CN1545107A - 氢化热处理法制备高性能双相稀土永磁材料的制备方法 - Google Patents

氢化热处理法制备高性能双相稀土永磁材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢化热处理法制备高性能双相稀土永磁材料的制备方法。本发明的制备方法为:首先,采用真空熔炼法制备合金;其次,采用快淬法或机械合金化法,制备预合金粉末;然后,将预合金粉末置于氢气处理装置中,抽真空后通入氢气于600℃-1000℃温度范围内进行吸氢和脱氢处理;最后,采用粘结、冷压、热压或温变形法制备合金磁体。本发明所得磁粉及磁体具有比传统的双相稀土永磁材料更好的综合永磁性能,且生产设备及工艺简单,工艺消耗少。

Description

氢化热处理法制备高性能双相稀土永磁材料的制备方法
                          技术领域
本发明涉及一种氢化热处理法制备高性能双相稀土永磁材料的制备方法。
                          背景技术
稀土粘结磁体是由磁性稀土合金粉末用有机或软金属粘结剂粘结而成的一种磁性材料。稀土粘结磁体具有很高的性能价格比,可直接形成或加工成形状复杂的部件,具有很高的韧性,不易破损、开裂,磁性能偏差小等优点,符合近年来对磁性材料的高性能化和低价格化的要求,因此其销售总量得以迅速的增长。稀土粘结磁体磁性能受磁性粉末性能和粘结密度的影响,其中粉末体磁性能被认为是第一位的因素。目前,各向同性Nd-Fe-B稀土永磁粉末的综合磁性能一般为:Br=0.55-0.80T,iHc=720-1200kA/m,(BH)max=64-96kJ/m3
纳米双相稀土永磁材料由纳米晶的硬磁性相和软磁性相构成,硬磁性相具有高的内禀矫顽力,软磁性相具有高的饱和磁化强度,两相界面处存在磁交换耦合作用,使材料同时具有软磁相的高饱和磁化强度和硬磁相的高矫顽力,从而具有高磁能积。纳米双相永磁体的磁能积理论值可达1000kJ/m3,比烧结钕铁硼磁体的理论磁能积高了近1倍。而且纳米双相永磁材料的稀土含量少,价格便宜,具有较广阔的开发应用前景。
目前典型的纳米双相永磁材料有Nd2Fe14B/α-Fe型和Nd2Fe14B/Fe3B型。尽管软磁相α-Fe和Fe3B使纳米双相永磁体的剩余磁化强度得到提高,但矫顽力也随软磁相的加入而下降,一般小于450kA/m,影响了它在许多场合的应用,特别是当磁体较薄时。而且,由于目前制备手段的限制,磁粉的晶体结构很难达到理论模型中要求的微观结构,即两相结晶连续,尺寸在10nm左右,两相之间无非磁性相存在,且完全耦合。因此,材料一般磁能积最高只能达到158kJ/m-3,与理论值相去甚远,不能满足高性能磁体的要求。以上因素,使该材料未能被广泛应用。
                            发明内容
本发明的目的是提供一种氢化热处理法制备高性能双相稀土永磁材料的制备方法。
一种氢化热处理法制备高性能双相稀土永磁材料的制备方法的步骤为:
1)首先制备成分为RxTM100-x-yMy的铸锭,式中R为稀土元素,其中Nd的含量不少于R总量的70at%;TM为过渡族金属,其中Fe的含量不小于TM总量的75at%;M为类金属,其中B含量不小于M总量的90at%;x为6.0~12.0at%,y为4.5~10.0at%,铸锭可在电弧炉、感应炉或磁悬浮熔炼炉中熔炼,熔炼在真空或保护气氛下进行;
2)将铸锭放入真空快淬炉中,在真空中或高纯氩气保护下熔化后单辊快淬,铸锭熔体快淬时,钼辊的表面线速度为12m/s~45m/s;
3)在高纯氩气气氛下,将快淬合金破碎成30~150微米的颗粒;
4)将快淬粉末装入真空炉内,抽真空至10-3~10-5Pa,通入纯度为99.999%的氢气,加热至600℃-1000℃吸氢5-50分钟,然后仍停留在同样的温度区间,抽真空至氢压为10-2-10-4Pa,保温5-30分钟,快冷至室温;
5)所得粉末通过粘结、冷压、热压或温变形来成型。
另一种氢化热处理法制备高性能双相稀土永磁材料的制备方法的步骤为:
1)首先制备成分为RxTM100-x-yMy的铸锭,式中R为稀土元素,其中Nd的含量不少于R总量的70at%;TM为过渡族金属,其中Fe的含量不小于TM总量的75at%;M为类金属,其中B含量不小于M总量的90at%;x为7.0~15.0at%,y为5.5~12.0at%,铸锭在电弧炉、感应炉或磁悬浮熔炼炉中熔炼,熔炼在真空或保护气氛下进行;
2)在高纯氩气保护下,将铸锭破碎至50~110微米,混入纯度在99.5%以上,颗粒尺寸小于15微米的铁粉,铁粉的体积百分含量为10%~40%;
3)在高纯氩气气氛下,将混合粉末高能球磨35~50个小时;
4)将快淬粉末装入真空炉内,抽真空至10-3~10-5Pa,通入纯度为99.999%的氢气,加热至600℃-1000℃吸氢5-50分钟,然后仍停留在同样的温度区间,抽真空至氢压为10-2-10-4Pa,保温5-30分钟,快冷至室温;
5)所得粉末通过粘结、冷压、热压或温变形来成型。
本发明的优点是:
1)本发明由于在热处理时采用了吸氢,吸氮和脱氢,脱氮工艺,所得磁粉较之传统双相永磁体具有更细小,更规则的纳米显微结构,从而增强了R2TM14M相和TM相的交换耦合作用,材料同时具有TM相的高饱和磁化强度和R2TM14M相的高矫顽力,因而可获得比传统的双相稀土永磁材料更好的综合永磁性。
2)本发明的磁粉制备方法:生产设备及工艺简单较简单,工艺消耗较少。
3)本发明所得磁粉及粘结磁体,所需的稀土元素含量较少,因而成本低廉。
                        具体实施方式
实施例1
采用纯度为99.9%的Fe、Nd、Dy和20wt%B-Fe合金作为原材料,按照Nd8.5Dy1Fe84.5B6的配比,放入磁悬浮熔炼炉中,抽真空到10-3Pa,然后通入1.2×105Pa的高纯氩气,在氩气保护下反复熔炼3次,以保证获得成分均匀的铸锭,为保证铸锭的成分基本符合设计成分,必须关注稀土元素在熔炼过程中的损耗量。接着,将合金铸锭放入快淬炉内,抽真空至快淬炉腔体内的真空度为10-3Pa,然后通入0.5×105Pa的高纯氩气,铸锭在高纯氩气保护下电弧熔化后,喷射到表面线速度为35m/s的钼辊上,得到快淬合金。将所得的快淬合金在高纯氩气保护下,在球磨机中破碎成80-100微米的颗粒,然后,装入真空炉内,抽真空至10-5Pa,通入纯度为99.999%的氢气,加热至720℃,保温25分钟,然后抽真空至氢压为10-3Pa,保温25分钟,快冷至室温。将所得磁性粉末与2.5wt%的环氧树脂混合,在300MPa的压力下压制成型,接着将压坯在150℃下保持1小时,使之固化,获得粘结磁体。用振动样品磁强计,测量磁粉的磁性能结果如下:Br=1.21T,iHc=786kA/m,(BH)max=203kJ/m3;测量粘结磁体的磁性能结果如下:Br=1.03T,iHc=785kA/m,(BH)max=179kJ/m3
实施例2
采用纯度为99.9%的Fe、Nd、Pr、Zr和20wt%B-Fe合金作为原材料,按照Nd3.6Pr5.4Fe84Zr1B6的配比,放入磁悬浮熔炼炉中,抽真空到10-3Pa,然后通入1.2×105Pa的高纯氩气,在氩气保护下反复熔炼3次,以保证获得成分均匀的铸锭,为保证铸锭的成分基本符合设计成分,必须关注稀土元素在熔炼过程中的损耗量。接着,将合金铸锭放入快淬炉内,抽真空至快淬炉腔体内的真空度为10-3Pa,然后通入0.5×105Pa的高纯氩气,铸锭在高纯氩气保护下电弧熔化后,喷射到表面线速度为35m/s的钼辊上,得到快淬合金。将所得的快淬合金在高纯氩气保护下,在球磨机中破碎成80-100微米的颗粒,然后,装入真空炉内,抽真空至10-5Pa,通入纯度为99.999%的氢气,加热至750℃,保温20分钟,然后抽真空至氢压为10-3Pa,保温25分钟,快冷至室温。将所得磁性粉末与2.5wt%的环氧树脂混合,在300MPa的压力下压制成型,接着将压坯在150℃下保持1小时,使之固化,获得粘结磁体。用振动样品磁强计,测量磁粉的磁性能结果如下:Br=1.06T,iHc=710kA/m,(BH)max=195kJ/m3;测量粘结磁体的磁性能结果如下:Br=0.92T,iHc=708kA/m,(BH)max=162kJ/m3
实施例3
采用纯度为99.9%的Fe、Nd、Co、Cr和20wt%B-Fe合金作为原材料,按照Nd12.5Fe69.5Co10Cr2B6的配比,放入磁悬浮熔炼炉中,抽真空到10-3Pa,然后通入1.2×105Pa的高纯氩气,在氩气保护下反复熔炼3次,以保证获得成分均匀的铸锭,为保证铸锭的成分基本符合设计成分,必须关注稀土元素在熔炼过程中的损耗量。在高纯氩气保护下,用破碎机将铸锭破碎,然后过筛颗粒直径小于110微米的铸锭粉末以备高能球磨(颗粒直径以50-90微米为佳)。在保护气氛下将过筛后的铸锭粉末和铁粉(纯度为99.9%,颗粒尺寸小于15微米)混合均匀,其中铁粉的体积百分含量为35%。在纯度为99.999%的氩气气氛下,将上述混合粉高能球磨40个小时,接着,将高能球磨后的产物装入真空炉内,抽真空至10-5Pa,通入纯度为99.999%的氢气,加热至780℃,保温12分钟,然后抽真空至氢压为10-3Pa,保温20分钟,出炉快冷。然后,将所得磁性粉末与2.5wt%的环氧树脂混合,在300MPa压力下压制成型,接着将压坯在150℃下保持1小时,使之固化,获得粘结磁体。用振动样品磁强计,测量磁粉的磁性能结果如下:Br=1.18T,iHc=755kA/m,(BH)max=212kJ/m3;测量粘结磁体的磁性能结果如下:Br=1.01T,iHc=748kA/m,(BH)max=175kJ/m3
实施例4
采用纯度为99.9%的Fe、Nd、Nb、Cr和20wt%B-Fe合金作为原材料,按照Nd12.5Fe79.5CrNbB6的配比,放入磁悬浮熔炼炉中,抽真空到10-3Pa,然后通入1.2×105Pa的高纯氩气,在氩气保护下反复熔炼3次,以保证获得成分均匀的铸锭,为保证铸锭的成分基本符合设计成分,必须关注稀土元素在熔炼过程中的损耗量。在高纯氩气保护下,用破碎机将铸锭破碎,然后过筛颗粒直径小于110微米的铸锭粉末以备高能球磨(颗粒直径以50-90微米为佳)。在保护气氛下将过筛后的铸锭粉末和铁粉(纯度为99.9%,颗粒尺寸小于15微米)混合均匀,其中铁粉的体积百分含量为37%。在纯度为99.999%的氩气气氛下,将上述混合粉高能球磨42个小时,接着,将高能球磨后的产物装入真空炉内,抽真空至10-5Pa,通入纯度为99.999%的氢气,加热至700℃,保温30分钟,然后抽真空至氢压为10-3Pa,保温25分钟,出炉快冷。然后,将所得磁性粉末与2.5wt%的环氧树脂混合,在300MPa压力下压制成型,接着将压坯在150℃下保持1小时,使之固化,获得粘结磁体。用振动样品磁强计,测量磁粉的磁性能结果如下:Br=1.26T,iHc=760kA/m,(BH)max=221kJ/m3;测量粘结磁体的磁性能结果如下:Br=1.15T,iHc=758kA/m,(BH)max=185kJ/m3
实施例5
采用纯度为99.9%的Fe、Nd、La、Tb、Ti、Co、Cu、Ga、Nb、Zr、Si和20wt%B-Fe合金作为原材料,按照Nd9Ga0.5Fe84.5B6、Nd7Tb1Fe86Nb0.5Zr0.5B5、Nd9La0.5Fe78.5Ti2B10、Nd9Fe75.5Co8Nb1Cu0.5B6、(Nd0.4Pr0.6)8Fe85.5Si1Zr0.5B5的配比,分别放入磁悬浮熔炼炉中,抽真空到10-3Pa,然后通入1.2×105Pa的高纯氩气,在氩气保护下反复熔炼3次,以保证获得成分均匀的铸锭,为保证铸锭的成分基本符合设计成分,必须关注稀土元素在熔炼过程中的损耗量。接着,将合金铸锭放入快淬炉内,抽真空至快淬炉腔体内的真空度为10-3Pa,然后通入0.5×105Pa的高纯氩气,铸锭在高纯氩气保护下电弧熔化后,喷射到表面线速度为35m/s的钼辊上,得到快淬合金。将所得的快淬合金在高纯氩气保护下,在球磨机中破碎成80-100微米的颗粒,然后,装入真空炉内,抽真空至10-5Pa,通入纯度为99.999%的氢气,加热至750℃,保温20分钟,然后抽真空至氢压为10-3Pa,保温20分钟,快冷至室温。将所得磁性粉末与2.5wt%的环氧树脂混合,在300MPa的压力下压制成型,接着将压坯在150℃下保持1小时,使之固化,获得粘结磁体。
用振动样品磁强计,测量磁粉的磁性能结果如下:
成分  Br(T)  iHc(kA/m) (BH)max(kJ/m3)
Nd9Ga0.5Fe84.5B6  1.10  695  158
Nd7Tb1Fe86Nb0.5Zr0.5B5  1.05  780  163
Nd9La0.5Fe78.5Ti2B10  1.09  732  168
Nd9Fe75.5Co8Nb1Cu0.5B6  1.16  681  152
(Nd0.4Pr0.6)8Fe85.5Si1Zr0.5B5  1.11  743  171
测量粘结磁体的磁性能结果如下:
成分  Br(T)  iHc(kA/m) (BH)max(kJ/m3)
Nd9Ga0.5Fe84.5B6  0.95  692  131
Nd7Tb1Fe86Nb0.5Zr0.5B5  0.88  779  136
Nd9La0.5Fe78.5Ti2B10  0.94  731  138
Nd9Fe75.5Co8Nb1Cu0.5B6  1.03  678  127
(Nd0.4Pr0.6)8Fe85.5Si1Zr0.5B5  0.95  740  143

Claims (2)

1.一种氢化热处理法制备高性能双相稀土永磁材料的制备方法,其特征在于它的步骤为:
1)首先制备成分为RxTM100-x-yMy的铸锭,式中R为稀土元素,其中Nd的含量不少于R总量的70at%;TM为过渡族金属,其中Fe的含量不小于TM总量的75at%;M为类金属,其中B含量不小于M总量的90at%;x为6.0~12.0at%,y为4.5~10.0at%,铸锭可在电弧炉、感应炉或磁悬浮熔炼炉中熔炼,熔炼在真空或保护气氛下进行;
2)将铸锭放入真空快淬炉中,在真空中或高纯氩气保护下熔化后单辊快淬,铸锭熔体快淬时,钼辊的表面线速度为12m/s~45m/s;
3)在高纯氩气气氛下,将快淬合金破碎成30~150微米的颗粒;
4)将快淬粉末装入真空炉内,抽真空至10-3~10-5Pa,通入纯度为99.999%的氢气,加热至600℃-1000℃吸氢5-50分钟,然后仍停留在同样的温度区间,抽真空至氢压为10-2-10-4Pa,保温5-30分钟,快冷至室温;
5)所得粉末通过粘结、冷压、热压或温变形来成型。
2.一种氢化热处理法制备高性能双相稀土永磁材料的制备方法,其特征在于它的步骤为:
1)首先制备成分为RxTM100-x-yMy的铸锭,式中R为稀土元素,其中Nd的含量不少于R总量的70at%;TM为过渡族金属,其中Fe的含量不小于TM总量的75at%;M为类金属,其中B含量不小于M总量的90at%;x为7.0~15.0at%,y为5.5~12.0at%,铸锭在电弧炉、感应炉或磁悬浮熔炼炉中熔炼,熔炼在真空或保护气氛下进行;
2)在高纯氩气保护下,将铸锭破碎至50~110微米,混入纯度在99.5%以上,颗粒尺寸小于15微米的铁粉,铁粉的体积百分含量为10%~40%;
3)在高纯氩气气氛下,将混合粉末高能球磨35~50个小时;
4)将快淬粉末装入真空炉内,抽真空至10-3~10-5Pa,通入纯度为99.999%的氢气,加热至600℃-1000℃吸氢5-50分钟,然后仍停留在同样的温度区间,抽真空至氢压为10-2-10-4Pa,保温5-30分钟,快冷至室温;
5)所得粉末通过粘结、冷压、热压或温变形来成型。
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