CN102436888A - 一种铈基1:5永磁材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于永磁材料制备领域，涉及一种铈基1:5永磁材料及制备方法。该铈基1:5永磁材料的化学成分按原子百分比(at.％)为(Ce_1-sSm_s)(Co_1-x-y-zCu_xFe_yTi_z)₅，其中0≤s≤0.25，0.09≤x≤0.25，0≤y≤0.25，0≤z≤0.25。该制备方法包括如下步骤：(1)配料；(2)熔炼；(3)粗破碎；(4)吸氢制粉；(5)脱氢出粉；(6)细磨制粉；(7)压型；(8)烧结和热处理。本发明与现有技术相比，磁粉的平均粒度尺寸明显变小，粒度分布集中且均匀；采用低温烧结技术，烧结温度从传统的1065℃减少至1025℃；并且将磁体的烧结温度范围从传统磁体的烧结温度1065～1085℃拓宽至1025～1065℃。因此，提高了铈基1:5永磁材料的性能。

Description

一种铈基1:5永磁材料及制备方法

技术领域

本发明属于永磁材料的制备领域，特别涉及一种铈基1:5永磁材料及其制备方法。

背景技术

现有技术的铈钴基永磁材料制粉工艺包括以下步骤：机械粗破碎→滚动球磨细制粉→压型。由于采用此方法所制粉的平均粒度尺寸和磁粉粒度分布都不甚理想，平均晶粒尺寸是4.95μm，在4.5μm～12.5μm之间粉占总体粉含量百分比约是50.38％，所以粉粒度分布图像不是很集中。

发明内容

针对现有技术中粉粒度较大和粉粒度分布较不均匀的问题，本发明提供了一种铈基1:5永磁材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种铈基1:5永磁材料，其中，所述铈基永磁材料的化学成分按原子百分比(at.％)为(Ce_1-sSm_s)(Co_1-x-y-zCu_xFe_yTi_z)₅，其中0≤s≤0.25，0.09≤x≤0.25，0≤y≤0.25，0≤z≤0.25。

一种铈基1:5永磁材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)配料：按如下质量百分比(wt.％)配制原材料：Ce：24.24％～32.66％，Sm：0～8.73％，Cu：6.62％～18.31％，Fe：0～16.3％，Ti：0～2.80％，其余为Co；

(2)熔炼：将步骤(1)配好的原材料进行熔炼，使其全部熔化为钢液，然后采用速凝工艺处理所述钢液，制得速凝片；

(3)粗破碎：对所述速凝片进行机械粗破碎，成为较碎的速凝片；

(4)吸氢制粉：将上一步骤中的较碎的速凝片放入炉管，抽真空，然后进行如下过程：①第一次吸氢过程：向炉管内充入氢气，逐渐将气压调至0.8～1.2MPa，常温下吸氢30～60min；②第二次吸氢过程：保持炉管内气压在1.0MPa～1.3MPa之间，加热炉管内温度至250～350℃，吸氢4～6min；

(5)脱氢出粉：将炉管内的温度保持在250～350℃，抽真空，使得炉管内气压达到10-3Pa以下，淬水冷却至室温，充入氩气出粉；

(6)细磨制粉：将步骤(5)中所制得的粉，采用滚动球磨处理或气流磨处理制得粒径为3～5μm的磁粉；

(7)压型：在惰性气体保护气氛以及磁场强度为1.5～2.5T的磁场中，将上一步所制得的粉取向成型，再进行冷等静压，制成毛坯；

(8)烧结和热处理。

所述步骤(2)熔炼过程中，将原材料放入中频感应熔炼速凝炉内，抽真空，在真空度达到10-2Pa以上时送电预热，待真空度再次达到10-2Pa以上后，停止抽真空并充入高纯氩气，使炉内气压达到-0.04～-0.08MPa后进行熔炼。

所述步骤(2)中的速凝工艺为，将所述钢液施以电磁搅拌精炼，随后将钢液浇注到线速度为2～4m/s的水冷铜辊上，制得速凝片。

所述速凝片的平均厚度为0.1～0.5mm。

所述步骤(3)吸氢制粉中，在第一次吸氢过程之前进行洗气及抽真空如下：用机械泵粗抽真空，再往炉管内充惰性气体至0.1～0.2MPa，如此循环洗气2～5次，然后将扩散泵预热至指定温度，进行高真空抽制，使得炉管内气压达到10-3Pa以下。

所述步骤(6)细磨制粉中，所述滚动球磨处理为将步骤(5)所制得的粉放入以汽油为介质的滚动球磨罐中球磨45～75分钟。

所述步骤(6)细磨制粉中，所述气流磨处理的工艺参数为：研磨气体压力为0.35～0.55MPa，磨室压力为0.03～0.05MPa。

所述步骤(8)的热处理过程如下：将成型后的毛坯放入高真空的烧结炉中进行烧结，在800℃保温0.25小时进行脱氢，在烧结温度1025～1065℃保温1～4小时后水冷或空冷，然后在360℃进行5～11小时的回火处理；其中，若步骤(6)中采用滚动球磨处理，则烧结过程中在400℃保温1h进行脱汽油。

其中，步骤(4)吸氢制粉过程和步骤(5)脱氢出粉过程组成本发明的氢破碎技术。

在步骤(4)吸氢制粉过程中，在常温下向炉管内充1.0MPa的氢气后，因为稀土元素Ce在Co中的存在一定的固溶度，发现Ce在晶界处富集，此处最容易先吸氢，并沿此处断裂从而破碎，此过程是放热过程，会释放大量的热量。所以，该步骤的关键是持续给炉管降温，目的有两个：一、安全，根据体积不变，压强随温度成正比，若温度过高，压强过大就可能造成爆炸危险；二、可以增加吸氢速度并使吸氢更加充分，实验证明，可以有效提高吸氢速度，提高生产效率，降低生产成本。

加热至300℃，保持炉管内压强在1.0MPa～1.3MPa，此过程要求不断的进行对炉管内的氢气抽取，理论来说，最好让炉管内的压强保持在1.0MPa，这样有利于保持最佳吸氢压强。在300℃，1.0MPa压强下，保持5分钟是为了让速凝片吸氢破碎更加充分，破碎更加均匀。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(一)本发明的母合金熔炼中采用速凝工艺，可以大幅提高速凝合金带与氢气的接触面积从而大幅提高速凝合金带吸氢破碎能力；

(二)本发明采用滚动球磨或气流磨处理细磨制粉，使得磁粉的平均晶粒尺寸减小且分布更均匀，平均粒度尺寸由现有工艺的4.95μm减至新工艺的4.78μm，在4.5μm～12.5μm之间粉占总体粉含量百分比由现有工艺的50.38％增至56.06％，含量值提高了5.68％，增幅约11.27％，并且，烧结温度从原来的1065℃降低至1025℃，以及磁体的平均晶粒尺寸也从原来的约30μm减少至约20μm；

(三)本发明的制备方法拓宽了高性能磁体的烧结温度范围，从传统高性能磁体1065～1085℃的烧结温度范围拓宽至1025～1065℃，此过程尽管使制粉工艺变得较繁琐，但是，采用新的制粉工艺后粉的氧含量并没有恶化，更重要的是，磁体剩磁均有所提高。Ce(Co_0.72Cu_0.14Fe_0.14)₅在1025～1065℃烧结1～3小时以及360℃回火5～11小时后，磁体的内禀矫顽力基本保持在4.67kOe，剩磁从原来的6.68kGs增加至7.13kGs，理所当然，磁能积也由原来11.5MGOe增加至12.48MGOe，增幅约8.52％。

附图说明

图1是本发明实施例的氢破碎技术流程示意图；

其中，图中线段1为第一次吸氢过程之前的洗气及抽真空过程；

线段2为第一次吸氢过程；

线段3为升温过程；

线段4为第二次吸氢过程以及脱氢出粉中的抽真空过程；

线段5为脱氢出粉中冷却出粉过程。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细说明。

采用本发明所述的制备方法制备Ce(Co_0.72Cu_0.14Fe_0.14)₅永磁材料，具体步骤如下：

(1)配料：采用本发明所述铈基1:5永磁材料的质量百分比，配备原材料；

(2)熔炼：将配好的原材料进行熔炼，将原材料放入中频感应熔炼速凝炉内，抽真空，在真空度达到10^-2Pa以上时送电预热，待真空度再次达到10^-2Pa以上后，停止抽真空并充入高纯氩气，使炉内气压达到-0.04～-0.08MPa后进行熔炼，使其全部熔化为钢液，然后采用速凝工艺处理得到的钢液，将钢液施以电磁搅拌精炼，随后将钢液浇注到线速度为2～4m/s的水冷铜辊上，制得的速凝片；

(3)粗破碎：对速凝片进行机械粗破碎，成为较碎的速凝片；

(4)吸氢制粉：将粗破碎后的较碎的速凝片放入加热炉的炉管后，打开真空机组与炉管连接处的阀门，以及氢气管与炉管连接处的阀门。抽空氢气管内的残余气体，关闭氢气管与炉管连接处的阀门。往炉管充入惰性气体氩气使气压升至0.15MPa，用机械泵粗抽真空，再充入氩气使气压升至0.15MPa，如此循环洗气3遍。待扩散泵预热好后，打开扩散泵进行高真空抽制，使得炉管内气压降至10^-3Pa以下，关闭真空机组与炉管连接处阀门，结束抽真空，此过程大概需要1.5小时。上述过程如图1中的线段1所示。

打开氢气瓶向炉管内输送氢气，使得气压逐渐升至1.0MPa，然后在常温下吸氢45分钟，如图1中的线段2所示；保持炉管内压强在1.0MPa～1.3MPa，用约0.5小时加热炉管至300℃，达到300℃后，保持吸氢5分钟，如图1中的线段3和4所示；

(5)脱氢出粉：将炉管内的温度保持在300℃，抽真空，使得炉管内气压达到10^-3Pa以下，此过程约需要40分钟，如图1中的线段4所示，然后淬水约1小时冷却至室温，充入氩气出粉，如图1中的线段5所示；

(6)细磨制粉：将上一步所制得的粉放入以汽油为介质的滚动球磨罐中球磨45～75分钟或放入气流磨机中气流磨；

(7)压型：在惰性气体保护气氛以及磁场强度为1.5～2.5T的磁场中，将上一步所制得的粉取向成型，再进行冷等静压，制成毛坯；

(8)将成型后的毛坯放入高真空的烧结炉中，分别在如下热处理工艺下进行烧结：1035℃烧结1h&360℃回火8h、1040℃烧结1h&360℃回火8h、1045℃烧结1h&360℃回火8h、1065℃烧结1h&360℃回火8h、1085℃烧结1h&360℃回火8h。

将本实施例中经过不同热处理所制得的五种Ce(Co_0.72Cu_0.14Fe_0.14)₅永磁材料和传统滚动球磨方法制粉压型后在同一热处理工艺下所制得的Ce(Co_0.72Cu_0.14Fe_0.14)₅永磁材料的磁体性能进行对比，所得结果见表1。其中，烧结温度分别为1035℃、1040℃、1045℃、1065℃和1085℃。

表1

由表1中的磁体性能对比可发现，烧结温度在1035℃、1045℃、1065℃时，本实施例的Ce(Co_0.72Cu_0.14Fe_0.14)₅磁体性能优于传统工艺所制得的磁体，矫顽力在4.41～4.67kOe，剩磁6.67～7.13kGs，磁能积10.30～12.48MGOe。而当超出本发明所要求的烧结温度范围时，即烧结温度在1085℃时，所制得的Ce(Co_0.72Cu_0.14Fe_0.14)₅磁体性能劣于传统工艺所制得的磁体。

Claims (9)

1.一种铈基1:5永磁材料，其特征在于：所述铈基永磁材料的化学成分按原子百分比(at.％)为(Ce_1-sSm_s)(Co_1-x-y-zCu_xFe_yTi_z)₅，其中0≤s≤0.25，0.09≤x≤0.25，0≤y≤0.25，0≤z≤0.25。

2.一种如权利要求1所述的铈基1:5永磁材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)配料：按如下质量百分比(wt.％)配制原材料：Ce：24.24％～32.66％，Sm：0～8.73％，Cu：6.62％～18.31％，Fe：0～16.3％，Ti：0～2.80％，其余为Co；

(2)熔炼：将步骤(1)配好的原材料进行熔炼，使其全部熔化为钢液，然后采用速凝工艺处理所述钢液，制得速凝片；

(3)粗破碎：对所述速凝片进行机械粗破碎，成为较碎的速凝片；

(4)吸氢制粉：将上一步骤中的较碎的速凝片放入炉管，抽真空，然后进行如下过程：①第一次吸氢过程：向炉管内充入氢气，逐渐将气压调至0.8～1.2MPa，常温下吸氢30～60min；②第二次吸氢过程：保持炉管内气压在1.0MPa～1.3MPa之间，加热炉管内温度至250～350℃，吸氢4～6min；

(5)脱氢出粉：将炉管内的温度保持在250～350℃，抽真空，使得炉管内气压达到10^-3Pa以下，淬水冷却至室温，充入氩气出粉；

(6)细磨制粉：将步骤(5)中所制得的粉，采用滚动球磨处理或气流磨处理制得粒径为3～5μm的磁粉；

(7)压型：在惰性气体保护气氛以及磁场强度为1.5～2.5T的磁场中，将上一步所制得的粉取向成型，再进行冷等静压，制成毛坯；

(8)烧结和热处理。

3.根据权利要求2所述的铈基1:5永磁材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)熔炼过程中，将原材料放入中频感应熔炼速凝炉内，抽真空，在真空度达到10^-2Pa以上时送电预热，待真空度再次达到10^-2Pa以上后，停止抽真空并充入高纯氩气，使炉内气压达到-0.04～-0.08MPa后进行熔炼。

4.根据权利要求2所述的铈基1:5永磁材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的速凝工艺为，将所述钢液施以电磁搅拌精炼，随后将钢液浇注到线速度为2～4m/s的水冷铜辊上，制得速凝片。

5.根据权利要求2或4所述的铈基1:5永磁材料的制备方法，其特征在于：所述速凝片的平均厚度为0.1～0.5mm。

6.根据权利要求2所述的铈基1:5永磁材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)吸氢制粉中，在第一次吸氢过程之前进行洗气及抽真空如下：用机械泵粗抽真空，再往炉管内充惰性气体至0.1～0.2MPa，如此循环洗气2～5次，然后将扩散泵预热至指定温度，进行高真空抽制，使得炉管内气压达到10^-3Pa以下。

7.根据权利要求2所述的铈基1:5永磁材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)细磨制粉中，所述滚动球磨处理为将步骤(5)所制得的粉放入以汽油为介质的滚动球磨罐中球磨45～75分钟。

8.根据权利要求2所述的铈基1:5永磁材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)细磨制粉中，所述气流磨处理的工艺参数为：研磨气体压力为0.35～0.55MPa，磨室压力为0.03～0.05MPa。

9.根据权利要求2所述的铈基1:5永磁材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(8)的热处理过程如下：将成型后的毛坯放入高真空的烧结炉中进行烧结，在800℃保温0.25小时进行脱氢，在烧结温度1025～1065℃保温1～4小时后水冷或空冷，然后在360℃进行5～11小时的回火处理；其中，若步骤(6)中采用滚动球磨处理，则烧结过程中在400℃保温1h进行脱汽油。

Images