄Y₄Mo₄C₄B₁₇永磁合金块体经过XRD检测，表明合金组成为Nd₂Fe₁₄B和Fe₃B，晶粒细小，磁滞回线呈现单相特征，表明软硬磁相实现充分交换耦合，饱和磁化强度M_s=1.3T，矫顽力H_ci=7.71KOe，磁能积(BH)_max=9.1MGOe。

实施例 2：制备Nd₆Fe₆₀Co₆Y₃Nb₄C₆B₁₅永磁合金块体

该实施例采用铜模喷铸法制备了厚度为3mm，宽度为7mm的Nd₆Fe₆₀Co₆Y₃Nb₄C₆B₁₅片状永磁合金块体。

步骤1：按原子百分比Nd₆Fe₆₀Co₆Y₃Nb₄C₆B₁₅称量纯度为99.9％的Fe，纯度为99.9％的Co，纯度为99.5%的Nd，纯度为99.5%的Y，纯度为99.9%的Nb，纯度为99.9%的C以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空后利用电弧使原料熔化，并反复熔炼5次以获得成分均匀的Nd₆Fe₆₀Co₆Y₃Nb₄C₆B₁₅合金锭子。

步骤2：把步骤1获得的Nd₆Fe₆₀Co₆Y₃Nb₄C₆B₁₅合金锭子去除氧化皮后破碎成小块。

步骤3：用步骤2得到的Nd₆Fe₆₀Co₆Y₃Nb₄C₆B₁₅小块合金装入下端开口且孔径为0.4mm~1mm的石英管中，抽真空至4.0×10^-3Pa后，在甩带炉的腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热，调节电流由小增大，待合金完全熔融后将其喷射并注入铜模中，直接快淬得到永磁合金块体。

按上述工艺制得的Nd₆Fe₆₀Co₆Y₃Nb₄C₆B₁₅永磁合金块体经过XRD检测，表明合金主要相组成为Nd₂Fe₁₄B，并且晶粒细小均匀，饱和磁化强度M_s=1.5T，矫顽力H_ci=7.98KOe，磁能积(BH)_max=9.4 MGOe。

实施例 3：制备Pr₄Nd₃Fe₆₆Y₄V₃C₇B₁₃永磁合金块体

该实施例采用铜模喷铸法制备了直径为5mm，长度为1.5cm-3cm的Pr₄Nd₃Fe₆₆Y₄V₃C₇B₁₃柱状永磁合金块体。

步骤1：按原子百分比Pr₄Nd₃Fe₆₆Y₄V₃C₇B₁₃称量纯度为99.9％的Fe，纯度为99.5%的Pr，纯度为99.5%的Nd，纯度为99.5%的Y，纯度为99.9%的V，纯度为99.9%的C以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空后利用电弧使原料熔化，并反复熔炼5次以获得成分均匀的Pr₄Nd₃Fe₆₆Y₄V₃C₇B₁₃合金锭子。

步骤2：把步骤1获得的Pr₄Nd₃Fe₆₆Y₄V₃C₇B₁₃合金锭子去除氧化皮后破碎成小块。

步骤3：用步骤2得到的Pr₄Nd₃Fe₆₆Y₄V₃C₇B₁₃小块合金装入下端开口且孔径为0.4mm~1mm的石英管中，抽真空至4.0×10^-3Pa后，在甩带炉的腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热，调节电流由小增大，待合金完全熔融后喷射并注入内径为5mm的铜模中，直接快淬得到永磁合金块体。

按上述工艺制得的Pr₄Nd₃Fe₆₆Y₄V₃C₇B₁₃永磁合金块体经过XRD检测，表明合金由(Nd,Pr)₂Fe₁₄B和Fe₃B两相组成，晶粒细小，磁滞回线呈现单相特征，表明软硬磁相实现充分交换耦合，饱和磁化强度M_s=1.3T，矫顽力H_ci=9.12KOe，磁能积(BH)_max=9.2 MGOe。

上述实施例获得的永磁合金块体的各项性能如表1总结所示。

表1  Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z永磁合金块体的磁性能

。

Claims (4)

1.一种永磁合金块体，其特征在于：其化学分子通式为Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z，其中R为Nd和Pr中的一种或两种，M为Nb，Ti，Zr，Mo，Cr，V，W，Ta，Cu，Al，Zn，Ni，Ga，Ge，Sr，Si，Y，Tb，Dy，La，Ce，Hf ，Sm，Ho元素中的一种或多种，a，b，c，x，y和z分别为Co元素，R元素，N元素，C元素，B元素和M元素的原子百分比，Fe的原子百分比为100-a-b-c-x-y-z，其中，0≤a≤30 at.%，5≤b≤12 at.%，0≤c≤5 at.%，0.1≤x≤10 at.%，8≤y≤30 at.%，0≤z≤10 at.%，剩下为Fe含量。

2.根据权利要求1所述的一种永磁合金块体，其特征在于：所述永磁合金块体的最大磁能积(BH)_max为3~20MGOe。

3.一种如权利要求1所述的一种永磁合金块体的制备方法，其特征在于它的步骤如下：

步骤一：将原料金属Fe，Co，Nd，Pr，Nb，Ti，Zr，Mo，Cr，V，W，Ta，Cu，Al，Zn，Ni，Ga，Ge，Sr，Si，Y，Tb，Dy，La，Ce，Hf ，Sm，Ho，C，VN合金，B或FeB合金，根据Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金成分按照原子百分比称量并配料，将称得的目标成分原料多次熔炼，获得成分均匀的Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金锭子；

步骤二：把步骤一获得的Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金锭子去除氧化皮后破碎成小块状Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金；

步骤三：用步骤二得到的小块状Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z合金装入下端开口且孔径为0.4mm~1mm的石英管中，抽真空后，在腔体内充入惰性气体作为保护气，采用高频感应线圈加热使合金熔化，调节电流由小增大，待合金完全熔融后喷铸或吸铸到模具中急冷，直接制得Fe_{100-a-b-c-x-y-z}Co_aR_bN_cC_xB_yM_z永磁合金块体。

4.根据权利要求3所述的一种永磁合金块体的制备方法，其特征在于：所述永磁合金块体的尺寸为0.3mm~20mm。