CN112802650B - 钐钴磁体及其制备方法和钛的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛在提高钐钴磁体耐腐蚀性中的用途，所述钐钴磁体为Sm2Co17型磁体，其含有：钐24～28wt％、钴45～55wt％、铁10～18wt％，和钛1～5wt％。钛能够有效地提高Sm2Co17型磁体的耐腐蚀性，且对磁体的磁性能影响小。本发明还公开了一种钐钴磁体及其制备方法。

Description

钐钴磁体及其制备方法和钛的用途
技术领域
本发明涉及一种钐钴磁体及其制备方法，还涉及一种钛的用途。
背景技术
Sm2Co17型钐钴磁体虽然具有较好的抗腐蚀能力，但是仍不能满足人们的需求。例如在深井作业或石油开采时，其环境中湿度大，且酸碱度高；应用于高空时，环境压力大、温度低、温差大且容易受到酸碱气流等恶劣条件的影响，这对Sm2Co17型钐钴磁体提出了更高的抗腐蚀性能的要求。目前，常用的方法是对Sm2Co17型钐钴磁体表面增加耐腐蚀的金属或树脂镀层。电镀处理需要使用各种镀层原料、酸碱洗液及辅助材料等，这样不仅增加了成本，也会对环境产生不利的影响。
CN106531383A公开了一种钐钴合金材料，其化学原子计量式为Sm(Co1-a-b-c- dFeaCubZrcTMd)z，TM为Mn、Cr、V、Ti、Sc、Nb、Ta、Mo、W中的至少一种，其中0≤a≤0.25，0≤b≤0.15，0≤c≤0.04，0＜d≤0.15，6.8≤z≤8.5。该钐钴合金材料旨在降低钐钴合金的破氢压力。
CN108305735A公开了一种高电阻率烧结钐钴用磁材料，其化学式为Sm(Co1-a-b- cFeaCubZrcMy)z；其中，M为高电阻率元素，选自In、Ga、Si、Ti、Na、Zr、B、Ca、Mg、Ge、Sn和Bi中的一种或两种以上元素的组合；0＜a＜0.5，0＜b＜0.15，0＜c≤0.025，0＜y≤0.04，6.5＜z＜8.5。该钐钴用磁材料并非2:17型钐钴合金，且其旨在提高钐钴用磁材料的电阻率。
CN108335813A公开了一种钐钴永磁体，其主相元素包括钐25～27wt％，钴49～51wt％，铜5～6.5wt％，锆3～3.5wt％，铁15～18wt％，钛含量不超过0.2wt％以及铝含量不超过0.2wt％。该钐钴永磁体中钛含量过低，耐腐蚀性能较差。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种钛在提高钐钴磁体耐腐蚀性中的用途，钛能够有效地提高Sm2Co17型磁体的耐腐蚀性，且对磁体的磁性能影响小。本发明的另一个目的在于提供一种钐钴磁体，其耐腐蚀性能好。进一步地，本发明的钐钴磁体具有优良的磁性能。本发明的再一个目的在于提供一种钐钴磁体的制备方法。
一方面，本发明提供了一种钛在提高钐钴磁体耐腐蚀性中的用途，所述钐钴磁体为Sm2Co17型磁体，其含有：
Figure BDA0002871541720000021
根据本发明的用途，优选地，所述钐钴磁体中还含有：
铜 4～10wt％，和
锆 2～7wt％。
根据本发明的用途，优选地，所述钐钴磁体中含有：
Figure BDA0002871541720000022
Figure BDA0002871541720000031
根据本发明的用途，优选地，所述钐钴磁体由如下成分组成：
Figure BDA0002871541720000032
以上成分的重量百分比之和为100wt％。
另一方面，本发明提供了一种钐钴磁体，所述钐钴磁体为Sm2Co17型磁体，其含有：
Figure BDA0002871541720000033
根据本发明的钐钴磁体，优选地，所述钐钴磁体中还含有：
铜 4～10wt％，和
锆 2～7wt％。
根据本发明的钐钴磁体，优选地，所述钐钴磁体中含有：
Figure BDA0002871541720000034
根据本发明的钐钴磁体，优选地，所述钐钴磁体，由如下成分组成：
Figure BDA0002871541720000041
以上成分的重量百分比之和为100wt％。
根据本发明的钐钴磁体，优选地，所述钐钴磁体中含有Fe2TiO5晶相。
再一方面，本发明提供了上述钐钴磁体的制备方法，包括如下步骤：
(1)根据磁体成分提供磁体原料，对磁体原料进行熔炼，使熔炼后的磁体原料形成母合金；
(2)将熔炼得到的母合金破碎成合金粉末；
(3)将合金粉末混料，使粉料的粒径更加均匀一致；
(4)在取向磁场的作用下，将混料后的合金粉末压制成坯体，然后经过等静压形成生坯；
(5)将生坯烧结定型，固溶处理，形成烧结磁体；
(6)将烧结磁体进行时效处理，得到钐钴磁体。
本发明通过在Sm2Co17型磁体中加入钛元素，改变了Sm2Co17型磁体的主相晶际结构，扩展增生了Fe2TiO5相，使晶相沉淀硬化，且对胞壁产生钉扎效应，从而提高了Sm2Co17型磁体的耐腐蚀性。在Sm2Co17型磁体中钛的含量达到1～5wt％时，能够在Sm2Co17型磁体的表面形成致密的钛的氧化物，这使得Sm2Co17型磁体的耐腐蚀性能进一步提高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述的“真空”，是指绝对真空度为小于等于0.1Pa，优选为小于等于0.01Pa，更优选为小于等于0.001Pa。在本发明中，绝对真空度的数值越小，表示真空度越高。
本发明所述的“平均粒径”是指D50粒度，其表示粒度分布曲线中累积分布为50％时的最大颗粒的等效直径。
本发明所述的“惰性气氛”，是指不与磁体发生反应，并且不影响其磁性的气氛。在本发明中，所述“惰性气氛”包括由氮气或惰性气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气)形成的气氛。
<钛的用途>
本发明提供了一种钛在提高钐钴磁体耐腐蚀性中的用途。所述的钐钴为Sm2Co17型磁体。耐腐蚀性是指金属材料抵抗周围介质腐蚀破坏作用的能力。在本发明中，耐腐蚀性包括但不限于耐酸碱性、耐潮湿性、耐氧化性。优选地，本发明提供了一种钛在提高钐钴磁体耐潮湿性中的用途。
本发明的钐钴磁体中含有钐、钴、铁和钛。钐钴磁体中还可以含有重稀土元素，重稀土元素可以选自Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或多种。优选地，钐钴磁体中含有钐、钴、铁、铜、锆和钛。更优选地，钐钴磁铁由钐、钴、铁、铜、锆和钛组成。钐、钴、铁、铜、锆和钛的重量百分比之和为100wt％。当然钐钴磁铁中可以存在不可避免的杂质。
在本发明的钐钴磁体中，钛的含量可以为1～5wt％；优选为1～3wt％；更优选为1～2wt％。钛的加入改变了Sm2Co17型磁体的主相晶际结构，扩展增生了Fe2TiO5相，使晶相沉淀硬化，且对胞壁产生钉扎效应，从而提高了Sm2Co17型磁体的耐腐蚀性。上述含量的钛能够在磁体的表面形成致密的钛的氧化物以达到更好的耐腐蚀效果。钛含量过多会影响磁体的磁性能。
在本发明的钐钴磁体中，钐的含量可以为24～28wt％；优选为24～27wt％；更优选为24～26wt％。钴的含量可以为45～55wt％；优选为46～50wt％；更优选为47～49wt％。铁的含量可以为10～18wt％；优选为14～17wt％；更优选为16～17wt％。铜的含量可以为4～10wt％；优选为4～8wt％；更优选为4～7wt％。锆的含量可以为2～7wt％；优选为2～5wt％；更优选为2～4wt％。这样可以提高钐钴磁体的耐腐蚀性和磁性能。
根据本发明的一个实施方式，钐钴磁体中含有：
Figure BDA0002871541720000061
根据本发明的再一个实施方式，钐钴磁体中含有：
Figure BDA0002871541720000062
根据本发明的又一个实施方式，钐钴磁体中含有：
Figure BDA0002871541720000071
<钐钴磁体>
本发明的钐钴磁体为Sm2Co17型磁体，其含有钐、钴、铁和钛。钐钴磁体中还可以含有重稀土元素，重稀土元素可以选自Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或多种。优选地，钐钴磁体中含有钐、钴、铁、铜、锆和钛。更优选地，钐钴磁铁由钐、钴、铁、铜、锆和钛组成。钐、钴、铁、铜、锆和钛的重量百分比之和为100wt％。当然钐钴磁铁中可以存在不可避免的杂质。
钛的加入改变了Sm2Co17型磁体的主相晶际结构，扩展增生了Fe2TiO5相，使晶相沉淀硬化，且对胞壁产生钉扎效应，从而提高了Sm2Co17型磁体的耐腐蚀性。因此，本发明的钐钴磁体中含有Fe2TiO5晶相。
在本发明的钐钴磁体中，钛的含量可以为1～5wt％；优选为1～3wt％；更优选为1～2wt％。这样能够在磁体的表面形成致密的钛的氧化物以达到更好的耐腐蚀效果。钛含量过多会影响磁体的磁性能。
在本发明的钐钴磁体中，钐的含量可以为24～28wt％；优选为24～27wt％；更优选为24～26wt％。钴的含量可以为45～55wt％；优选为46～50wt％；更优选为47～49wt％。铁的含量可以为10～18wt％；优选为14～17wt％；更优选为16～17wt％。铜的含量可以为4～10wt％；优选为4～8wt％；更优选为4～7wt％。锆的含量可以为2～7wt％；优选为2～5wt％；更优选为2～4wt％。这样可以提高钐钴磁体的耐腐蚀性和磁性能。
根据本发明的一个实施方式，钐钴磁体中含有：
Figure BDA0002871541720000081
根据本发明的再一个实施方式，钐钴磁体中含有：
Figure BDA0002871541720000082
根据本发明的又一个实施方式，钐钴磁体中含有：
Figure BDA0002871541720000083
<钐钴磁体的制备方法>
本发明的钐钴磁体的制备方法包括如下步骤：(1)熔炼步骤；(2)制粉步骤；(3)混料步骤；(4)磁场成型及等静压步骤；(5)烧结固溶步骤；和(6)时效处理步骤。
熔炼步骤
在熔炼步骤中，根据磁体成分提供磁体原料，对磁体原料进行熔炼，使熔炼后的磁体原料形成母合金。为了防止磁体原料以及由其制得的母合金被氧化，熔炼最好在真空或惰性气氛中进行。熔炼优选采用铸锭工艺或速凝片工艺。铸锭工艺是将熔炼后的磁体原料冷却凝固并制成母合金。速凝片工艺是将熔炼后的磁体原料迅速冷却凝固并甩成母合金。本发明的熔炼可以在高真空高频感应炉中进行。熔炼温度可以为1100～1600℃，优选为1450～1500℃。本发明的母合金厚度可以为0.01～5mm，优选地为0.1～1mm，更优选地为0.25～0.35mm；含氧量为2000ppm以下，优选为1500ppm以下，更优选为1200ppm以下。根据本发明的一个具体实施方式，将磁体原料混合熔炼，熔炼完成后在1450～1460℃下继续保温3～5min，然后浇入模具内，冷却得到母合金。熔炼可以在真空高频感应炉中进行。
制粉步骤
在制粉步骤中，将熔炼得到的母合金破碎成合金粉末。为了防止母合金以及由其破碎制得的粗粉及合金粉末被氧化，制粉最好在真空或惰性气氛中进行。制粉工艺优选包括如下粗破碎工序和磨粉工序。粗破碎工序为将母合金破碎成颗粒；磨粉工序为将由粗破碎工序得到的颗粒磨成合金粉末。
粗破碎工序可以采用机械破碎工艺。机械破碎工艺是使用机械破碎装置将母合金破碎成颗粒；所述机械破碎装置可以选自颚式破碎机或锤式破碎机。粗破碎工序可以分为两步进行，第一步将母合金破碎成较大的粗粒，然后再将粗粒进一步细化为粒径较小的颗粒。粗粒的平均粒径为10mm以下，优选为8mm以下，更优选为7mm以下。颗粒的平均粒径为5mm以下，优选为2mm以下，更优选为500μm以下。
磨粉工序采用球磨工艺和/或气流磨工艺。球磨工艺是采用机械球磨装置将所述粗粉破碎成合金粉末。所述机械球磨装置可以选自滚动球磨、振动球磨或高能球磨。气流磨工艺是利用气流使粗粉加速后相互碰撞而破碎。所述气流可以为氮气流，优选为高纯氮气流。所述高纯氮气流中N2含量可以在99.0wt％以上，优选在99.9wt％以上。所述气流的压力可以为0.1～2.0MPa，优选为0.5～1.0MPa，更优选为0.6～0.7MPa。由磨粉工艺得到的合金粉末的平均粒径为3～5μm，优选为3.5～4.5μm，更优选为3.5～4μm。通过调整气流磨分选轮转速，可以获得合适粒径的合金粉末。
混料步骤
在混料步骤中，将得到的合金粉末进一步混合，使粉料的粒径更加均匀一致。混料时间可以为180～240min；优选为190～230min；更优选为210～230min。
磁场成型及等静压步骤
在磁场成型及等静压步骤中，在取向磁场的作用下，将混料后的合金粉末压制成坯体，然后经过等静压形成生坯。为了防止混合物被氧化，磁场成型及等静压步骤最好在真空或惰性气氛中进行。
磁粉压制工艺优选采用模压压制工艺。取向磁场方向与磁粉压制方向相互平行取向或相互垂直取向。取向磁场的强度没有特别的限制，可视实际需要而定。根据本发明优选的实施方式，取向磁场的强度为至少1特斯拉(T)，优选为至少1.5T，更优选为2T以上。压力可以为3MPa以上，优选为3.5MPa以上，更优选为5MPa以上。磁场成型所得坯体的密度可以为3.8～4.5g/cm3，优选为3.9～4.2g/cm3。
等静压压制工艺可以在等静压机中进行。将所述坯体用塑料袋包裹，抽真空，然后在等静压设备中进行冷等静压，压力可以为15～24MPa，优选为16～23MPa，更优选为18～20MPa。压制时间可以为10～30s，优选为15～25s。等静压步骤所得生坯的密度可以为4.8～5.4g/cm3，优选为5～5.3g/cm3。
烧结固溶步骤
在烧结固溶步骤中，将生坯烧结定型，固溶处理，形成烧结磁体。为了防止生坯被氧化，烧结固溶步骤最好在真空或惰性气氛中进行，且在真空烧结炉中进行。烧结固溶步骤的真空度可以为低于1.0Pa，优选为低于0.5Pa，更优选为低于0.2Pa。烧结温度可以为1100～1300℃，优选为1150～1250℃，更优选为1210～1230℃；烧结时间可以为0.5～1小时，优选为0.6～1小时，更优选为0.8～1小时。固溶温度可以为1100～1300℃，优选为1150～1250℃，更优选为1180～1200℃；固溶处理时间可以为2～6小时，优选为3～6小时，更优选为3～5小时。固溶处理后，将磁体快速风冷至20～30℃，形成烧结磁体。
时效处理步骤
为了防止烧结稀土磁体被氧化，时效处理最好在真空或惰性气氛中进行。时效处理的温度可以为300～900℃，优选为400～550℃；时效处理的时间可以为5～28小时，优选为8～26小时，更优选为10～25小时。根据本发明的一个实施方式，将烧结磁体升温至800～850℃，优选为800～830℃；保温10～20h，优选为10～15h；以0.5～0.8℃/min，优选为0.5～0.6℃/min冷却至350～450℃，优选为350～400℃；保温4～10h，优选为5～8h，；并风冷至20～30℃，得到钐钴磁体。
根据本发明的一个实施方式，将磁体原料形成混合均匀的合金粉末；将合金粉末在磁场压机中取向成型，获得密度为3.8～4.5g/cm3的坯体；将所述坯体用塑料袋包裹，抽真空，然后在等静压设备中进行冷等静压，在15～24MPa下压制10～30s，得到密度为4.8～5.4g/cm3的生坯；将所述生坯置于真空烧结炉内，抽真空至真空度≤0.2Pa，逐渐升温，并在1210～1230℃烧结0.5～1h，然后冷却至1200～1180℃，固溶处理2～6h，并快速风冷至20～30℃；升温至800～850℃，保温10～20h，以0.5～0.8℃/min冷却至350～450℃，保温4～10h，并风冷至20～30℃，得到所述钐钴磁体。
下面介绍本发明所得磁体的测试方法。
磁性能：将钐钴磁体制成D10×10mm的标准样柱，饱和充磁，在中国科学计量研究院NIM-2000BHTracer检测系统中测试磁性能。
HAST耐腐蚀性试验：将实施例1和比较例1的钐钴磁体分别制成D10.8×1.5mm的柱状样品和40×40×4mm的块状样品，将实施例6和比较例2的钐钴磁体制成59×30×12mm的块状样品，将样品进行HAST耐腐蚀性试验，试验条件为：温度130℃，湿度95％，压力2.7atm，时间72h，测试结束后观察样品表面是否有腐蚀现象。
实施例1～10和对比例1～2
熔炼：按照表1的配方，将钐、钴、铁、铜、锆和钛(若有)原料在高真空高频感应炉中熔炼，熔炼完成后在1460℃下保温5min，然后浇入模具内，冷却得到钐钴合金。
制粉：将钐钴合金在鄂式破碎机里机械破碎成10mm以下(例如7mm)的粗粒，然后再进一步细化为5mm以下(例如500μm)的颗粒，然后经高压气流磨磨料，得到平均粒径为3.5μm的合金粉末。
混料：将合金粉末混料210min，使合金粉末的粒径更加均匀一致。
磁场成型及等静压：将混料后的合金粉末在磁场压机中取向成型，得到密度为4g/cm3的坯体。将坯体用塑料袋包裹，抽真空，然后在高压等静压设备里进行冷等静压，在20MPa下保压25s，得到密度为5g/cm3的生坯。
烧结固溶：将生坯装入真空烧结炉内，抽真空至真空度为0.1Pa，逐渐升温，在1220℃保温1h，然后冷却至1180℃，固溶处理3h，并快速风冷至室温。
时效处理：升温至800℃，保温15h，以0.6℃/min冷却至400℃，保温6h，并风冷至室温，得到钐钴磁体。所得磁体的磁性能参见表2，耐腐蚀性能参见表3。
表1
编号 钐/wt％ 钴/wt％ 铁/wt％ 铜/wt％ 锆/wt％ 钛/wt％
实施例1 25.4 49.5 15.3 5.9 2.9 1.0
实施例2 25.4 49.3 15.0 5.9 2.9 1.5
实施例3 25.2 49.3 14.7 5.9 2.9 2.0
实施例4 25.2 49.1 14.5 5.9 2.9 2.5
实施例5 25.2 48.6 14.5 5.9 2.9 3.0
对比例1 25.6 50.29 15.30 5.9 2.91 --
实施例6 25.2 48.2 16.9 5.9 2.9 1.0
实施例7 25.2 48.2 16.5 5.8 2.8 1.5
实施例8 25.1 47.8 16.5 5.8 2.8 2.0
实施例9 25.1 47.5 16.3 5.8 2.8 2.5
实施例10 25.0 47.5 15.9 5.8 2.8 3.0
比较例2 25.5 48.84 16.85 5.88 2.93 --
表2
编号 Br/kGs Hcb/kOe Hcj/kOe (BH)max/MGOe Hk/kOe Hk/Hcj
实施例1 10.78 10.27 29.71 27.95 22.35 75.2％
实施例2 10.75 10.24 29.52 27.79 22.01 74.6％
实施例3 10.72 10.22 29.43 27.74 21.50 73.1％
实施例4 10.68 10.16 29.12 27.47 21.04 72.3％
实施例5 10.64 10.10 28.65 27.19 20.31 70.9％
比较例1 10.75 10.30 29.42 27.86 21.53 73.2％
实施例6 11.08 10.50 29.78 29.31 20.90 70.2％
实施例7 11.04 10.45 29.56 29.04 20.14 68.1％
实施例8 10.98 10.38 29.41 28.71 19.36 65.8％
实施例9 10.93 10.31 29.26 28.41 18.49 63.2％
实施例10 10.88 10.25 28.64 28.10 17.79 62.1％
比较例2 11.06 10.49 29.55 29.15 18.89 63.9％
表3
Figure BDA0002871541720000141
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (3)

1.一种钛在提高钐钴磁体耐潮湿性中的用途，其特征在于，所述钐钴磁体为Sm2Co17型磁体，所述钐钴磁体中含有Fe2TiO5晶相；所述钐钴磁体含有：
Figure FDA0003908943200000011
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述钐钴磁体中含有：
Figure FDA0003908943200000012
3.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述钐钴磁体由如下成分组成：
Figure FDA0003908943200000013
以上成分的重量百分比之和为100wt％。
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