CN109036752A - 一种氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法 - Google Patents

一种氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法，属于磁性材料技术领域。本发明将Sm2Fe17Nx纳米晶薄带浸泡于氮类稀土配合物和无水乙醇的混合液中，并辅助后续的高能球磨，使稀土离子均匀分布于SmFeN磁粉颗粒的表面，并逐渐向颗粒内部渗透，同时，氮类稀土配合物的添加，进一步提升了SmFeN磁体的氮化效果，从而有效提升主相的磁晶各向异性和矫顽力。本发明工艺过程简单，易操作，降低了成本，有利于高矫顽力钐铁氮磁粉在更多永磁器件中的应用，以满足市场需求。

Description

一种氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，尤其涉及一种氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法。
背景技术
稀土永磁材料是将稀土Nd、Sm、Pr等元素和一些过渡金属元素形成的合金，并经过特定工艺制备形成的具有永磁性能的特殊材料，目前已广泛应用于电动机、发电机、核磁共振成像仪、微波通讯技术、仪表及其他需用永久磁场的装置和设备中。目前，应用最为广泛的稀土永磁材料主要是：SmCo5型、Sm2Co17型和NdFeB系永磁体。同时，SmFeN系永磁材料自问世以来以其优异的磁性能和良好的温度稳定性受到人们的重视，作为唯一可以在性能上超越NdFeB的永磁体，成为国内外稀土永磁材料的研究热点之一。
目前国内外生产SmFeN永磁材料基本上都是先将钐铁合金破碎或者球磨制粉后进行渗氮，在渗氮的过程中，由于氮化时间长，容易造成合金中的稀土元素的挥发，效率低下，磁性能的稳定性难以得到有效保障，难以实现工业化生产。中国的磁材生产企业也在不断的开发高性能SmFeN永磁体的技术，主要是通过添加一些重稀土元素（Dy和Tb）来提高磁体的磁性能，但是由于重稀土的添加在熔炼过程中，并不能有效保证其的均匀分布，同时，在后续的烧结过程中，由于晶粒异常长大不能得到有效的控制，导致重稀土掺杂过量，进而增加成本、浪费资源。因此，本申请提出一种氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法，采用“电弧熔炼+快淬+热处理+氮化处理+高能球磨”并掺杂氮类稀土配合物来有效提升SmFeN磁体的氮化效果，同时，稀土离子将均匀分布于SmFeN磁粉颗粒的表面，并逐渐向颗粒内部渗透，从而有效提升主相的磁晶各向异性，实现氮类稀土配合物改性高矫顽力钐铁氮磁体的制备。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法。
本发明的氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法，包括如下步骤：
1）将纯度为99.99%以上的Sm、Fe合金，按照合金名义成分Sm2Fe17称量各元素原料配料并进行真空熔炼，将合金反复熔炼3-5次获得成分均匀的母合金铸锭，然后在快淬炉中制成薄带；
2）将步骤（1）制得的Sm2Fe17薄带在550~750℃在氩气保护下进行晶化热处理，获得相应的纳米晶合金；
3）将步骤（2）制得的Sm2Fe17纳米晶薄带在高纯N2气或NH3气中进行氮化处理，获得Sm2Fe17Nx纳米晶合金；
4）将步骤（3）制得的Sm2Fe17Nx纳米晶薄带浸泡于氮类稀土配合物和无水乙醇的混合液中，浸泡3~6 小时；所述混合液体重量占Sm2Fe17Nx纳米晶薄带重量的50~60%，其中氮类稀土配合物占混合液体重量的40~70%；所述的氮类稀土配合物为胺基羧酸稀土配合物[LnN(CH2COOH)3·3H2O]、氮杂环状胺基羧酸稀土配合物[Ln(ODOTRA) (H2O)2·4 H2O]、芳香氨基羧酸稀土配合物[Ln(HDPA)(DPA)(H2O)2·4 H2O]中的一种或二种混合物，其中Ln = Sm、Ce、Nd、Dy或Pr；
5）将步骤（4）制得的Sm2Fe17Nx纳米晶薄带混合液进行高能球磨，球磨3~6小时，然后将球磨后的粉体于氮气保护下75~150℃烘干0.5~1小时，获得具有高矫顽力的钐铁氮磁粉。
所述的快淬炉腔体压力为0.05 MPa，喷射压力差为0.06~0.12 MPa，辊轮的线速度为5~45m/s。
步骤（3）中所述的氮化温度为400~500℃，氮化时间为6~12小时。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：将Sm2Fe17Nx纳米晶薄带浸泡于氮类稀土配合物和无水乙醇的混合液中，使氮类稀土配合物有效包覆在薄带表面，可以有效提升SmFeN磁体的氮化效果，通过后续的高能球磨实现稀土离子均匀分布于SmFeN磁粉颗粒的表面，并逐渐向颗粒内部渗透，从而有效提升主相的磁晶各向异性，实现氮类稀土配合物改性高矫顽力钐铁氮磁体的制备。
具体实施方式
下面结合具体实施方式及对比例对本发明作进一步阐述。
实施例1
1）将纯度为99.99%以上的Sm、Fe合金，按照合金名义成分Sm2Fe17称量各元素原料配料并进行真空熔炼，将合金反复熔炼5次获得成分均匀的母合金铸锭，然后在快淬炉中制成薄带，快淬炉腔体压力为0.05 MPa，喷射压力差为0.09 MPa，辊轮的线速度为35m/s；
2）将步骤（1）制得的Sm2Fe17薄带在650℃在氩气保护下进行晶化热处理，获得相应的纳米晶合金；
3）将步骤（2）制得的Sm2Fe17纳米晶薄带在高纯N2气中进行氮化处理，氮化温度为450℃，氮化时间为8小时，获得Sm2Fe17Nx纳米晶合金；
4）将步骤（3）制得的Sm2Fe17Nx纳米晶薄带浸泡于胺基羧酸稀土配合物[(Sm,Nd)N(CH2COOH)3·3H2O]和无水乙醇的混合液中，浸泡4小时；所述混合液体重量占Sm2Fe17Nx纳米晶薄带重量的50%，其中胺基羧酸稀土配合物[(Sm,Nd)N(CH2COOH)3·3H2O]占混合液体重量的45%；
5）将步骤（4）制得的Sm2Fe17Nx纳米晶薄带混合液进行高能球磨，球磨4小时，然后将球磨后的粉体于氮气保护下100℃烘干1小时，获得钐铁氮磁粉。
比较例1
制备步骤同实施例1，区别在于步骤（4）中的混合液中不添加胺基羧酸稀土配合物[(Sm,Nd)N(CH2COOH)3·3H2O]。
实施例2
1）将纯度为99.99%以上的Sm、Fe合金，按照合金名义成分Sm2Fe17称量各元素原料配料并进行真空熔炼，将合金反复熔炼5次获得成分均匀的母合金铸锭，然后在快淬炉中制成薄带，快淬炉腔体压力为0.05 MPa，喷射压力差为0.09 MPa，辊轮的线速度为40m/s；
2）将步骤（1）制得的Sm2Fe17薄带在700℃在氩气保护下进行晶化热处理，获得相应的纳米晶合金；
3）将步骤（2）制得的Sm2Fe17纳米晶薄带在高纯N2气中进行氮化处理，氮化温度为450℃，氮化时间为10小时，获得Sm2Fe17Nx纳米晶合金；
4）将步骤（3）制得的Sm2Fe17Nx纳米晶薄带浸泡于氮杂环状胺基羧酸稀土配合物[(Sm,Ce)(ODOTRA) (H2O)2·4 H2O]和无水乙醇的混合液中，浸泡5小时；所述混合液体重量占Sm2Fe17Nx纳米晶薄带重量的60%，其中氮杂环状胺基羧酸稀土配合物[(Sm,Ce)(ODOTRA)(H2O)2·4 H2O]占混合液体重量的55%；
5）将步骤（4）制得的Sm2Fe17Nx纳米晶薄带混合液进行高能球磨，球磨5小时，然后将球磨后的粉体于氮气保护下150℃烘干1小时，获得钐铁氮磁粉。
比较例2
制备步骤同实施例2，区别在于步骤（4）中的混合液中不添加氮杂环状胺基羧酸稀土配合物[(Sm,Ce)(ODOTRA) (H2O)2·4 H2O]。
实施例3
1）将纯度为99.99%以上的Sm、Fe合金，按照合金名义成分Sm2Fe17称量各元素原料配料并进行真空熔炼，将合金反复熔炼5次获得成分均匀的母合金铸锭，然后在快淬炉中制成薄带，快淬炉腔体压力为0.05 MPa，喷射压力差为0.09 MPa，辊轮的线速度为45m/s；
2）将步骤（1）制得的Sm2Fe17薄带在750℃在氩气保护下进行晶化热处理，获得相应的纳米晶合金；
3）将步骤（2）制得的Sm2Fe17纳米晶薄带在高纯NH3气中进行氮化处理，氮化温度为500℃，氮化时间为10小时，获得Sm2Fe17Nx纳米晶合金；
4）将步骤（3）制得的Sm2Fe17Nx纳米晶薄带浸泡于芳香氨基羧酸稀土配合物[(Pr,Nd)(HDPA)(DPA)(H2O)2·4 H2O]和无水乙醇的混合液中，浸泡5小时；所述混合液体重量占Sm2Fe17Nx纳米晶薄带重量的60%，其中芳香氨基羧酸稀土配合物[(Pr,Nd)(HDPA)(DPA)(H2O)2·4 H2O]占混合液体重量的65%；
5）将步骤（4）制得的Sm2Fe17Nx纳米晶薄带混合液进行高能球磨，球磨5小时，然后将球磨后的粉体于氮气保护下150℃烘干1小时，获得钐铁氮磁粉。
比较例3
制备步骤同实施例3，区别在于步骤（4）中的混合液中不添加芳香氨基羧酸稀土配合物[(Pr,Nd)(HDPA)(DPA)(H2O)2·4 H2O]。
将上述实施例和比较例制备的样品，使用振动样品磁强计对其磁性能进行了测试，对比结果如表1所示。
总结：
本发明采用掺杂扩散氮类稀土配合物改性制备高矫顽力钐铁氮磁体。相比于未添加氮类稀土配合物，添加氮类稀土配合物的钐铁氮磁粉的矫顽力得到了明显的提升，这主要是由于首先将Sm2Fe17Nx薄带在浸泡在氮类稀土配合物和无水乙醇的混合液中，并配以后续的高能球磨，使稀土离子均匀分布于SmFeN磁粉颗粒的表面，并逐渐向颗粒内部渗透，改善了晶界特性，同时，氮类稀土配合物的添加，进一步提升了SmFeN磁体的氮化效果，从而有效提高钐铁氮磁体主相的磁晶各向异性和矫顽力。
表1：

Claims (3)

1.一种氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将纯度为99.99%以上的Sm、Fe合金，按照合金名义成分Sm2Fe17称量各元素原料配料并进行真空熔炼，将合金反复熔炼3-5次获得成分均匀的母合金铸锭，然后在快淬炉中制成薄带；
2）将步骤（1）制得的Sm2Fe17薄带在550~750℃在氩气保护下进行晶化热处理，获得相应的纳米晶合金；
3）将步骤（2）制得的Sm2Fe17纳米晶薄带在高纯N2气或NH3气中进行氮化处理，获得Sm2Fe17Nx纳米晶合金；
4）将步骤（3）制得的Sm2Fe17Nx纳米晶薄带浸泡于氮类稀土配合物和无水乙醇的混合液中，浸泡3~6 小时；所述混合液体重量占Sm2Fe17Nx纳米晶薄带重量的50~60%，其中氮类稀土配合物占混合液体重量的40~70%；所述的氮类稀土配合物为胺基羧酸稀土配合物[LnN(CH2COOH)3·3H2O]、氮杂环状胺基羧酸稀土配合物[Ln(ODOTRA) (H2O)2·4 H2O]、芳香氨基羧酸稀土配合物[Ln(HDPA)(DPA)(H2O)2·4 H2O]中的一种或二种混合物，其中Ln = Sm、Ce、Nd、Dy或Pr；
5）将步骤（4）制得的Sm2Fe17Nx纳米晶薄带混合液进行高能球磨，球磨3~6小时，然后将球磨后的粉体于氮气保护下75~150℃烘干0.5~1小时，获得具有高矫顽力的钐铁氮磁粉。
2.根据权利要求1 所述的一种氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的快淬炉腔体压力为0.05 MPa，喷射压力差为0.06~0.12 MPa，辊轮的线速度为5~45m/s。
3.根据权利要求1 所述的一种氮类稀土配合物制备高矫顽力钐铁氮磁体的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的氮化温度为400~500℃，氮化时间为6~12小时。
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