CN1254338C - 一种还原扩散法制造Sm－Fe－N永磁合金粉末的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种采用还原扩散法制造Sm-Fe-N永磁合金粉末的方法。工艺流程为：原材料选择及预处理→反应物的配比→反应物混合→金属热还原与扩散合金化→反应产物化学分离→金属粉末的脱水干燥→粉末渗氮处理→制造各向异性粘结Sm-Fe-N磁体；其特征在于：用稀土氯化物和选择控制合金元素铁粉的粒度、还原剂为金属Ca与CaH2，在760-860℃较低温度范围内进行还原扩散反应，生成Sm-Fe合金及副产物，经化学分离后Sm-Fe合金粉化渗氮，直接获得所需成分和粒度要求的Sm-Fe-N磁性合金粉末。其优点在于：反应温度低，Sm的损耗小，成分易于控制，工艺简化，性能好。
Description
技术领域：
本发明属于磁性材料领域，特别是提供了一种Sm-Fe-N永磁合金粉末的制造方法。
背景技术：
Sm-Fe-N系合金是一类具有优异性能的稀土永磁材料，在基本磁特性方面，其饱和磁化强度与R-Fe-B系相当，而各向异性场和居里温度比R-Fe-B要高。由于Sm-Fe-N在高于600℃时会发生分解，因此，主要被用于制造粘结磁体，粘结磁体的磁性能主要取决于Sm-Fe-N磁粉的磁性能。目前Sm-Fe-N磁粉的制备方法有铸锭机械粉碎法也称常规法(IEEE.Trans.Mag.1993(29)：2815)；HDDR法(Physical Statuas Solidi A 1995(147)：229)；快淬法(J.Appl.Phys.1991.70(6)：3188)及还原扩散法(IEEE.Trans.Mag.35(5)1999：3322)。
铸锭机械粉碎法：以高纯Sm和Fe经真空冶炼成Sm-Fe合金锭，机械粉碎后再磨成细粉，经渗氮后制成Sm-Fe-N磁粉。HDDR(氢化-歧化-脱氢-重组)方法：同上得到Sm-Fe合金铸锭后，破碎成约50μm的粗颗粒，置于氢处理炉中，经不同温度、氢压及负压过程制成Sm-Fe合金细粉，再经渗氮处理制成Sm-Fe-N磁粉。快淬法：同上得到Sm-Fe合金铸锭后，重熔，熔体被高压惰性气体流喷射到高速旋转的水冷铜辊上而迅速凝固成带屑，随后破碎成合金粉末，再经渗氮处理制成Sm-Fe-N磁粉。已开发的还原扩散法是以钐的氧化物为原料，通过金属钙热还原提取出金属钐，再经过稀土金属钐与合金元素铁之间的扩散形成Sm-Fe合金，合金粉末经渗氮后制得Sm-Fe-N磁粉。
常规法，HDDR法以及快淬法的共同之处是：都要采用经过复杂蒸馏工艺提纯的稀土金属钐，然后熔炼成Sm-Fe合金铸锭，机械粉碎制成Sm-Fe合金粉。已开发的还原扩散法制备Sm-Fe-N合金是采用氧化钐为原料，省去了稀土专门蒸馏提纯工艺，有优点。但Sm2O3的熔点较高，达2325℃，而Sm的蒸汽压较高，温度越高挥发越严重。通常为加速还原扩散过程，常采用较高的温度，而较高的温度恰恰不利于Sm和Fe之间的扩散合金化。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种采用具有低熔点(678℃)的SmCl3为原料，通过还原扩散法制备粒度可控的Sm-Fe-N合金粉末，利于Sm和Fe之间的扩散合金化。
本发明制备Sm-Fe-N合金粉末的工艺流程为：原材料选择及预处理→反应物的配比→反应物混合→还原扩散反应→反应产物化学分离→金属粉末的脱水干燥→粉末渗氮处理→制造各向异性粘结Sm-Fe-N磁体。有关工序叙述如下。
1、原材料选择：采用SmCl3为原料，合金元素为纯铁粉，需要控制其粒度在300-800目；也可以选择铁的氧化物为原料。
在制备多元Sm-Fe(M)-N合金系时，M为过渡族金属，包括Co，Cr，V，Zr。
还原剂选择Ca和CaH2。其粒度控制在3-5mm。
2、原料的预处理：SmCl3经过250～400℃负压脱水处理。
3、原材料的配入：根据基本化学反应方程式(1)并结合不同的还原扩散反应条件进行原材料的计算以及实际配入量的调整。
SmCl3的配入量比化学剂量超出3～5％，还原剂按基本化学反应方程式所需的化学剂量超量5～20％。
多元系合金元素中过渡族金属可以单独添加，也可以联合添加。Co取代Fe量的范围在0～5％，其它过渡族元素取代Fe量的范围在0～3％，超出此范围会影响合金的磁性。
4、还原扩散反应：反应物配比后混合，进行热还原反应以及扩散合金化，这一反应温度控制在760～860℃，反应完成后Sm-Fe合金粉和副产物CaCl2进行水洗化学分离。再经脱水干燥得到所需的Sm-Fe合金粉末。
5、Sm-Fe合金粉渗氮处理：Sm-Fe合金粉在高纯氮或NH4或NH4和H2的混合气氛中，压力在0.1～1.0Mpa，400～500℃温度范围内进行。
本发明的优点在于：所述的制造Sm-Fe-N合金粉末的方法，由于采用了SmCl3为原料，通过金属热还原提取金属钐，省去了高纯稀土金属复杂的提取工艺，还原扩散反应温度范围比较低，减少了金属钐的挥发损失，也有利于扩散合金化。还原反应副产物CaC12溶于水，因此使反应产物的分离易于进行。通过对反应物合金元素铁粉粒度选择控制，又由于固态扩散反应温度较低，可以有效地控制生成物Sm2Fe17合金粉末粒度，渗氮后有利于粉末磁性的提高，获得高性能各向异性的Sm-Fe-N磁体。
具体实施方式
实施例1
原料采用SmCl3，Fe粉(500目)，按公式(1)计算所需各反应物的化学剂量，SmCl3加入的量为化学剂量的103％，金属Ca粒径3mm，加入量超化学剂量15％，SmCl3经360℃真空脱水处理。还原扩散反应在氩气保护下，820℃保温2小时，反应块置水中自然粉化，将粉末滤出，真空干燥。合金粉在压力为0.1Mpa的NH4气氛中450℃处理1小时，制得的Sm-Fe-N合金粉磁性能为：Br＝9.8kGs，MHc＝8kOe，(BH)m＝18MGOe。
实施例2
原料采用SmCl3，Fe粉(500目)以及Co粉(500目)，按公式(1)计算所需各反应物的化学剂量，SmCl3加入的量为化学剂量的105％，Co取代Fe粉量的5％，金属Ca的粒径为3mm，加入量为化学剂量的120％。SmCl3经360℃真空脱水处理。还原扩散反应在氩气保护下，于850℃保温2小时，反应块置水中自然粉化，将粉末滤出，真空干燥。合金粉在压力为0.2Mpa的NH4和H2(7.5∶2.5)的混合气氛中450℃处理1小时，制得的Sm-Fe-N合金粉磁性能为：Br＝11.2kGs，MHc＝9.8kOe，(BH)m＝26MGOe。
Claims (2)
1.一种还原扩散法制造Sm-Fe-N永磁合金粉末的方法，工艺流程为：原材料选择及预处理→反应物的配比→反应物混合→还原扩散反应→反应产物化学分离→Sm-Fe合金粉的脱水干燥→Sm-Fe合金粉渗氮处理→制造各向异性粘结Sm-Fe-N磁体；其特征在于：
a.原材料选择：采用SmCl3为原料，合金元素原料为纯铁粉或铁的氧化物，其粒度在300～800目；还原剂选择Ca或CaH2，其粒度控制在3～5mm；
b.原料的预处理：SmCl3经过250～400℃负压脱水处理；
c.反应物的配比：根据基本化学反应方程式(1)并结合不同的还原扩散反应条件进行原材料的计算以及实际配入量的调整；
SmCl3的配入量比化学剂量超出3-5％，还原剂按基本化学反应方程式所需的化学剂量超量5～30％；
d.还原扩散反应：原材料配比后混合，进行热还原反应以及扩散合金化，反应温度控制在760～860℃；
e.反应产物化学分离：反应完成后Sm-Fe合金粉和副产物CaCl2进行水洗化学分离，再经真空干燥得到所需的Sm-Fe合金粉末；
f.Sm-Fe合金粉末渗氮处理：Sm-Fe合金粉末在高纯氮或NH4或NH4和H2的混合气氛中，压力在0.1～1.0Mpa，400～500℃温度范围内进行，直接获得所需成分和粒度要求的各向异性Sm-Fe-N永磁合金粉末。
2.按照权利要求1所述的采用还原扩散法制造Sm-Fe-N永磁合金粉末的方法，其特征在于：Sm-Fe-N合金中的Fe部分被M代替，M为过渡族金属Co，Cr，V，Zr中的一种或几种，Co取代Fe量的范围在0-5％，其它过渡族元素取代Fe量的范围在0-3％。
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