CN108517458B - 铁-铪-稀土中间合金及其制备方法 - Google Patents

铁-铪-稀土中间合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁‑铪‑稀土中间合金，该中间合金中包括重量百分比为10～30％的铪、50～85％的铁和5～20％的稀土金属。本发明还提供该中间合金的制备方法，包括以下步骤：按照合金中各元素的重量百分比备料，将铁、铪、稀土金属原料放入坩埚内，将坩埚放入真空熔炼炉内；抽真空至熔炼炉内真空度为‑0.1MPa以下，充入保护气体，使真空度保持在‑0.08～‑0.06MPa，然后升温至1400～1500℃熔炼15～30min，最后将合金溶液浇注到模具中冷却成型，脱模后得到铁‑铪‑稀土中间合金。通过该方法制备得到的铁‑铪‑稀土中间合金成分均匀，适用性广，尤其可以用作稀土永磁材料和高温合金钢的添加剂。

Description

铁-铪-稀土中间合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料的合金制备技术领域，尤其涉及一种铁-铪-稀土中间合金及其制备方法。
背景技术
稀土金属是稀土永磁材料的主要成分之一，加入量可以达到30wt％，加入后可以提高永磁材料的磁性能，但是其对于永磁材料的高温磁性不具改善作用，因而存在缺陷。金属铪能够大幅提高永磁材料的高温抗退磁性能，但是铪具有很高的化学活性，熔点极高，且在高温下极易烧损，造成添加困难，只能以中间合金的形式添加。同时，铪与稀土金属很难形成合金，故为了改善稀土永磁材料的磁性能，通常将稀土元素以铁-稀土中间合金的形式加入，将金属铪以铁-铪中间合金的形式加入。铁-稀土中间合金主要通过电解法和真空熔炼法生产，且生产技术较为成熟。而金属铪(一般为海绵铪)由于熔点较高为2227℃，常温常压下极难熔化，且在空气中烧损严重，不利于合金化过程，能耗较大，故铁-铪中间合金只能通过真空熔炼法制备；如中国专利申请CN102534350A公开了一种新型铁基合金靶材的制造方法，该方法以氧化锆坩埚为容器，将铁、铪的纯金属在1680～1700℃进行真空熔炼，得到铪含量为30.9～31.0％的铁铪合金靶材，该方法工艺简单、操作简便，但是根据反向工程的结果，该工艺存在能耗高、成本高、杂质严重的问题，所得铁铪合金靶材并不能满足稀土永磁材料添加剂的成本低廉和成分均匀的要求，严重影响铪中间合金的推广应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种铁-铪-稀土中间合金及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种铁-铪-稀土中间合金，所述铁-铪-稀土中间合金中包括重量百分比为50～85％的铁、10～30％的铪和5～20％的稀土金属。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的铁-铪-稀土中间合金的制备方法，包括以下步骤：
按照合金中各元素的重量百分比备料，将铁、铪、稀土金属原料放入坩埚内，将坩埚放入真空熔炼炉内；抽真空至熔炼炉内真空度为-0.1MPa以下，保证真空熔炼炉内的空气不影响原料，进而降低原料熔点，然后充入保护气体，使真空度保持在-0.08～-0.06MPa，然后升温至1400～1500℃熔炼15～30min，最后将坩埚内的合金溶液浇注到模具中冷却成型，脱模后得到铁-铪-稀土中间合金。
本发明的技术方案构思巧妙，升温过程中铁先与稀土金属生成低熔点合金，升温至熔炼温度后，该低熔点合金再与铪合金化，生成熔点较低的铁-铪-稀土中间合金。通过在高熔点的铁铪合金的制备过程中加入适量稀土金属大幅降低了合金的熔炼温度，熔炼温度由1700℃降到了1500℃以下，熔炼过程是在低于主要合金元素铁的熔点下完成，从根本上节约了生产过程所需的能源消耗，降低了生产成本。
本发明的制备方法，需将元素配比、真空度、熔炼温度、熔炼时间控制在本发明的范围内，以降低原料及设备损耗，保证生产效率，保证制备的铁-铪-稀土中间合金成分均匀。
上述的制备方法，优选的，所述铁、铪、稀土金属原料的纯度为99.0～99.8％。
上述的制备方法，优选的，所述稀土金属为镧、铈、钕、镨、钆、镝、铽、铒中的一种或多种。
上述的制备方法，优选的，所述保护气体为氩气或氮气。
上述的制备方法，优选的，所述坩埚为氧化铝坩埚(刚玉坩埚)、氧化镁坩埚或氧化镁铝坩埚。本发明所选用的坩埚价格低廉且使用寿命长，能够大幅节约生产成本。
上述的制备方法，优选的，所述模具为石墨模具、钢模具或铸铁模具。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的制备方法，由于在高熔点的铁铪合金的制备过程中加入适量稀土金属大幅降低了合金的熔炼温度，使所需铁-铪-稀土中间合金的熔点降低，从而流动性增加、合金化完全，大幅减少了高熔点金属铪的偏析，所得铁-铪-稀土中间合金的组织成分均匀。
(2)本发明的制备方法，对设备要求较低，原料损耗少，且无需使用价格昂贵的、纯度为99.9％以上金属铪，大幅降低了生产成本，且制备过程简单、环保无污染、生产效率高、适于工业化生产。
(3)本发明的铁-铪-稀土中间合金，成分均匀，适用性广，尤其可以用作稀土永磁材料和高温合金钢的添加剂，以提高这些材料的高温抗退磁性能，所选用的稀土金属可根据稀土永磁材料中元素种类来选择，不会带来新的杂质。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的铁-铪-稀土中间合金的制备方法，包括以下步骤：
按照合金中各元素的重量百分比备料：铁、铪、稀土金属原料的重量分别为15.3kg、1.8kg、0.9kg；铁、铪、稀土金属原料的纯度均为99.0％；稀土金属为镨、钕；
将上述的铁、铪、稀土金属原料放入氧化镁坩埚内，将坩埚放入真空熔炼炉内；抽真空至熔炼炉内真空度为-0.1MPa以下，然后充入保护气体氩气，使真空度保持在-0.06MPa，然后升温至1400℃熔炼15min，最后将坩埚内的合金溶液浇注到石墨模具中冷却成型，冷却1小时后脱模后得到17.8kg铁-铪-稀土中间合金。本实施例的铁-铪-稀土中间合金中包括10.12wt％的铪、1.21wt％的镨、3.77wt％的钕和84.83wt％的铁，破碎后用作稀土永磁材料的添加剂。
实施例2：
一种本发明的铁-铪-稀土中间合金的制备方法，包括以下步骤：
按照合金中各元素的重量百分比备料：铁、铪、稀土金属原料的重量分别为9kg、5.4kg、3.6kg；铁、铪、稀土金属原料的纯度均为99.5％；稀土金属为钆；
将上述的铁、铪、稀土金属原料放入氧化铝坩埚内，将坩埚放入真空熔炼炉内；抽真空至熔炼炉内真空度为-0.1MPa以下，然后充入保护气体氮气，使真空度保持在-0.08MPa，然后升温至1500℃熔炼30min，最后将坩埚内的合金溶液浇注到铸铁模具中冷却成型，冷却2小时后脱模后得到17.6kg铁-铪-稀土中间合金。本实施例的铁-铪-稀土中间合金中包括30.08wt％的铪、20.06％的钆和49.74wt％的铁，破碎后用作稀土永磁材料的添加剂。

Claims (6)

1.一种铁-铪-稀土中间合金的制备方法，所述铁-铪-稀土中间合金中是由重量百分比为50~85%的铁、10~30%的铪和5~20%的稀土金属组成，其特征在于，包括以下步骤：
按照合金中各元素的重量百分比备料，将铁、铪、稀土金属原料放入坩埚内，将坩埚放入真空熔炼炉内；抽真空至熔炼炉内真空度为-0.1MPa以下，然后充入保护气体，使真空度保持在-0.08~ -0.06MPa，再升温至1400~1500℃熔炼15~30min，最后将坩埚内的合金熔液浇注到模具中冷却成型，脱模后得到铁-铪-稀土中间合金。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁、铪、稀土金属原料的纯度为99.0~99.8%。
3.根据权利要求1或 2所述的制备方法，其特征在于，所述稀土金属为镧、铈、钕、镨、钆、镝、铽、铒中的一种或多种。
4.根据权利要求1或 2所述的制备方法，其特征在于，所述保护气体为氩气或氮气。
5.根据权利要求1或 2所述的制备方法，其特征在于，所述坩埚为氧化铝坩埚、氧化镁坩埚或氧化镁铝坩埚。
6.根据权利要求1或 2所述的制备方法，其特征在于，所述模具为石墨模具、钢模具或铸铁模具。
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