CN103219145B - 一种钐钴与铁钴复合磁体的制备方法 - Google Patents

一种钐钴与铁钴复合磁体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钐钴与铁钴复合磁体的制备方法，包括：熔炼钐铜合金，将其甩带成为薄带并破碎成粉；熔炼铁钴合金，退火处理后破碎成粉；将钐铜粉末与铁钴粉末混合，在真空中退火，获得纳米复合磁体。该方法该将钐铜与铁钴粉末一起退火，钐铜扩散到铁钴粉末表层，形成Sm-Co-Cu硬磁壳层，特别是钐铜共晶合金具有较低的熔点，可在较低的退火温度下熔化扩散，从而抑制高温情况下纳米复合磁体中晶粒的异常长大。本发明制备的纳米复合磁体从软磁相到硬磁相没有明显的界限，各向异性场连续过渡，且在Sm-Co-Cu的外表面上，包覆非磁钐铜相，起到磁绝缘的作用，进一步提高了材料的矫顽力。

Description

一种钐钴与铁钴复合磁体的制备方法
技术领域
本发明涉及稀土永磁领域，特别涉及一种利用钐铜合金扩散制备钐钴与铁钴复合磁体的方法及所制备的永磁材料。
背景技术
永磁材料是科学技术和生产生活的重要物质基础。衡量永磁材料的重要参数包括饱和磁化强度、矫顽力和居里温度。数十年的研究表明，很难找到一种材料，同时具有高的饱和磁化强度、高的矫顽力和高的居里温度。举例来说，钐钴系列(包括1:5型，1:7型和2:17型)永磁材料具有高的居里温度和高的各向异性场，能够在高温场合提供高的矫顽力。但是钐钴材料的饱和磁化强度相对较低。铁钴材料在永磁材料中有着最高的饱和磁化强度，但是各向异性场低，适宜用作磁记录材料。人们为了同时追求永磁材料的矫顽力和饱和磁化强度，提出了纳米复合永磁体的概念。纳米复合永磁体由一个硬磁相和一个软磁相复合构成。当两个磁性相构成适宜的微观结构时，软磁相跟硬磁相彼此耦合，将二者的优势联合起来。理论计算表明，在纳米复合磁体中会出现剩磁增强效应，理想的纳米复合磁体可以实现很高的磁能积。
人们在制备纳米复合磁体中尝试过很多种方法，比如机械合金化法、沉积镀膜法、熔体快淬法、化学自组装法等等。一个普遍的困难是制备的材料矫顽力欠佳，这是因为材料的微观结构难于控制。例如，用机械合金化制备钐钴与铁钴复合磁体时，由于需要在高温下进行退火处理，常常引起晶粒的异常长大。改善制备方法，控制晶粒尺寸显得至关重要。
在制备纳米复合磁体中另一个经常遇到的困难是软磁相和硬磁相耦合不佳。如果分别制备硬磁相和软磁相，再将二者混合在一起，通常二者难以充分耦合。美国内布拉斯加大学林肯分校的刘家平教授等人研究发现，如果在软磁相和硬磁相之间出现一个过渡界面，可以更有效的实现双相耦合。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备钐钴与铁钴复合磁体的方法，有效实现软磁相和硬磁相双相耦合，提高复合磁体的磁性能。
本发明的技术方案是利用钐铜共晶合金扩散制备钐钴与铁钴复合磁体，包括下述步骤：
1)熔炼钐铜合金(Sm-Cu)，将其甩带成为薄带，随后破碎成粉；
2)熔炼铁钴合金(Fe-Co)，退火处理后破碎成粉；
3)将步骤1)获得的钐铜粉末与步骤2)获得的铁钴粉末混合；
4)将混合后的粉末在真空中退火，获得纳米复合磁体。
上述步骤1)所述的钐铜合金成分为SmxCu1-x，其中x的范围优选为0.50＜x＜0.80，更优选为钐铜共晶合金。熔炼合金可以采用电弧熔炼或感应熔炼。甩带速度为10～60m/s。破碎成粉可以使用球磨法，金属粉末粒度优选为1～20微米。
上述步骤2)所述铁钴合金成分为FeyCo1-y，其中0.40＜y＜0.90。熔炼合金可以采用电弧熔炼或感应熔炼。退火最好是在较高真空条件下退火，如真空达到10-2～10-4Pa。退火温度一般为800～1200℃，退火时间1～30小时。破碎成粉可以使用球磨法，金属粉末粒度优选为1～20微米。
上述步骤3)中，混合后的粉末中钐铜粉末所占质量分数为5％～50％。
上述步骤4)中退火最好是在较高真空条件下退火，真空达到10-2～10-4Pa。退火温度一般为600～800℃，退火时间0.5～5小时。
上述制备方法所形成的纳米复合磁体由如下相构成：软磁Fe-Co相，硬磁Sm-Co-Fe-Cu相和非磁Sm-Cu相。其中Fe-Co相包括Fe0.7Co0.3和Fe0.5Co0.5中的一种或两种，Sm-Cu相包括Cu0.86Sm0.14，Cu0.8Sm0.1，Cu0.67Sm0.33，Cu0.5Sm0.5，α-Sm和Cu中的一种或多种。Sm-Co-Fe-Cu包括1:5型的SmCo5，1:7型的SmCo7，2:17型的Sm(Co，Fe，Cu)z相中的一种或多种。该纳米复合磁体具有如下微观结构特征：粉末中一部分软磁Fe-Co相被非磁性的Sm-Cu相包裹，在Fe-Co和Sm-Cu两相界面处，有一层扩散形成的Sm-Co-Fe-Cu相。
本发明将钐铜与铁钴粉末一起退火，钐铜将扩散到铁钴粉末表层，形成Sm-Co-Cu硬磁壳层。特别利用钐铜共晶合金，其熔点较低，在较低的退火温度下就可以熔化扩散，从而可以抑制高温情况下纳米复合磁体中晶粒的异常长大。由于本发明方法制备的钐钴与铁钴复合磁体的硬磁壳层是扩散形成的，从软磁相到硬磁相没有明显的界限，各向异性场连续的过渡，有利于纳米复合的实现。另外，在Sm-Co-Cu的外表面上，包覆的非磁钐铜相可以起到磁绝缘的作用，这进一步提高了材料的矫顽力。值得指出的是，由于钐铜共晶合金熔点低于600℃，在退火过程中熔化，退火过后得到的即是致密化的大块磁体。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
根据下述步骤制备钐钴与铁钴复合磁体：
(1)电弧炉熔炼Sm0.7Cu0.3合金，将其30m/s甩带成为薄带，随后球磨破碎成平均粒径10微米的粉末；
(2)电弧炉熔炼Fe0.7Co0.3合金，将其在10-3Pa真空下1000℃退火处理30小时，随后球磨破碎成平均粒径10微米的粉末；
(3)将Sm0.7Cu0.3粉末与Fe0.7Co0.3粉末混合，其中Sm0.7Cu0.3所占质量分数为30％；
(4)将混合后的粉末在10-3Pa真空下650℃中退火1小时，获得纳米复合磁体。
采用VSM测量制备样品的室温磁性能，结果如下：
Mr＝0.72T，Hc＝4000Oe，BHm＝4MGOe。
实施例2
根据下述步骤制备钐钴与铁钴复合磁体：
(1)电弧炉熔炼Sm0.71Cu0.29合金，将其40m/s甩带成为薄带，随后球磨破碎成平均粒径8微米的粉末；
(2)电弧炉熔炼Fe0.65Co0.35合金，将其在10-3Pa真空下1050℃退火处理20小时，随后球磨破碎成平均粒径8微米的粉末；
(3)将Sm0.71Cu0.29粉末与Fe0.65Co0.35粉末混合，其中Sm0.71Cu0.29所占质量分数为20％；
(4)将混合后的粉末在10-3Pa真空下680℃中退火2小时，获得纳米复合磁体。
采用VSM测量制备样品的室温磁性能，结果如下：
Mr＝0.8T，Hc＝3500Oe，BHm＝3.8MGOe。
实施例3
根据下述步骤制备钐钴与铁钴复合磁体：
(1)电弧炉熔炼Sm0.73Cu0.27合金，将其20m/s甩带成为薄带，随后球磨破碎成平均粒径15微米的粉末；
(2)电弧炉熔炼Fe0.72Co0.28合金，将其在10-4Pa真空下1100℃退火处理15小时，随后球磨破碎成平均粒径15微米的粉末；
(3)将Sm0.73Cu0.27粉末与Fe0.72Co0.28粉末混合，其中Sm0.73Cu0.27所占质量分数为40％；
(4)将混合后的粉末在10-3Pa真空下700℃中退火1小时，获得纳米复合磁体。
采用VSM测量制备样品的室温磁性能，结果如下：
Mr＝0.65T，Hc＝5300Oe，BHm＝4.5MGOe。

Claims (8)

1.一种钐钴与铁钴复合磁体的制备方法，包括以下步骤：
1)熔炼钐铜合金，将其甩带成为薄带，随后破碎成粉；所述钐铜合金的成分为SmxCu1-x，其中0.50<x<0.80；
2)熔炼铁钴合金，退火处理后破碎成粉；所述铁钴合金成分为FeyCo1-y，其中0.40<y<0.90；
3)将步骤1)获得的钐铜粉末与步骤2)获得的铁钴粉末混合；
4)将混合后的粉末在真空中退火，获得所述复合磁体，该复合磁体具有如下微观结构特征：粉末中一部分软磁Fe-Co相被非磁性的Sm-Cu相包裹，在Fe-Co和Sm-Cu两相界面处，有一层扩散形成的Sm-Co-Fe-Cu相。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述钐铜合金为钐铜共晶合金。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中的甩带速度为10～60m/s。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)和2)中采用电弧熔炼或感应熔炼的方法熔炼合金，使用球磨法破碎合金，破碎形成的粉末粒度为1～20微米。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)退火处理在10-2～10-4Pa真空条件下进行，退火温度为800～1200℃，退火时间为1～30小时。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)混合粉末中钐铜粉末所占质量分数为5％～50％。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)在10-2～10-4Pa真空条件下进行退火，退火温度为600～800℃，退火时间为0.5～5小时。
8.一种钐钴与铁钴复合磁体，是通过权利要求1～7任一所述的制备方法制备的复合磁体。
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