CN103280289A - 一种高温钴基永磁材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温钴基永磁材料的制备方法，该永磁材料包括基材和基层表面上的ZrO2镀层，该基材的化学式为：Sm2（Co1-a-b-cCuaZnbYbc）8.5，其中a=0.15-0.25，b=0.08-0.13，c=0.05-0.07，该方法包括如下步骤：（1）熔炼合金；（2）合金处理；（3）制作永磁基材；（4）表面镀覆氧化锆层。本发明制备的钐钴基永磁材料，采用均衡合金配比，以保证材料的磁性能，在制备过程中对合金进行了处理，以提高材料的各向异性，最后在表面镀覆了氧化锆，进一步提高了材料的高温抗氧化性能。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种高温钴基永磁材料的制备方法。
背景技术
近年来，各种磁性材料在电子产品中得到了广泛的应用。随着电子产品小型化、轻薄化和高性能化的发展需求，磁性材料的形状和性能成为电子产品选用磁性材料（该磁性材料可以包括磁粉、磁体、磁片等现有技术中的常见磁性材料）的首要考虑因素。在诸多磁性材料中，稀土类各向异性磁性材料具备较好的形状优势和突出的性能优势，因此稀土类各向异性磁性材料成为制造电子产品的首选磁性材料。
钐钴永磁体出现于20世纪60年代，依据成份的不同分为SmCo5和Sm2Co17，分别为笫一代和笫二代稀土永磁材料，其具有较高的磁能积和可靠的矫顽力，虽然由于其原料是储量稀少的钐和战略金属钴，原料稀缺、价格昂贵而使其发展受到限制，随着钕铁硼材料的发展，其应用领域逐渐减少，但由于钐钴永磁体在稀土永磁系列中表现出良好的温度特性。在稀土永磁材料中，与SmCo5和NdFeB相比，Sm2(Co，Fe，Cu，Zr)17磁体因具有较高的饱和磁化强度、磁晶各向异性常数和居里温度而成为应用于航空航天、国防工业、通讯技术和交通运输等领域的高温磁性材料的首选。但该磁体在高温条件下长期服役时由于氧化造成其磁性能的退化，大大降低其使用寿命，制约其广泛应用。研究表明，通过合金成分优化设计及显微组织调控，可改善磁体的热稳定性，但幅度非常有限。
发明内容
本发明提供一种高温钴基永磁材料的制备方法，使用该方法制备的永磁材料，具有良好的热稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供的一种高温钴基永磁材料的制备方法，该永磁材料包括基材和基层表面上的ZrO2镀层，该基材的化学式为：Sm2（Co1-a-b-cCuaZnbYbc）8.5，其中a=0.15-0.25，b=0.08-0.13，c=0.05-0.07，该方法包括如下步骤：
（1）熔炼合金
按照化学式的配比将Co、Cu、Zn及Yb混合，置于电弧炉升温坩埚中，抽真空到10-4Pa或以上，然后通入0.2-0.5大气压的高纯氦气，通电加热，待坩埚中的物料全部熔化后，按上述化学式配比将Sm以及质量分数为合金原料总重0.1%-0.5%的金属镁加入坩埚中，反复熔炼2-3次以得到成分均匀的合金液体，然后浇注到水冷铜模中得到合金铸锭；
（2）合金处理
将上述合金铸锭，先通过机械破碎为2-5mm大小的颗粒，然后放置于氢分压为0.01-0.1MPa的氢环境中，并在100-200℃保持1-2h，从而完成低温氢化的步骤；
在低温氢化的步骤完成后，对氢环境中的稀土母合金加热升温，升温期间将氢分压调整并维持在15-20kPa，当稀土母合金的温度达到800-850℃时，以每分钟1.5-1.8kPa的速率使氢分压持续增压2-3h，当稀土母合金吸氢饱和后，维持氢分压1-2h；
将稀土母合金的温度控制在800-850℃的范围内，并迅速将氢环境中的稀土母合金所受到的氢分压调整到不超过0.5Pa，然后以10-15℃/min的降温速度迅速冷却至室温，得得到处理后的合金；
（3）制作永磁基材
将上述合金粉末在1350-1400kA/m磁场中垂直取向、压制成型，冷等静压制成毛坯后烧结得到永磁基材；
（4）表面镀覆氧化锆层
用砂纸将打磨基材，在乙二醇中超声清洗后吹干后，将基材放入多弧磁控溅射仪设备真空镀膜室的样品台上，抽真空，待真空抽至0.005Pa以下时，通入氦气，采用脉冲负偏压800V，电弧电流50-60A的He+轰击基材表面4-5min，加热基材至200-250℃，以金属Zr靶为阴极靶，采用如下工艺参数沉积ZrO2层：体积比1:1的氩气和氧气的混合气压0.2-0.5Pa，电弧电流60-70A，直流脉冲负偏压400-500V，阴极靶-基材间距为10cm，沉积时间15-20min，得到表面镀覆有氧化锆镀层的永磁材料。
本发明制备的钐钴基永磁材料，采用均衡合金配比，以保证材料的磁性能，在制备过程中对合金进行了处理，以提高材料的各向异性，最后在表面镀覆了氧化锆，进一步提高了材料的高温抗氧化性能。
具体实施方式
实施例一
该实施例制备的该基材的化学式为：Sm2（Co0.72Cu0.15Zn0.08Yb0.05）8.5。
按照化学式的配比将Co、Cu、Zn及Yb混合，置于电弧炉升温坩埚中，抽真空到10-4Pa或以上，然后通入0.2大气压的高纯氦气，通电加热，待坩埚中的物料全部熔化后，按上述化学式配比将Sm以及质量分数为合金原料总重0.1%的金属镁加入坩埚中，反复熔炼2次以得到成分均匀的合金液体，然后浇注到水冷铜模中得到合金铸锭。
将上述合金铸锭，先通过机械破碎为2-5mm大小的颗粒，然后放置于氢分压为0.01MPa的氢环境中，并在100℃保持2h，从而完成低温氢化的步骤； 在低温氢化的步骤完成后，对氢环境中的稀土母合金加热升温，升温期间将氢分压调整并维持在15kPa，当稀土母合金的温度达到800℃时，以每分钟1.5kPa的速率使氢分压持续增压3h，当稀土母合金吸氢饱和后，维持氢分压2h；将稀土母合金的温度控制在800℃，并迅速将氢环境中的稀土母合金所受到的氢分压调整到不超过0.5Pa，然后以10℃/min的降温速度迅速冷却至室温，得得到处理后的合金。
将上述合金粉末在1350kA/m磁场中垂直取向、压制成型，冷等静压制成毛坯后烧结得到永磁基材。
用砂纸将打磨基材，在乙二醇中超声清洗后吹干后，将基材放入多弧磁控溅射仪设备真空镀膜室的样品台上，抽真空，待真空抽至0.005Pa以下时，通入氦气，采用脉冲负偏压800V，电弧电流50A的He+轰击基材表面4-5min，加热基材至200℃，以金属Zr靶为阴极靶，采用如下工艺参数沉积ZrO2层：体积比1:1的氩气和氧气的混合气压0.2Pa，电弧电流60A，直流脉冲负偏压400V，阴极靶-基材间距为10cm，沉积时间20min，得到表面镀覆有氧化锆镀层的永磁材料。
实施例二
该实施例制备的该基材的化学式为：Sm2（Co0.55Cu0.25Zn0.13Yb0.07）8.5。
按照化学式的配比将Co、Cu、Zn及Yb混合，置于电弧炉升温坩埚中，抽真空到10-4Pa或以上，然后通入0.5大气压的高纯氦气，通电加热，待坩埚中的物料全部熔化后，按上述化学式配比将Sm以及质量分数为合金原料总重0.5%的金属镁加入坩埚中，反复熔炼3次以得到成分均匀的合金液体，然后浇注到水冷铜模中得到合金铸锭。
将上述合金铸锭，先通过机械破碎为2-5mm大小的颗粒，然后放置于氢分压为0.1MPa的氢环境中，并在200℃保持1h，从而完成低温氢化的步骤； 在低温氢化的步骤完成后，对氢环境中的稀土母合金加热升温，升温期间将氢分压调整并维持在20kPa，当稀土母合金的温度达到850℃时，以每分钟-1.8kPa的速率使氢分压持续增压2h，当稀土母合金吸氢饱和后，维持氢分压1h；将稀土母合金的温度控制在850℃，并迅速将氢环境中的稀土母合金所受到的氢分压调整到不超过0.5Pa，然后以15℃/min的降温速度迅速冷却至室温，得得到处理后的合金。
将上述合金粉末在1400kA/m磁场中垂直取向、压制成型，冷等静压制成毛坯后烧结得到永磁基材。
用砂纸将打磨基材，在乙二醇中超声清洗后吹干后，将基材放入多弧磁控溅射仪设备真空镀膜室的样品台上，抽真空，待真空抽至0.005Pa以下时，通入氦气，采用脉冲负偏压800V，电弧电流60A的He+轰击基材表面4min，加热基材至250℃，以金属Zr靶为阴极靶，采用如下工艺参数沉积ZrO2层：体积比1:1的氩气和氧气的混合气压0.5Pa，电弧电流70A，直流脉冲负偏压500V，阴极靶-基材间距为10cm，沉积时间15min，得到表面镀覆有氧化锆镀层的永磁材料。
比较例
按原子比将成分为Sm19.7Ho5.5Co50.16Fe14.74Cu7.03Zr2.87的合金原材料制成钢锭，合金经粗破碎后，在保护介质中球磨或气流磨至粉末粒度达到3～5μm；上述合金粉末在1200kA/m 1500kA/m磁场中垂直取向、压制成型，并进一步冷等静压使毛坯致密化；将毛坯制品在1180℃预烧30分钟；然后在氩气保护气氛下1200℃烧结2小时，再在1210℃进行固溶处理5小时后冷却至室温； 800℃～850℃保温10～24小时，然后控速冷却至400℃，在400℃保温10～24小时后冷却至室温，得到钴基永磁材料。
对实施例1-2及比较例的永磁材料进行磁性能测试，磁性能测试利用BH仪测试，测定包括最大磁能积（BH）max和剩磁温度系数α，在200-500℃的范围内，发现实施例1-2的开路剩磁平均温度系数α的绝对值相对比较例降低30%以上，在500℃时，实施例1-2的磁能积相对比较例提高32%以上。
Claims (1)
1.一种高温钴基永磁材料的制备方法，该永磁材料包括基材和基层表面上的ZrO2镀层，该基材的化学式为：Sm2（Co1-a-b-cCuaZnbYbc）8.5，其中a=0.15-0.25，b=0.08-0.13，c=0.05-0.07，该方法包括如下步骤：
（1）熔炼合金
按照化学式的配比将Co、Cu、Zn及Yb混合，置于电弧炉升温坩埚中，抽真空到10-4Pa或以上，然后通入0.2-0.5大气压的高纯氦气，通电加热，待坩埚中的物料全部熔化后，按上述化学式配比将Sm以及质量分数为合金原料总重0.1%-0.5%的金属镁加入坩埚中，反复熔炼2-3次以得到成分均匀的合金液体，然后浇注到水冷铜模中得到合金铸锭；
（2）合金处理
将上述合金铸锭，先通过机械破碎为2-5mm大小的颗粒，然后放置于氢分压为0.01-0.1MPa的氢环境中，并在100-200℃保持1-2h，从而完成低温氢化的步骤；
在低温氢化的步骤完成后，对氢环境中的稀土母合金加热升温，升温期间将氢分压调整并维持在15-20kPa，当稀土母合金的温度达到800-850℃时，以每分钟1.5-1.8kPa的速率使氢分压持续增压2-3h，当稀土母合金吸氢饱和后，维持氢分压1-2h；
将稀土母合金的温度控制在800-850℃的范围内，并迅速将氢环境中的稀土母合金所受到的氢分压调整到不超过0.5Pa，然后以10-15℃/min的降温速度迅速冷却至室温，得得到处理后的合金；
（3）制作永磁基材
将上述合金粉末在1350-1400kA/m磁场中垂直取向、压制成型，冷等静压制成毛坯后烧结得到永磁基材；
（4）表面镀覆氧化锆层
用砂纸将打磨基材，在乙二醇中超声清洗后吹干后，将基材放入多弧磁控溅射仪设备真空镀膜室的样品台上，抽真空，待真空抽至0.005Pa以下时，通入氦气，采用脉冲负偏压800V，电弧电流50-60A的He+轰击基材表面4-5min，加热基材至200-250℃，以金属Zr靶为阴极靶，采用如下工艺参数沉积ZrO2层：体积比1:1的氩气和氧气的混合气压0.2-0.5Pa，电弧电流60-70A，直流脉冲负偏压400-500V，阴极靶-基材间距为10cm，沉积时间15-20min，得到表面镀覆有氧化锆镀层的永磁材料。
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| JPH03198304A (ja) * | 1989-12-27 | 1991-08-29 | Hitachi Metals Ltd | 希土類永久磁石用原料粉の製造方法 |
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