CN1737955A - 稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属磁性材料领域。目前永磁材料多为薄带或者粉末，传统烧结工艺制备块体材料会造成晶粒长大，从而显著降低磁性能。本发明步骤：将成分为RxFeyBz的合金，其中R为稀土Nd或Pr元素，其中x：4－10，y：78－88，z：6－18在合金真空中频感应炉中熔炼母合金，之后用熔体快淬法制得非晶态、纳米晶态或者非晶和纳米晶混合态的淬态合金，熔体快淬的线速度为10－50米/秒；在惰性气体保护下研磨至粒度小于80目的合金粉末；装入模具并预压成型，压力范围10－1000MPa；进行放电等离子烧结技术处理，烧结温度550℃－700℃，压力30－1000MPa，升温速率50－500℃/min，保温0－10min，降温速率50－200℃/min。本发明获得高致密度、晶粒小于100纳米以及高磁性能和高使用温度材料。
Description
1.技术领域
一种全致密块体稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料的制备方法，属于磁性材料技术领域。
2.背景技术
纳米晶复合稀土永磁材料是一类新型稀土永磁材料。其特点是将高饱和磁化强度的软磁相和具有高矫顽力的永磁相在纳米尺寸下交换耦合成为具有高剩磁、高矫顽力的双相复合永磁材料。计算表明，这类材料具有高达1090kJ/m3的理论最大磁能积(Skomski R，Coey JM D.Phys.Rev.B 1994，48：15812)。目前人们已采用熔体快淬法和机械合金化法等手段制备出了Nd2Fe14B/Fe3B(Kneller E F，Hawig R.IEEE Trans Magn，1991，27：3588；国际电子电气工程协会磁学专刊)、Nd2Fe14B/α-Fe(Manaf A，Buckley R A，Davis H A.J Magn Magn Mater，1993，128：302；磁学及磁性材料学报)等多种纳米复合永磁材料。然而，这类永磁材料在实用化过程中存在一个难题，具体而言，目前制备的这类材料多为薄带或者粉末，采用传统烧结工艺制备全致密的块体材料会造成材料晶粒长大，从而显著降低磁性能，因此只能制作成粘结磁体，这样就造成了磁体磁性能的大幅下降。
针对上述问题，本发明采用放电等离子烧结技术(Spark PlasmaSintering，简称SPS技术)制备全致密块体稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料。结果表明，采用SPS技术制备的新型NdFeB永磁材料具有如下优点：(1)致密度达到同成分合金理论密度98％以上，很好的解决了粘结磁体密度低的问题，使磁体磁性能有大幅度提高；(2)磁体中无粘结剂，与粘结类磁体相比，具有更高的使用温度；(3)
磁体显微组织均匀、晶粒细小，晶粒尺寸小于100纳米。
SPS技术是一种利用直流脉冲电流通电烧结的加压烧结方法(装置示意图如图1所示)。其基本原理是通过对电极通入直流脉冲电流瞬时产生的放电等离子使烧结体内部各个颗粒均匀的自身产生焦耳热并使颗粒表面活化，在加压的同时实现烧结。这种技术具有如下特点：(1)烧结温度低，一般低于普通烧结温度200-300℃；(2)烧结保温时间短，只需3-5分钟，仅为普通烧结保温时间的1/100左右；(3)烧结可以实现加压，最高可达1000Mpa；(4)能获得高致密度材料；(5)可获得细小、均匀的晶粒组织。因此，采用该烧结方法可以在实现稀土铁系双相纳米晶粉末致密化的同时，有效的抑制材料内部的晶粒长大现象。从而保证磁体获得纳米晶组织和理想的磁性能。这对于进一步拓展此类材料的应用领域具有重要意义。
3.发明内容
本发明提供一种利用放电等离子烧结技术制备全致密块体稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料的方法。目的在于获得具有高致密度、细小晶粒组织(晶粒小于100纳米)以及高磁性能和高使用温度的Fe3B/R2Fe14B基系列和α-Fe/R2Fe14B基系列全致密块体双相纳米晶复合永磁合金。
本发明提供的稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将成分为RxFeyBz的合金，其中R为稀土Nd或Pr元素，其中x，y，z为原子百分比，x：4-10，y：78-88，z：6-18在合金真空中频感应炉中熔炼母合金，之后用现有的熔体快淬法制得非晶态、纳米晶态或者非晶和纳米晶混合态的淬态合金，熔体快淬的线速度为10-50米/秒；
步骤2：将上述制备的淬态合金在惰性气体保护下研磨至粒度小于80目的合金粉末；
步骤3：将上述制备的合金粉末装入碳化钨硬质合金模具或石墨模具并预压成型，压力范围10-1000Mpa；
步骤4：将上述的经预压成型的合金粉末生坯利用放电等离子烧结技术进行烧结处理，烧结温度550℃-700℃，烧结压力30-1000Mpa，升温速率50-500℃/min，保温时间0-10min，降温速率50-200℃/min，烧结后的磁体即为本发明的全致密块体稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料。
在上述制备方法中，可以对烧结后的永磁材料进行晶化热处理。
利用本发明制备的稀土永磁材料，具有致密度高，磁体密度达到同成分材料理论密度98％以上(见表1)、不同成分体系磁体的晶粒尺寸均小于100纳米(见图2、3)、磁性能高等特点(见表1)。
4.附图说明
图1：放电等离子烧结设备结构原理图。
图2：采用放电等离子烧结技术制备的全致密块体稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料(实施例1)的晶粒显微组织图(高分辩透射电子显微镜照片)。
图3：采用放电等离子烧结技术制备的全致密块体稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料(实施例2)的晶粒显微组织图(高分辩透射电子显微镜照片)。
图4：采用放电等离子烧结技术制备的全致密块体稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料(实施例3)的晶粒显微组织图(高分辩透射电子显微镜照片)。
图5：采用放电等离子烧结技术制备的全致密块体稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料(实施例4)的晶粒显微组织图(高分辩透射电子显微镜照片)。
图6：采用放电等离子烧结技术制备的全致密块体稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料(实施例1)的退磁曲线图。
5.具体实施方式
例1、将成分为Nd10Fe84B6的合金采用真空感应熔炼后进行熔体快淬，快淬的线速度为50米/秒。将快淬合金在惰性气体保护下研磨至粒度小于80目的合金粉末。将上述的合金粉末装入石墨模具并预压成型。压力30MPa。将生坯利用放电快速烧结技术烧结成为块体材料。具体烧结工艺参数为：烧结温度700℃，烧结压力30Mpa，升温速率50℃/min，保温时间5min，降温速率150℃/min。
例2、将成分为Nd8Fe86B6的合金采用真空感应熔炼后进行熔体快淬，快淬的线速度为20米/秒。将快淬合金在惰性气体保护下研磨至粒度小于80目的合金粉末。将上述的合金粉末装入石墨模具并预压成型。压力300MPa。将生坯利用放电快速烧结技术烧结成为块体材料。具体烧结工艺参数为：烧结温度650℃，烧结压力300Mpa，升温速率100℃/min，保温时间0min，降温速率200℃/min。
例3、将成分为Nd6Fe88B6的合金采用真空感应熔炼后进行熔体快淬，快淬的线速度为22米/秒。将快淬合金在惰性气体保护下研磨至粒度小于80目的合金粉末。将上述的合金粉末装入石墨模具并预压成型。压力500MPa。将生坯利用放电快速烧结技术烧结成为块体材料。具体烧结工艺参数为：烧结温度600℃，烧结压力500Mpa，升温速率300℃/min，保温时间2min，降温速率100℃/min。
例4、将成分为Pr4Fe78B18的合金采用真空感应熔炼后进行熔体快淬，快淬的线速度为10米/秒。将快淬合金在惰性气体保护下研磨至粒度小于80目的合金粉末。将上述的合金粉末装入石墨模具并预压成型。压力1000MPa。将生坯利用放电快速烧结技术烧结成为块体材料。具体烧结工艺参数为：烧结温度550℃，烧结压力1000Mpa，升温速率200℃/min，保温时间5min，降温速率50℃/min。最后将烧结后的磁体进行晶化热处理，热处理温度：680℃，时间30min。
表1
Claims (1)
1、稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将成分为RxFeyBz的合金，其中R为稀土Nd或Pr元素，其中x，y，z为原子百分比，x：4-10，y：78-88，z：6-18在合金真空中频感应炉中熔炼母合金，之后用现有的熔体快淬法制得非晶态、纳米晶态或者非晶和纳米晶混合态的淬态合金，熔体快淬的线速度为10-50米/秒；
步骤2：将上述制备的淬态合金在惰性气体保护下研磨至粒度小于80目的合金粉末；
步骤3：将上述制备的合金粉末装入碳化钨硬质合金模具或石墨模具并预压成型，压力范围10-1000Mpa；
步骤4：将上述的经预压成型的合金粉末生坯利用放电等离子烧结技术进行烧结处理，烧结温度550℃-700℃，烧结压力30-1000Mpa，升温速率50-500℃/min，保温时间0-10min，降温速率50-200℃/min，烧结后的磁体即为本发明的全致密块体稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料。
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