CN109273184B - 一种低成本耐腐蚀的单晶磁粉及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本耐腐蚀的单晶磁粉及其制备方法与应用，属稀土永磁材料技术领域。该磁粉的组成成分为(Sm1‑αR1α)aT100‑a‑b‑c‑d‑vM1bCucZndNv。R1为La、Ce、Pr、Nd和Y中的至少一种，0.1<α<0.6；5≤a≤20；T为铁或者为铁和钴；M1为Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mn、Mo和W中至少一种，0.1≤b≤5；0.1≤c≤5；0.1≤d≤20；0.5≤v≤20。上述磁粉成本较低并具有较高的磁化强度、矫顽力、抗氧化性和耐蚀性。制备包括：制备氮化物原料磁粉，然后进行镀锌处理。该方法简单，所得磁粉可用于制备各向异性粘结永磁材料等。

Description

一种低成本耐腐蚀的单晶磁粉及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于稀土永磁材料技术领域，且特别涉及一种低成本耐腐蚀的单晶磁粉及其制备方法与应用。
背景技术
目前，稀土永磁作为现代社会中重要的基础材料，在计算机、汽车、仪器、仪表、家用电器、石油化工、医疗保健、航空航天等行业中广泛应用。
其中，Sm2Fe17Nx与Nd(Fe,M)12Nx被认为是下一代稀土永磁的候选者。Sm元素属于较稀缺的资源，全球产量有限，若大量生产Sm2Fe17N3永磁材料，将造成Sm元素供应紧张。直接使用La、Ce等廉价、高丰度稀土元素直接替代Sm会严重降低磁粉的矫顽力。因此，需要研究一种新的制备工艺，改善磁粉表面微结构，使用La、Ce等高丰度稀土元素替代Sm的同时保持较高的磁化强度、矫顽力、抗氧化性和耐蚀性。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种低成本耐腐蚀的单晶磁粉，该低成本耐腐蚀的单晶磁粉成本较低并具有较高的磁化强度、矫顽力、抗氧化性和耐蚀性。
本发明的目的之二在于提供一种上述低成本耐腐蚀的单晶磁粉的制备方法，该方法操作简单，不仅有利于制备得到性能较优的低成本耐腐蚀的单晶磁粉，还适于工业化生产。
本发明的目的之三在于提供一种上述低成本耐腐蚀的单晶磁粉的应用，例如可将其用于制备各向异性粘结永磁材料及各向异性烧结磁体。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出一种低成本耐腐蚀的单晶磁粉，该低成本耐腐蚀的单晶磁粉以原子百分比表示的组成成分为：(Sm1-αR1α)aT100-a-b-c-d-vM1bCucZndNv。
其中，R1为La、Ce、Pr、Nd和Y中的至少一种，0.1<α<0.6；5≤a≤20；T为铁或者为铁和钴；M1为Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mn、Mo和W中至少一种，0.1≤b≤5；0.1≤c≤5；0.1≤d≤20；0.5≤v≤20。
本发明还提出一种由上述低成本耐腐蚀的单晶磁粉的制备方法，包括以下步骤：
制备氮化物原料磁粉，然后进行镀锌处理。
制备氮化物原料磁粉包括：以金属元素Sm、R1、T、M1和Cu作为原料按照(Sm1-αR1α)aT100-a-b-c-d-vM1bCucZndNv中除了Zn和N以外的元素比例配料，熔炼并铸成铸片，然后依次进行第一次热处理、氢化处理、脱氢处理、制粉以及氮化。
镀锌处理包括：于氩气保护下，混合金属Zn粉与氮化物原料磁粉，然后进行第二次热处理和第三次热处理。
优选地，金属Zn粉的平均粒径为0.5-8μm，氧含量低于1wt％。
优选地，金属Zn粉与氮化物原料磁粉的重量比为2-15：100。
本发明还提出一种上述低成本耐腐蚀的单晶磁粉的应用，例如可将其用于制备各向异性粘结永磁材料及各向异性烧结磁体。
本发明较佳实施例提供的低成本耐腐蚀的单晶磁粉及其制备方法与应用的有益效果包括：
本发明较佳实施例提供的低成本耐腐蚀的单晶磁粉成本较低并具有较高的磁化强度、矫顽力、抗氧化性和耐蚀性。其制备方法操作简单，不仅有利于制备得到性能较优的低成本耐腐蚀的单晶磁粉，还适于工业化生产。所得的低成本耐腐蚀的单晶磁粉可用于制备各向异性粘结永磁材料及各向异性烧结磁体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的低成本耐腐蚀的单晶磁粉及其制备方法与应用进行具体说明。
本申请提供的低成本耐腐蚀的单晶磁粉以原子百分比表示的组成成分为(Sm1-αR1α)aT100-a-b-c-d-vM1bCucZndNv。
其中，R1为La、Ce、Pr、Nd和Y中的至少一种，0.1<α<0.6；5≤a≤20；T为铁或者为铁和钴；M1为Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mn、Mo和W中至少一种，0.1≤b≤5；0.1≤c≤5；0.1≤d≤20；0.5≤v≤20。
上述低成本耐腐蚀的单晶磁粉经氮化物原料磁粉制备以及镀锌处理而得。其中，氮化物原料磁粉由母合金磁粉氮化而得，母合金磁粉由第一类相、第二类相和第三类相组成。
其中，第一类相是由稀土元素Sm、R1及过渡金属元素T和M1组成并具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构的主相。第一类相的组成原子占母合金磁粉的80-99at％。该主相的作用主要是为低成本耐腐蚀的单晶磁粉提供磁性能。
第二类是富稀土辅助相，富稀土辅助相包含两种相，一种是非磁性相RCu；另一种是R(T,M1)2相或者R(T,M1)3相；上述非磁性相RCu、R(T,M1)2相及R(T,M1)3相中的R由稀土元素Sm和R1组成。
在本申请中，上述非磁性相RCu的熔点低于720℃，R(T,M1)2相的熔点低于900℃，R(T,M1)3相的熔点低于1000℃。
在一些实施方式中，非磁性相RCu(也即(Sm,R1)Cu)的组成原子占母合金磁粉的0.2-10at％，和/或R(T,M1)2(也即(Sm,R1)(T,M1)2)相的组成原子或R(T,M1)3(也即(Sm,R1)(T,M1)3)相的组成原子占母合金磁粉的0.2-5at％。
第三类相包括Sm、R1的氧化物以及难以避免的杂质。在制备低成本耐腐蚀的单晶磁粉的过程中应尽量减少第三类相。
值得说明的是，本申请中，Sm元素在主相中偏聚，La、Ce元素在富稀土辅助相中偏聚。这种稀土元素偏聚现象有助于利用Sm元素提高磁粉矫顽力，而利用La、Ce降低富稀土相的熔点和脱氢温度。
在一些实施方式中，稀土元素中10-60at％的Sm可用R1替代。
上述低成本耐腐蚀的单晶磁粉的制备方法例如可以包括以下步骤：制备氮化物原料磁粉，然后进行镀锌处理。
其中，制备氮化物原料磁粉可包括以下步骤：
熔炼母合金并铸成铸片。具体的，以金属元素Sm、R1、T、M1和Cu作为原料，按照氮化物磁粉中除Zn和N以外的化学式配比(Sm1-αR1α)aT100-a-b-c-d-vM1bCuc配料，在氩气保护下感应熔炼母合金，熔体使用速度为2-20m/s的水冷铜辊铸成铸片。
在一些实施方式中，速凝铸锭技术制备铸片时，例如可将铜辊的表面线速度范围控制在2-20m/s，将所得铸片的厚度控制在50μm-500μm之间，由此能够得到具有以下特征的显微组织铸片：由Sm、R1、T和M1元素组成的主相具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构，晶粒尺寸为0.2-5μm；富稀土辅助相均匀分布在主相晶粒间，尺寸为0.01-1.5μm。
进一步地，将所得的主合金铸片进行第一次热处理。在一些实施方式中，第一次热处理可以将主合金于700-1000℃以及氩气保护下进行5-120min。上述氩气优选为高纯度氩气，其纯度优选大于99.9999％。
通过对所得的主合金铸片进行第一次热处理，一方面能够消除原主合金铸片中未能反应完全的α-Fe等杂相；另一方面能够调节主相的晶粒尺寸至2-10μm，减少主相晶粒上尖锐的边角。同时，还能消除快速冷却产生的亚稳相，形成稳定的主相和富稀土辅助相，并且富稀土辅助相依然均匀分布在主相晶粒间，其尺寸大致为0.1-2μm。
接着，将第一次热处理后的铸片进行氢化处理。可参考地，氢化处理可以于25-450℃的H2中处理60-300min，H2的压力为1个大气压。通过氢化处理，能使母合金发生吸氢反应，晶格膨胀，促使发生沿晶断裂，降低晶界结合力。
氢化处理后进行脱氢处理。可参考地，脱氢处理例如可以于真空中在400-550℃的条件下进行，以脱除母合金中的氢原子。
脱氢处理后进行制粉。可参考地，制粉可以通过低能球磨或气流磨破碎，以使合金发生沿晶断裂，制备表面缺陷少的单晶磁粉。
进一步地，对所得的单晶磁粉进行氮化。可参考地，氮化可以于400-500℃的氮气、氨气、氮气-氢气以及氨气-氢气等氮源中处理5-30h。上述氮源优选为高纯度氮气，其纯度优选大于99.9999％。
通过氮化反应，氮原子进入主相，促使Th2Zn17或者Th2Ni17型Sm-Fe基化合物从易基面磁化转变成易c轴磁化的化合物。在一些优选的实施方式中，氮化反应可在安装有搅拌装置的旋转炉体中进行，以便均匀氮化磁粉。
镀锌处理可以包括：于氩气保护下，混合金属Zn粉与氮化物原料磁粉，然后进行第二次热处理和第三次热处理。
在一些实施方式中，金属Zn粉的平均粒径可以为0.5-8μm，氧含量低于1wt％。
在一些实施方式中，金属Zn粉与氮化物原料磁粉的重量比为2-15：100。
具体的，可将金属Zn粉作为蒸发源加入氮化物原料磁粉中，然后在氩气保护下用混料机将二者混合，从而使金属Zn蒸发源均匀分布，在蒸镀热处理过程中能均匀地沉积到氮化物原料磁粉颗粒表面。
第二次热处理也称蒸镀热处理，其可以是将混有金属Zn粉的氮化物原料磁粉在真空炉中，于300-415℃的条件下蒸镀1-10h。上述真空炉中充入高纯(纯度优选大于99.999％)氩气，氩气的压力例如可以为1Pa-100kPa。较佳地，可将盛放氮化物原料磁粉的圆柱形炉管以5-50rpm的转速旋转，搅拌磁粉。
通过第二次热处理，使金属Zn蒸发源气化，并沉积到磁粉表面；旋转炉管有助于使Zn粉在一定的范围内移动，减少Zn蒸汽不能到达的死角，使磁粉表面的Zn沉积层更均匀；旋转炉管过程中磁粉颗粒间存在相对移动，减少颗粒间的粘连；同时，旋转炉管搅拌磁粉有助于使炉体内的温度分布更均匀。在蒸镀过程中，优选降低金属Zn与磁粉表面的反应速率。
第三次热处理可以是将第二次热处理后的磁粉在真空炉中，于420-450℃的条件下处理0.5-5h。上述真空炉中充入高纯(纯度优选大于99.999％)氩气，氩气的压力例如可以为100kPa。较佳地，可将盛放氮化物原料磁粉的圆柱形炉管以5-50rpm的转速旋转，搅拌磁粉。
第三次热处理能够使沉积到磁粉表面的金属Zn与磁粉发生反应，清除磁粉表面的α-Fe和氧化层，并使磁粉表面平滑。旋转炉管有助于减少颗粒间的粘连，并使炉体内的温度分布更均匀，使反应均匀进行。
承上，本申请所提供的低成本耐腐蚀的单晶磁粉使用高丰度、价格低的轻稀土La和Ce取代部分Sm，在降低材料的原材料成本的同时还能够保持较高的磁性能。使用轻稀土Pr和Nd取代部分Sm，在保持较高的矫顽力的同时能够提高磁粉的剩磁。
使用La和Ce取代部分Sm后，La和Ce元素在富稀土辅助相中富集，即在富稀土辅助相中La和Ce元素占稀土元素的比例比主相高，在主相中Sm元素占稀土元素的比例比富稀土相高。这种稀土元素偏聚现象有助于利用Sm元素提高磁粉矫顽力，而利用La、Ce降低富稀土相的熔点和脱氢温度。
使用La、Ce、Pr或Nd取代部分Sm后，能够降低富稀土相熔点，并降低脱氢温度。由于La、Ce元素在富稀土辅助相中的富集效应，含有La和Ce元素时降低脱氢温度的效果更明显。更低的富稀土相熔点有助于调节母合金中主相的晶粒尺寸在第一次热处理时的晶粒长大速度，还有利于富稀土相在主相间连续分布，在氢爆处理时提高沿晶断裂的比例，从而提高磁粉颗粒形貌的可调控性。更低的脱氢温度意味着更低的脱氢难度、更少的脱氢能耗及更彻底的脱氢。
本申请中，磁粉表面含有金属Zn的表层厚度优选在100-500nm之间，最优在200-300nm之间。含有金属Zn的表层所占的体积比优选在2％-15％之间，最优在4-10％之间，以兼顾高磁化强度和高矫顽力。
本申请中，所制备的氮化物永磁粉颗粒尺寸优选在2-8μm之间，以使其具有良好的抗氧化性和耐蚀性，并且，该尺寸在的上述磁粉在空气中加热到120℃并保持2h后，其矫顽力和剩磁下降幅度小于10％。
此外，本申请还提供了一种上述低成本耐腐蚀的单晶磁粉的应用，例如可将其用于制备各向异性粘结永磁材料和各向异性烧结磁体。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
用纯度为99.9％的纯Sm、纯Ce、纯Fe、纯Zr和纯Cu金属为原料，按照以下化学式配料：(Sm0.4Ce0.6)11.58Fe86.42Zr1.00Cu1.00(at％)。由于Sm容易挥发，在理论值的基础上多加10％作为补偿。
将配好的金属原料放入感应熔炼炉中在高纯Ar中熔炼。使用感应加热合金至原料完全熔融均匀，这时候熔体的温度约为1550℃，用水冷铜辊速制备成速凝铸片，铜辊表面线速为10m/s。
将铸片置于刚玉坩埚中，在800-1000℃的氩气保护下进行20-30min第一次热处理(具体对应表2中的母合金热处理条件)。冷却后，将铸片置于200℃的H2中处理2h，进行氢爆处理。将炉温调高至510℃，抽真空脱氢处理2h。将经过脱氢处理的铸片使用低能球磨研磨，使用6mm不锈钢珠，球料比为10:1，行星球磨机转速设定为150rpm，研磨时间为2h。
使用高纯氮气在430℃氮化磁粉15h，通过气-固反应将磁粉氮化成(Sm0.4Ce0.6)2Fe17N3。
在上述氮化磁粉中加入2-15wt％的Zn粉，Zn粉的颗粒平均粒径为3μm，在Ar气保护下将两种粉末混合均匀。将混合物置于旋转真空炉中，进行真空镀膜和热处理。蒸镀热处理温度为380℃、Ar气压力为10Pa、炉管旋转速度为10rpm，蒸镀时间5h。蒸镀结束后，将炉体温度调高至430℃，Ar气压力调高至1atm，炉体旋转速度不变，保温1h。
磁粉粒度使用电子显微镜观察。测量并统计视野内的200个磁粉颗粒，使用算术平均值表征粒度。将磁粉和热石蜡按比例混合，经磁场取向后，取向样品使用震动磁强计(VSM)测试。加载磁场方向与样品的易磁化轴平行。磁粉样品磁性能如表1-3所示。
表1不同锌含量(Sm0.4Ce0.6)2Fe17N3镀锌磁粉的磁性能
Figure BDA0001834400910000101
Figure BDA0001834400910000111
表2不同粒度(Sm0.4Ce0.6)2Fe17N3镀锌磁粉的磁性能
Figure BDA0001834400910000112
表3不同锌含量(Sm0.4Ce0.6)2Fe17N3镀锌磁粉在空气中加热到120℃并保持2h前后的磁性能
Figure BDA0001834400910000113
实施例2
用纯度为99.9％的纯Sm、纯Ce、纯Fe、纯Zr和纯Cu金属为原料，按照以下化学式配料：(Sm0.6Ce0.4)11.58Fe86.42Zr1.00Cu1.00(at％)。由于Sm容易挥发，在理论值的基础上多加10％作为补偿。
将配好的金属原料放入感应熔炼炉中在高纯Ar中熔炼。使用感应加热合金至原料完全熔融均匀，这时候熔体的温度约为1550℃，用水冷铜辊速制备成速凝铸片，铜辊表面线速为10m/s。
将铸片置于刚玉坩埚中，在800-1000℃的氩气保护下进行20-30min第一次热处理(具体对应表4中的母合金热处理条件)。
冷却后，将铸片置于200℃的H2中处理2h，进行氢爆处理。将炉温调高至520℃，抽真空脱氢处理2h。将经过脱氢处理的铸片使用低能球磨研磨，使用6mm不锈钢珠，球料比为10:1，行星球磨机转速设定为150rpm，研磨时间为2h。
使用高纯氮气在430℃氮化磁粉15h，通过气-固反应将磁粉氮化成(Sm0.6Ce0.4)2Fe17N3。
在上述氮化磁粉中加入8wt％的Zn粉，Zn粉的颗粒平均粒径为3μm，在Ar气保护下将两种粉末混合均匀。将混合物置于旋转真空炉中，进行真空镀膜和热处理。蒸镀热处理温度为380℃、Ar气压力为10Pa、炉管旋转速度为10rpm，蒸镀时间5h。蒸镀结束后，将炉体温度调高至430℃，Ar气压力调高至1atm，炉体旋转速度不变，保温1h。
磁粉粒度使用电子显微镜观察。测量并统计视野内的200个磁粉颗粒，使用算术平均值表征粒度。将磁粉和热石蜡按比例混合，经磁场取向后，取向样品使用震动磁强计(VSM)测试。加载磁场方向与样品的易磁化轴平行。磁粉样品磁性能如表4-5所示。
表4(Sm0.6Ce0.4)2Fe17N3镀锌磁粉的磁性能
Figure BDA0001834400910000131
表5不同粒度(Sm0.6Ce0.4)2Fe17N3镀锌磁粉在空气中加热到120℃并保持2h前后的磁性能
Figure BDA0001834400910000132
实施例3
用纯度为99.9％的纯Sm、纯Ce、纯Fe、纯Zr和纯Cu金属为原料，按照以下化学式配料：(Sm0.8Ce0.2)11.58Fe86.42Zr1.00Cu1.00(at％)。由于Sm容易挥发，在理论值的基础上多加10％作为补偿。
将配好的金属原料放入感应熔炼炉中在高纯Ar中熔炼。使用感应加热合金至原料完全熔融均匀，这时候熔体的温度约为1550℃，用水冷铜辊速制备成速凝铸片，铜辊表面线速为10m/s。
将铸片置于刚玉坩埚中，在800-1000℃的氩气保护下进行20-30min第一次热处理(具体对应表6中的母合金热处理条件)。
冷却后，将铸片置于200℃的H2中处理2h，进行氢爆处理。将炉温调高至530℃，抽真空脱氢处理2h。将经过脱氢处理的铸片使用低能球磨研磨，使用6mm不锈钢珠，球料比为10:1，行星球磨机转速设定为150rpm，研磨时间为2h。
使用高纯氮气在430℃氮化磁粉15h，通过气-固反应将磁粉氮化成(Sm0.8Ce0.2)2Fe17N3。
在上述氮化磁粉中加入8wt％的Zn粉，Zn粉的颗粒平均粒径为3μm，在Ar气保护下将两种粉末混合均匀。将混合物置于旋转真空炉中，进行真空镀膜和热处理。蒸镀热处理温度为380℃、Ar气压力为10Pa、炉管旋转速度为10rpm，蒸镀时间5h。蒸镀结束后，将炉体温度调高至430℃，Ar气压力调高至1atm，炉体旋转速度不变，保温1h。
磁粉粒度使用电子显微镜观察。测量并统计视野内的200个磁粉颗粒，使用算术平均值表征粒度。将磁粉和热石蜡按比例混合，经磁场取向后，取向样品使用震动磁强计(VSM)测试。加载磁场方向与样品的易磁化轴平行。磁粉样品磁性能如表6-7所示。
表6(Sm0.8Ce0.2)2Fe17N3镀锌磁粉的磁性能
Figure BDA0001834400910000151
表7不同粒度(Sm0.6Ce0.4)2Fe17N3镀锌磁粉在空气中加热到120℃并保持2h前后的磁性能
Figure BDA0001834400910000152
实施例4
用纯度为99.9％的纯Sm、纯Ce、纯Fe、纯Zr和纯Cu金属为原料，按照以下化学式配料：(Sm0.8Nd0.2)11.58Fe86.42Zr1.00Cu1.00(at％)。由于Sm容易挥发，在理论值的基础上多加10％作为补偿。
将配好的金属原料放入感应熔炼炉中在高纯Ar中熔炼。使用感应加热合金至原料完全熔融均匀，这时候熔体的温度约为1550℃，用水冷铜辊速制备成速凝铸片，铜辊表面线速为10m/s。
将铸片置于刚玉坩埚中，在800-1000℃的氩气保护下进行20-30min第一次热处理(具体对应表8中的母合金热处理条件)。
冷却后，将铸片置于200℃的H2中处理2h，进行氢爆处理。将炉温调高至530℃，抽真空脱氢处理2h。将经过脱氢处理的铸片使用低能球磨研磨，使用6mm不锈钢珠，球料比为10:1，行星球磨机转速设定为150rpm，研磨时间为2h。
使用高纯氮气在430℃氮化磁粉15h，通过气-固反应将磁粉氮化成(Sm0.8Nd0.2)2Fe17N3。
在上述氮化磁粉中加入8wt％的Zn粉，Zn粉的颗粒平均粒径为3μm，在Ar气保护下将两种粉末混合均匀。将混合物置于旋转真空炉中，进行真空镀膜和热处理。蒸镀热处理温度为380℃、Ar气压力为10Pa、炉管旋转速度为10rpm，蒸镀时间5h。蒸镀结束后，将炉体温度调高至430℃，Ar气压力调高至1atm，炉体旋转速度不变，保温1h。
磁粉粒度使用电子显微镜观察。测量并统计视野内的200个磁粉颗粒，使用算术平均值表征粒度。将磁粉和热石蜡按比例混合，经磁场取向后，取向样品使用震动磁强计(VSM)测试。加载磁场方向与样品的易磁化轴平行。磁粉样品磁性能如表8-9所示。
表8(Sm0.8Nd0.2)2Fe17N3镀锌磁粉的磁性能
Figure BDA0001834400910000171
表9不同粒度(Sm0.6Ce0.4)2Fe17N3镀锌磁粉在空气中加热到120℃并保持2h前后的磁性能
Figure BDA0001834400910000172
实施例5
用纯度为99.9％的纯Sm、纯Ce、纯Fe、纯Zr和纯Cu金属为原料，按照以下化学式配料：(Sm0.6Ce0.4)11.58Fe86.42Zr1.00Cu1.00(at％)。由于Sm容易挥发，在理论值的基础上多加10％作为补偿。
将配好的金属原料放入感应熔炼炉中在高纯Ar中熔炼。使用感应加热合金至原料完全熔融均匀，这时候熔体的温度约为1550℃，用水冷铜辊速制备成速凝铸片，铜辊表面线速为2m/s。
将铸片置于刚玉坩埚中，在750℃的氩气保护下进行60min第一次热处理。
冷却后，将铸片置于25℃的H2中处理300min，进行氢爆处理。将炉温调高至400℃，抽真空脱氢处理2.5h。将经过脱氢处理的铸片使用低能球磨研磨，使用6mm不锈钢珠，球料比为10:1，行星球磨机转速设定为150rpm，研磨时间为2h。
使用高纯氮气在400℃氮化磁粉30h，通过气-固反应将磁粉氮化成(Sm0.6Ce0.4)2Fe17N3。
在上述氮化磁粉中加入2wt％的Zn粉，Zn粉的颗粒平均粒径为0.5μm，在Ar气保护下将两种粉末混合均匀。将混合物置于旋转真空炉中，进行真空镀膜和热处理。蒸镀热处理温度为300℃、Ar气压力为1Pa、炉管旋转速度为5rpm，蒸镀时间10h。蒸镀结束后，将炉体温度调高至420℃，Ar气压力调高至1atm，炉体旋转速度不变，保温5h。
实施例6
用纯度为99.9％的纯Sm、纯Ce、纯Fe、纯Zr和纯Cu金属为原料，按照以下化学式配料：(Sm0.6Ce0.4)11.58Fe86.42Zr1.00Cu1.00(at％)。由于Sm容易挥发，在理论值的基础上多加10％作为补偿。
将配好的金属原料放入感应熔炼炉中在高纯Ar中熔炼。使用感应加热合金至原料完全熔融均匀，这时候熔体的温度约为1550℃，用水冷铜辊速制备成速凝铸片，铜辊表面线速为20m/s。
将铸片置于刚玉坩埚中，在1000℃的氩气保护下进行20min第一次热处理。
冷却后，将铸片置于450℃的H2中处理60min，进行氢爆处理。将炉温调高至550℃，抽真空脱氢处理1.5h。将经过脱氢处理的铸片使用低能球磨研磨，使用6mm不锈钢珠，球料比为10:1，行星球磨机转速设定为150rpm，研磨时间为2h。
使用高纯氮气在500℃氮化磁粉5h，通过气-固反应将磁粉氮化成(Sm0.6Ce0.4)2Fe17N3。
在上述氮化磁粉中加入15wt％的Zn粉，Zn粉的颗粒平均粒径为8μm，在Ar气保护下将两种粉末混合均匀。将混合物置于旋转真空炉中，进行真空镀膜和热处理。蒸镀热处理温度为415℃、Ar气压力为100kPa、炉管旋转速度为50rpm，蒸镀时间1h。蒸镀结束后，将炉体温度调高至450℃，Ar气压力调高至1atm，炉体旋转速度不变，保温0.5h。
用与实施例1-4相同的检测方法，其结果显示实施例5和实施例6所得的低成本耐腐蚀的单晶磁粉也具有良好的磁化强度、矫顽力、抗氧化性和耐蚀性。使用La、Pr、Nd、Y元素替代Sm也有类似上述实施案例的良好效果。
综上所述，本申请提供的低成本耐腐蚀的单晶磁粉成本较低并具有较高的磁化强度、矫顽力、抗氧化性和耐蚀性。同时，还要具有降低富稀土相熔点、降低脱氢温度、提高稀土元素利用率等积极的技术效果。其制备方法操作简单，不仅有利于制备得到性能较优的低成本耐腐蚀的单晶磁粉，还适于工业化生产。所得的低成本耐腐蚀的单晶磁粉可用于制备各向异性粘结永磁材料和各向异性烧结磁体。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (12)

1.一种低成本耐腐蚀的单晶磁粉，其特征在于，所述低成本耐腐蚀的单晶磁粉以原子百分比表示的组成成分为：(Sm1-αR1α)aT100-a-b-c-d-vM1bCucZndNv；
其中，R1为La、Ce、Pr、Nd和Y中的至少一种，0.1<α<0.6；5≤a≤20；T为铁或者为铁和钴；M1为Si、Al、Ni、Ti、V、Cr、Zr、Hf、Nb、Ta、Mn、Mo和W中至少一种，0.1≤b≤5；0.1≤c≤5；0.1≤d≤20；0.5≤v≤20；
所述低成本耐腐蚀的单晶磁粉经氮化物原料磁粉制备以及镀锌处理而得；所述氮化物原料磁粉在制备过程中包括对除了Zn和N以外的元素熔炼后于700-1000℃以及氩气保护下第一次热处理5-120min；
所述单晶磁粉表面含有金属Zn的表层的厚度为100-500nm。
2.根据权利要求1所述的低成本耐腐蚀的单晶磁粉，其特征在于，所述氮化物原料磁粉由母合金磁粉氮化而得，所述母合金磁粉由第一类相、第二类相和第三类相组成；
所述第一类相是由稀土元素Sm、R1、T和M1组成并具有Th2Zn17或者Th2Ni17型结构的主相；
所述第二类是富稀土辅助相，所述富稀土辅助相包含两种相，一种为非磁性相RCu；另一种为R(T,M1)2相或者R(T,M1)3相；所述非磁性相RCu、所述R(T,M1)2相及所述R(T,M1)3相中的R由稀土元素Sm和R1组成；
所述第三类相包括Sm、R1的氧化物以及难以避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的低成本耐腐蚀的单晶磁粉，其特征在于，所述第一类相的组成原子占所述母合金磁粉的80-99at%；
或，所述非磁性相RCu的组成原子占所述母合金磁粉的0.2-10at%；
或，所述R(T,M1)2或者R(T,M1)3相的组成原子占所述母合金磁粉的0.2-5at%。
4.根据权利要求2所述的低成本耐腐蚀的单晶磁粉，其特征在于，Sm元素在所述主相中偏聚，La、Ce元素在所述富稀土辅助相中偏聚。
5.根据权利要求2所述的低成本耐腐蚀的单晶磁粉，其特征在于，所述非磁性相RCu的熔点低于720℃，所述R(T,M1)2相的熔点低于900℃，所述R(T,M1)3相的熔点低于1000℃。
6.根据权利要求1所述的低成本耐腐蚀的单晶磁粉，其特征在于，稀土元素中10-60at%的Sm用R1替代。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的低成本耐腐蚀的单晶磁粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备氮化物原料磁粉，然后进行镀锌处理；
制备氮化物原料磁粉包括：以金属元素Sm、R1、T、M1和Cu作为原料按照(Sm1-αR1α)aT100-a-b-c-d-vM1bCucZndNv中除了Zn和N以外的元素比例配料，熔炼并铸成铸片，然后依次进行第一次热处理、氢化处理、脱氢处理、制粉以及氮化；
镀锌处理包括：于氩气保护下，混合金属Zn粉与所述氮化物原料磁粉，然后进行第二次热处理和第三次热处理；
第一次热处理是将所述铸片于700-1000℃以及氩气保护下进行5-120min；
第二次热处理是将混有所述金属Zn粉的所述氮化物原料磁粉于300-415℃的条件下蒸镀1-10h；
第三次热处理是将第二次热处理后的磁粉于420-450℃的条件下处理0.5-5h。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述金属Zn粉的平均粒径为0.5-8μm，氧含量低于1wt%。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述金属Zn粉与所述氮化物原料磁粉的重量比为2-15：100。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，脱氢处理的温度为400-550℃。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述单晶磁粉表面含有金属Zn的表层的厚度为200-300nm。
12.一种如权利要求1-6任一项所述的低成本耐腐蚀的单晶磁粉的应用，其特征在于，所述低成本耐腐蚀的单晶磁粉用于制备各向异性粘结永磁材料及各向异性烧结磁体。
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