CN104637642B

CN104637642B - 一种钐钴烧结永磁体材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104637642B
Application number: CN201510078114.2A
Authority: CN
Inventors: 周建斌; 董建宏
Original assignee: Ningbo Ninggang Permanent Magnetic Materials Co Ltd
Current assignee: Ningbo Ninggang Permanent Magnetic Materials Co Ltd
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: CN104637642A

Abstract

一种钐钴烧结永磁体材料，钐25～27%wt，钴49～51%wt，铜5～6.5%wt，锆3～3.5%wt，铁15～18%wt组成。制备方法包括熔炼、铸锭、铸锭吸氢、制粉、取向成型、烧结。在熔炼过程中，把铸模腔厚度减小并在模腔壁中通入冷却水，加快了铸锭的冷却速度，减少了元素成分偏析，并且稳定了生产工艺，同时元素锆的加入也抑制了枝蔓晶的产生；在熔炼炉中对铸锭进行吸氢，节约了生产步骤，降低能耗；在后续的研磨过程中，使吸氢后的铸锭结晶颗粒，在气流磨时沿晶界断裂，保证晶粒的完整性，提高其各向异性。得到粒度分布集中在3.5‑4.5μm之间的磁粉颗粒，使毛坯各点的磁粉颗粒在后期烧结中，所需烧结温度相同，保证烧结后晶粒大小相同且均匀，提高了烧结永磁体的各项性能，特别是剩磁Br、最大磁能积（BH）max和临界磁场Hk。

Description

一种钐钴烧结永磁体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钐钴烧结永磁材料及其制备方法。

背景技术

为了提高钐钴烧结永磁体的磁能积和矫顽力，一般在钐钴永磁组成成分上采取添加除钐元素以外的重稀土元素，但钐钴永磁体的晶形、结构和粒度分布也直接影响剩磁、磁能积和临界磁场等性能参数，而且影响上述磁性能包含制备工艺的各方面，例如在熔炼工艺中，因为熔体冷却过程速度过慢容易产生成分偏析，形成枝蔓晶，影响柱状晶的生长。熔体合金因快淬速凝法制备速凝片工艺复杂，而且必须经两级磨研，容易破坏磁粉的各向异性和粒度分布。CN102651263A提出在气流磨或球磨前加入“将合金铸带进行氢化歧化反应”步骤能得到3～5μm的磁粉，虽然也提高了磁粉的各向异性，但是增加设备、能源消耗和生产成本。

发明内容

本发明针对钐钴烧结永磁材料在组成成份和制备工艺中影响磁性提高的问题，提出一种减少成分偏析，防止枝蔓晶产生的方法，并能保证晶粒的完整性，提高其各向异性，以达到提高钐钴烧结永磁体磁性能的目的。

钐钴烧结永磁体材料的组成成份为：

一种钐钴烧结永磁体材料，其组成配比：钐为25～27%wt，钴为49～51%wt，铜为5～6.5%wt，锆为3～3.5%wt，铁为15～18%wt。

钐钴烧结永磁体材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）熔炼：按金属元素的组成配比称重后置于真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到5×10^-2Pa或以下时，提升功率将熔炼温度逐步提高至1500℃～1600℃，在氩气保护下进行精炼，得到均匀的合金熔液；

（2）铸锭：待熔炼完全后，降低熔炼炉内合金溶液温度至1300～1400℃左右，并保持2min后，往铸锭模壁冷却腔通入冷却水，再将合金熔液浇注入模腔厚度为10～15mm的铸锭模腔中；

（3）铸锭吸氢：浇铸后4～5min，待铸锭温度600～650℃时，充入氢气8×10^-2Mpa，使铸锭吸氢气完全冷却至室温，再抽除氢气，取出铸锭破碎成小碎块；

（4）制粉：将上述吸氢后的铸锭块用气流磨研磨，吸氢后的铸锭结晶沿颗粒晶界断裂，保证了晶粒完整性，提高晶粒各向异性；

（5）取向成型：在强度为2～3T的磁场中进行预取向，随后加入强度为4T的瞬间脉冲磁场进行完全取向，然后在压力为3～5MPa的情况下进行成型，最后在250Mpa压力下进行冷等静压保持5～15min，得成型毛坯；

（6）烧结：将上述成型毛坯在烧结炉中烧结，抽真空２×10^-2Pa时并逐步升温至1100～1200℃，然后充入0.05～0.1MPa氩气，在1210℃～1230℃保温烧结3～5h，再进行2～4小时1180～1200℃的固溶处理和在800～900℃保温5～8小时，随后以1℃/min的速度降低至400℃的时效处理，最后快速风冷至室温。

在熔炼过程中，充入5×10^-2MPa氩气进行精炼。

在气流磨制粉过程中可加入分散剂和防氧化剂以提高研磨效率。

上述技术方案的有益效果：在浇铸过程中，把铸模腔厚度减小并在模腔壁中通入冷却水，加快了铸锭的冷却速度，减少了元素成分偏析，并且稳定了生产工艺，元素锆的加入抑制了枝蔓晶的产生，对冷却后铸锭进行吸氢，节约了生产步骤，降低能耗；在后续的研磨过程中，使吸氢后的铸锭结晶颗粒，在气流磨时沿晶界断裂，保证晶粒的完整性，提高其各向异性。得到粒度分布集中在3.5-4.5μm之间的磁粉颗粒，使毛坯各点的磁粉颗粒在后期烧结中，所需烧结温度相同，保证烧结后晶粒大小相同且均匀，提高了烧结永磁体的各项性能，特别是剩磁Br、最大磁能积（BH）max和临界磁场Hk。

附图说明

图1为实施例1气流磨粉粒径分布图。

图2为实施例2气流磨粉粒径分布图。

图3为实施例3气流磨粉粒径分布图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做详细说明。

实施例1：

按以下重量分数称取原料：钐：23.5%；钴：51%；铜：5%；锆：3%；铁：17.5%。

（1）熔炼：将纯度为Sm≥99.5%、Co≥99.6%、Cu≥99.7%、Zr≥99%、Fe≥99.8%的金属元素放置于真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到5×10^-2Pa时，充入氩气至5×10^-2Mpa，提升功率将熔炼温度逐步提高至1500℃～1600℃，在氩气保护下进行精炼，得到均匀的合金熔液；

（2）铸锭：待熔炼完全后，降低熔炼炉功率，从而降低合金溶液温度至1300～1400℃，并保持2min后，往铸锭模壁冷却腔通入10℃～15℃的冷却水，再将合金熔液浇注入模腔厚度为15mm的铸锭模腔中；

（3）吸氢：浇铸后4.5min，此时合金温度约为650℃，由氢气阀门充入氢气8×10^- ²Mpa，使铸锭吸氢气完全冷却至室温，再抽除氢气取出铸锭破碎成小碎块；

（4）制粉：将上述吸氢后的铸锭块用气流磨研磨，吸氢后的铸锭结晶沿颗粒晶界断裂，在研磨过程中加入分散剂的质量分数为0.02～0.05%的聚环氧乙烷烯丙基醚和防氧化剂的质量分数为0.02～0.05%的脱水山梨醇及硬脂酸甘油脂的混合物，可提高研磨效率，保证了晶粒完整性，同时提高晶粒各向异性；

对磁粉进行取样测量，获得其粒度分布图，测得磁粉的平均粒径为3.73μm和最大频度分布为1.6，见图1。

（5）取向与成型：在强度为2.5T的磁场中进行预取向，随后加入强度为4T的瞬间脉冲磁场进行完全取向，然后在压力为4MPa的情况下进行成型，最后在250Mpa压力下进行冷等静压保持15min，得成型毛坯；

（6）烧结：将上述成型毛坯在烧结炉中烧结，抽真空到2×10^-2pa时逐步升温至1150℃，然后充入8×10^-2Mpa氩气，在1220℃保温烧结5小时，再进行1190℃保温3h的固溶处理，然后860℃保温7h时效处理，随后以1℃/min的速度降温至400℃，最后快速风冷至室温。

性能测试：对永磁材料块进行性能测试。获得钐钴磁块分布在20℃、120℃时的剩磁Br、矫顽力Hcb、内禀矫顽力Hcj、最大磁能积BH和临界磁场Hk等相关磁性能数据。见表1。

表1

由于晶粒的完整性和各向异性很好，且频度分布曲线的峰值高于1.5，粒度分布集中在3.5-4.5μm之间，毛坯各点的磁粉颗粒在后期烧结中，所需烧结温度相同，保证烧结后晶粒大小相同且均匀，提高了烧结永磁体的各项性能(包括（BH)max、Hk、Br、Hcj)。

实施例2：

按以下重量分数称取原料：钐：23.5%；钴：51%；铜：5.5%；锆：3.2%；铁：16.8%。

（1）、熔炼：将纯度为Sm≥99.5%、Co≥99.6%、Cu≥99.7%、Zr≥99%、Fe≥99.8%的金属元素放置于真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到5×10^-2Pa时，充入氩气至5×10^-2Mpa，提升功率将熔炼温度逐步提高至1500℃～1600℃，在氩气保护下进行精炼，得到均匀的合金熔液；

（2）铸锭：待熔炼完全后，降低熔炼炉内合金溶液温度至1300～1400℃，并保持2min后，往铸锭模壁冷却腔通入10℃～15℃的冷却水，再将合金熔液浇注入模腔厚度为15mm的铸锭模腔中；

（3）吸氢：浇铸后5min，此时合金温度约为600℃，由氢气阀门充入氢气8×10^-2Mpa，使铸锭吸氢气完全冷却至室温，再抽除氢气取出铸锭破碎成小碎块；

对磁粉进行取样测量，获得其粒度分布图，测得磁粉的平均粒径为4.02μm和最大频度分布为1.7，见图2。

（5）取向与成型：在强度为2.5T的磁场中进行预取向，随后加入强度为4T的瞬间脉冲磁场进行完全取向，然后在压力为5MPa的情况下进行成型，最后在250Mpa压力下进行冷等静压保持15min，得成型毛坯；

（6）烧结：将上述成型毛坯在烧结炉中烧结，抽真空到2×10^-2pa逐步升温至1150℃，然后充入8×10^-2Mpa氩气，在1220℃进行5h保温烧结，再进行1190℃保温3h的固溶处理，然后860℃保温7h时效处理，随后以1℃/min的速度降温至400℃，最后快速风冷至室温。

性能测试：对永磁材料块进行性能测试。获得钐钴磁块分布在20℃、120℃时的剩磁Br、矫顽力Hcb、内禀矫顽力Hcj、最大磁能积BH和临界磁场Hk等相关磁性能数据。见表2。

表2

测试温度（℃）	剩磁Br（KGs）	矫顽力Hcb（Koe）	内禀矫顽力H_cj（Koe）	最大磁能积BH（Mgoe）	临界磁场Hk（Koe）
						20	11.32	10.52	22.70	31.82	16.22
120	10.95	9.92	19.30	29.52	15.21

由于晶粒的完整性和各向异性很好，且频度分布曲线的峰值高于1.5，粒度分布集中在3.5～4.5μm之间，毛坯各点的磁粉颗粒在后期烧结中，所需烧结温度相同，保证烧结后晶粒大小相同且均匀，提高了烧结永磁体的各项性能(包括（BH)_max、Hk、Br、Hcj)。

实施例3：

按以下重量分数称取原料：钐：23.5%；钴：51%；铜：5%；锆：3.5%；铁：17%。

（1）熔炼：将纯度为Sm≥99.5%、Co≥99.6%、Cu≥99.7%、Zr≥99%、Fe≥99.8%的金属元素放置于真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到5×10^-2Pa以下时，充入氩气至5×10^-2Mpa，提升功率将熔炼温度逐步提高至1500℃～1600℃，在氩气保护下进行精炼，得到均匀的合金熔液；

对磁粉进行取样测量，获得其粒度分布图，测得磁粉的平均粒径为4.51μm和最大频度分布为1.8，见图3。

（6）烧结：将上述成型毛坯在烧结炉中烧结，抽真空到2×10^-2pa逐步升温至1150℃，然后充入8×10^-2Mpa氩气，在1220℃进行4h保温烧结，再进行1190℃保温3h的固溶处理，然后860℃保温7h时效处理，随后以1℃/min的速度降温至400℃，最后快速风冷至室温。

性能测试：对永磁材料块进行性能测试。获得钐钴磁块分布在20℃、120℃时的剩磁Br、矫顽力Hcb、内禀矫顽力Hcj、最大磁能积BH和临界磁场Hk等相关磁性能数据。见表3。

表3

测试温度（℃）	剩磁Br（KGs）	矫顽力Hcb（Koe）	内禀矫顽力H_cj（Koe）	最大磁能积BH（Mgoe）	临界磁场Hk（Koe）
						20	11.65	10.39	24.38	32.95	17.85
120	11.24	9.82	20.73	30.54	15.96

Claims

1.一种钐钴烧结永磁体材料的制备方法，钐钴烧结永磁体材料的组成配比：钐为25～27%wt，钴为49～51%wt，铜为5～6.5%wt，锆为3～3.5%wt，铁为15～18%wt，其特征包括以下步骤：

（1）熔炼：按金属元素的组成配比称重后置于真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空到5×10^-2Pa或以下，提升功率将熔炼温度逐步提高至1500℃～1600℃，在氩气保护下进行精炼，得到均匀的合金熔液；

（2）铸锭：待熔炼完全后，降低熔炼炉内合金溶液温度至1300～1400℃，并保持2min后，往铸锭模壁冷却腔通入冷却水，再将合金熔液浇注入模腔厚度为10～15mm的铸锭模腔中；

（3）铸锭吸氢：浇铸后4～5min，待铸锭温度600～650℃时，充入氢气至8×10^-2Mpa，使铸锭吸氢气完全冷却至室温，再抽除氢气，取出铸锭破碎成小碎块；

（4）制粉：将上述吸氢后的铸锭块用气流磨研磨，吸氢后的铸锭结晶沿颗粒晶界断裂，保证晶粒完整性，提高晶粒各向异性；

（6）烧结：将上述成型毛坯在烧结炉中烧结，先抽真空，抽真空2×10^-2Pa时，并逐步升温至1100～1200℃，然后充入0.05～0.1MPa氩气，在1210℃～1230℃保温烧结3～5小时，进行固溶处理后再进行时效处理，最后快速风冷至室温。

2.根据权利要求1所述的一种钐钴烧结永磁体材料的制备方法，其特征在于所述熔炼炉充入氩气至5×10^-2MPa，将温度升至1500℃～1600℃，对合金熔液进行精炼。

3.根据权利要求1所述的一种钐钴烧结永磁体材料的制备方法，其特征在于所述铸锭模壁冷却腔中通入冷却水为10℃～15℃。

4.根据权利要求1所述的一种钐钴烧结永磁体材料的制备方法，其特征在于将吸氢后的合金铸锭块用气流磨研磨成平均粒径为3.5-4.5μm，其频度分布曲线的峰值在1.5～1.7。

5.根据权利要求1所述的一种钐钴烧结永磁体材料的制备方法，其特征是在气流磨制粉过程中，加入分散剂的质量分数为钐钴合金的0.02～0.05%的聚环氧乙烷烯丙基醚，和加入防氧化剂的质量分数为钐钴合金的0.02～0.05%的脱水山梨醇及硬脂酸甘油脂的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种钐钴烧结永磁体材料的制备方法，其特征在于在毛坯烧结炉中充氩烧结后，在烧结炉中进行1180～1200℃2～4小时的固溶处理。

7.根据权利要求1所述的一种钐钴烧结永磁体材料的制备方法，其特征在于所述毛坯在烧结炉中进行固溶处理后，再在800～900℃保温5～8小时时效处理，随后以1℃/min的速度降低至400℃，最后快速风冷至室温。