CN104851543A - 一种耐腐蚀钐钴基永磁材料的制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀钐钴基永磁材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高矫顽力钐钴基永磁材料的制备方法，该永磁材料化学式为：（Sm1-xZrxCey）2（Co1-a-b-cNiaAlbSic）17，其中x=0.25-0.30，y=0.01-0.02，a=0.15-0.17，b=0.05-0.12，c=0.02-0.03采用Zr替代部分Sm，采用Ni替代部分Co，提高材料的综合磁性能，复配加入重稀土Ce以及能和Si产生协同作用从而提高磁体的耐腐蚀性能的Al，在制备过程中采用氢破、脱氢处理，以提高材料的各向异性，最后在烧结过程中采用二次回火工艺，进一步提高了材料的矫顽力。

Description

一种耐腐蚀钐钴基永磁材料的制备方法
所属技术领域
本发明涉一种永磁材料的制备方法，尤其涉及一种耐腐蚀钐钴基永磁材料的制备方法。
背景技术
稀土永磁体具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积的特点，被广泛应用于电力电子、通讯、信息、电机、交通运输、办公自动化、医疗器械、军事等领域。经过20多年的研究开发，稀土永磁体的磁能积得到了很大的提高，但是稀土永磁体的矫顽力仍有很大的提高空间。
钐钴永磁材料是第二代稀土永磁体，其主要特点为磁性能高、温度性能好，且抗锈蚀能力强，适合制造各种高性能的永磁电机以及工作环境十分复杂的应用产品。目前，虽然钐钴系永磁材料温度稳定性均较高，但是现有技术中的钐钴系永磁材料如2∶17型钐钴合金的矫顽力并不高、1∶5型钐钴合金的磁积能较低，因此矫顽力、磁积能等综合磁性能均高的钐钴永磁材料还有待研究发展。
发明内容
本发明提供一种耐腐蚀钐钴基永磁材料的制备方法，使用该方法制备的永磁材料，具有较高矫顽力、且耐腐蚀，并且成本相对较低。
为了实现上述目的，本发明提供的一种高矫顽力钐钴基永磁材料的制备方法，该永磁材料化学式为：（Sm1-xZrxCey）2（Co1-a-b-cNiaAlbSic）17，其中x=0.25-0.30，y=0.01-0.02，a=0.15-0.17，b=0.05-0.12，c=0.02-0.03，该方法包括如下步骤：
（1）制备永磁合金
按照化学式的配比将Sm、Zr、Ce、Co、Ni、Al及Si混合，同时放入电弧炉铜坩埚(水冷)内，关闭电弧炉腔体抽真空至10-4-10-5mbar，连续洗气2-3次，每次洗气充入高纯Ar气压力为500-600mbar，洗气完成后腔体内再充入高纯Ar气600-700mbar，熔炼过程中不断用电弧搅动合金液，使其充分熔化均匀，关闭电流待合金液冷却后，用机械手将合金锭上下翻转，重复上述步骤，总共反复熔炼5-6次，冷却后得到母合金铸锭；
将铸锭放入底部开小孔的石英玻璃管中，并置于带有脉冲电场和脉冲磁场装置的真空喷铸炉内，在石英管的下端放置水冷铜模，铸锭在高纯氩气保护下感应熔化成液体，然后将电极插入熔体中，施加脉冲电场，进行电脉冲孕育处理，采用的脉冲电场参数为：脉冲频率1000-1500Hz，脉冲电流峰值密度200-300A/cm2，脉冲宽度20-50μs，处理时间30-60s，孕育处理完毕后注入水冷铜模中采用速凝工艺制成速凝片；
（2）制作毛坯
将上述速凝片置于氢破炉中抽真空至真空度为1Pa以下，在室温下通入氢气，保持压力在2-3×105Pa，时间在3-5h，冷却至室温，然后抽出残余氢气，开始升温脱氢，脱氢工艺采用500-600℃保温4-6h，脱氢气压低于10Pa时，脱氢结束，停止加温，冷却至室温并且控制脱氢气压，使得脱氢后氢破粉含氢量在2000-2500ppm之间，氢破后进行气流磨制磁粉，将磁粉在强度为2.5-3T磁场中取向成型后得到成型毛坯；
（3）烧结
将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先升温至500-750℃，保温3-4h，然后升温至1000-1050℃烧结3-4h，冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在850-880℃和500-550℃热处理回火1-2h，得到产品。
优选的，在步骤（1）后还包括对速凝片退火处理的步骤，具体为：等待铜辊冷却后取出速凝片，将速凝片装入一端封口的石英管中，通过真空封管系统洗气，洗气完成后抽真空再充入高纯Ar气后将石英管的另一端封闭，打开感应退火炉设定温度400℃-750℃、感应频率为0.5-10KHZ，热处理时间为10-20分钟；之后将石英管推入磁场退火炉中，设定温度400℃-750℃、磁场强度为1.5-3.7T，热处理时间为3-10分钟。
本发明制备的高矫顽力钐钴基永磁材料，采用Zr替代部分Sm，采用Ni替代部分Co，提高材料的综合磁性能，复配加入重稀土Ce以及能和Si产生协同作用从而提高磁体的耐腐蚀性能的Al，在制备过程中采用氢破、脱氢处理，以提高材料的各向异性，最后在烧结过程中采用二次回火工艺，进一步提高了材料的矫顽力。
具体实施方式
实施例一
该实施例制备的永磁材料的化学式为：（Sm0.74Zr0.25Ce0.01）2（Co1-a-b-cNi0.15Al0.05Si0.02）17。
按照化学式的配比将Sm、Zr、Ce、Co、Ni、Al及Si混合，同时放入电弧炉铜坩埚(水冷)内，关闭电弧炉腔体抽真空至10-4-10-5mbar，连续洗气2-3次，每次洗气充入高纯Ar气压力为500mbar，洗气完成后腔体内再充入高纯Ar气600mbar，熔炼过程中不断用电弧搅动合金液，使其充分熔化均匀，关闭电流待合金液冷却后，用机械手将合金锭上下翻转，重复上述步骤，总共反复熔炼5次，冷却后得到母合金铸锭。
将铸锭放入底部开小孔的石英玻璃管中，并置于带有脉冲电场和脉冲磁场装置的真空喷铸炉内，在石英管的下端放置水冷铜模，铸锭在高纯氩气保护下感应熔化成液体，然后将电极插入熔体中，施加脉冲电场，进行电脉冲孕育处理，采用的脉冲电场参数为：脉冲频率1000Hz，脉冲电流峰值密度200A/cm2，脉冲宽度20-50μs，处理时间30s，孕育处理完毕后注入水冷铜模中采用速凝工艺制成速凝片。
等待铜辊冷却后取出速凝片，将速凝片装入一端封口的石英管中，通过真空封管系统洗气，洗气完成后抽真空再充入高纯Ar气后将石英管的另一端封闭。打开感应退火炉设定温度400℃-750℃、感应频率为0.5-10KHZ，热处理时间为10-20分钟；之后将石英管推入磁场退火炉中，设定温度400℃-750℃、磁场强度为1.5-3.7T，热处理时间为3-10分钟。
将上述速凝片置于氢破炉中抽真空至真空度为1Pa以下，在室温下通入氢气，保持压力在2×105Pa，时间在3h，冷却至室温，然后抽出残余氢气，开始升温脱氢，脱氢工艺采用500℃保温4h，脱氢气压低于10Pa时，脱氢结束，停止加温，冷却至室温并且控制脱氢气压，使得脱氢后氢破粉含氢量在2000-2500ppm之间，氢破后进行气流磨制磁粉，将磁粉在强度为2.5T磁场中取向成型后得到成型毛坯。
将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先升温至500℃，保温3h，然后升温至1000℃烧结3h，冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在850℃和500℃热处理回火1h，得到产品。
 实施例二
该实施例制备的永磁材料的化学式为：（Sm0.68Zr0.3Ce0.02）2（Co0.68Ni0.17Al0.12Si0.03）17。
按照化学式的配比将Sm、Zr、Ce、Co、Ni、Al及Si混合，同时放入电弧炉铜坩埚(水冷)内，关闭电弧炉腔体抽真空至10-5mbar，连续洗气3次，每次洗气充入高纯Ar气压力为600mbar，洗气完成后腔体内再充入高纯Ar气700mbar，熔炼过程中不断用电弧搅动合金液，使其充分熔化均匀，关闭电流待合金液冷却后，用机械手将合金锭上下翻转，重复上述步骤，总共反复熔炼6次，冷却后得到母合金铸锭。
将铸锭放入底部开小孔的石英玻璃管中，并置于带有脉冲电场和脉冲磁场装置的真空喷铸炉内，在石英管的下端放置水冷铜模，铸锭在高纯氩气保护下感应熔化成液体，然后将电极插入熔体中，施加脉冲电场，进行电脉冲孕育处理，采用的脉冲电场参数为：脉冲频率1500Hz，脉冲电流峰值密度300A/cm2，脉冲宽度20-50μs，处理时间60s，孕育处理完毕后注入水冷铜模中采用速凝工艺制成速凝片。
等待铜辊冷却后取出速凝片，将速凝片装入一端封口的石英管中，通过真空封管系统洗气，洗气完成后抽真空再充入高纯Ar气后将石英管的另一端封闭。打开感应退火炉设定温度750℃、感应频率为0KHZ，热处理时间为20分钟；之后将石英管推入磁场退火炉中，设定温度750℃、磁场强度为3.7T，热处理时间为10分钟。
将上述速凝片置于氢破炉中抽真空至真空度为1Pa以下，在室温下通入氢气，保持压力在3×105Pa，时间在5h，冷却至室温，然后抽出残余氢气，开始升温脱氢，脱氢工艺采用600℃保温6h，脱氢气压低于10Pa时，脱氢结束，停止加温，冷却至室温并且控制脱氢气压，使得脱氢后氢破粉含氢量在2500ppm之间，氢破后进行气流磨制磁粉，将磁粉在强度为3T磁场中取向成型后得到成型毛坯。
将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先升温至750℃，保温4h，然后升温至1050℃烧结4h，冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在880℃和550℃热处理回火2h，得到产品。
比较例
将纯度99.8％的铁、99.98％的钴块和99.9％Gd在有高纯Ar气保护下熔配为Co-21wt％，Gd-22wt％合金，余量为Fe，将熔配好的合金放入真空室里底部有小孔(直径为0.4mm)的石英试管中，抽真空1分钟后反充入高纯Ar气至1个大气压；然后再抽真空1分钟后反充入高纯Ar气至1个大气压；循环三次，最后反充高纯Ar气至0.8个大气压； 采用高频电磁方法加热熔配合金，并使熔配合金在熔融态下保持10秒， 再将Ar气充入石英试管将熔融态样品吹至以15米/秒辊面线速度旋转的以纯铜为材质的单辊辊轮上制备出合金薄带；铜制单辊的直径为120mm； 将所得合金薄带在Ar气保护下在550℃条件下保温0.5小时，然后随炉冷却至室温下出炉。将合金薄带粉碎，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。
对相同尺寸的实施例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，测试温度为25℃，测量最大磁能积（BH）max和矫顽力，发现实施例1-2的最大磁能积相对比较例提高13-27%，实施例1-2的矫顽力相对比较例提高20%以上。

Claims (2)

1.一种高矫顽力钐钴基永磁材料的制备方法，该永磁材料化学式为：（Sm1-xZrxCey）2（Co1-a-b-cNiaAlbSic）17，其中x=0.25-0.30，y=0.01-0.02，a=0.15-0.17，b=0.05-0.12，c=0.02-0.03，该方法包括如下步骤：
（1）制备永磁合金
按照化学式的配比将Sm、Zr、Ce、Co、Ni、Al及Si混合，同时放入电弧炉铜坩埚(水冷)内，关闭电弧炉腔体抽真空至10-4-10-5mbar，连续洗气2-3次，每次洗气充入高纯Ar气压力为500-600mbar，洗气完成后腔体内再充入高纯Ar气600-700mbar，熔炼过程中不断用电弧搅动合金液，使其充分熔化均匀，关闭电流待合金液冷却后，用机械手将合金锭上下翻转，重复上述步骤，总共反复熔炼5-6次，冷却后得到母合金铸锭；
将铸锭放入底部开小孔的石英玻璃管中，并置于带有脉冲电场和脉冲磁场装置的真空喷铸炉内，在石英管的下端放置水冷铜模，铸锭在高纯氩气保护下感应熔化成液体，然后将电极插入熔体中，施加脉冲电场，进行电脉冲孕育处理，采用的脉冲电场参数为：脉冲频率1000-1500Hz，脉冲电流峰值密度200-300A/cm2，脉冲宽度20-50μs，处理时间30-60s，孕育处理完毕后注入水冷铜模中采用速凝工艺制成速凝片；
（2）制作毛坯
将上述速凝片置于氢破炉中抽真空至真空度为1Pa以下，在室温下通入氢气，保持压力在2-3×105Pa，时间在3-5h，冷却至室温，然后抽出残余氢气，开始升温脱氢，脱氢工艺采用500-600℃保温4-6h，脱氢气压低于10Pa时，脱氢结束，停止加温，冷却至室温并且控制脱氢气压，使得脱氢后氢破粉含氢量在2000-2500ppm之间，氢破后进行气流磨制磁粉，将磁粉在强度为2.5-3T磁场中取向成型后得到成型毛坯；
（3）烧结
将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先升温至500-750℃，保温3-4h，然后升温至1000-1050℃烧结3-4h，冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在850-880℃和500-550℃热处理回火1-2h，得到产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（1）后还包括对速凝片退火处理的步骤，具体为：等待铜辊冷却后取出速凝片，将速凝片装入一端封口的石英管中，通过真空封管系统洗气，洗气完成后抽真空再充入高纯Ar气后将石英管的另一端封闭，打开感应退火炉设定温度400℃-750℃、感应频率为0.5-10KHZ，热处理时间为10-20分钟；之后将石英管推入磁场退火炉中，设定温度400℃-750℃、磁场强度为1.5-3.7T，热处理时间为3-10分钟。
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