一種稀土永磁粉的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種稀土永磁粉的制備方法，該方法包括：(1)將稀土合金進行高溫熔化得到熔融的稀土合金鋼液的熔煉步驟；(2)將熔融的稀土合金鋼液通過噴嘴噴射，與旋轉(zhuǎn)的水冷輥接觸進行快淬得到稀土合金粉的快淬步驟；(3)將稀土合金粉在650～850℃溫度范圍內(nèi)進行熱處理的步驟；(4)將熱處理后的稀土合金粉進行氮化處理的步驟；其中，稀土合金的熔煉和稀土合金鋼液的快淬分別在熔煉腔室和快淬腔室中進行，熔煉腔室和快淬腔室之間通過噴嘴連接；快淬腔室的環(huán)境氣氛為氬氣與氦氣的混合氣。本發(fā)明可有效保證制備材料的性能，改善材料的磁性能。通過本發(fā)明制備的稀土永磁粉可與粘結(jié)劑混合進行粘結(jié)制備粘結(jié)磁體，應(yīng)用到馬達、音響、測量儀器中。
【專利說明】一種稀土永磁粉的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種稀土永磁粉的制備方法，屬于稀土磁性材料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 粘結(jié)稀土永磁體是由稀土永磁粉末和粘結(jié)材料相結(jié)合而成，按要求直接注射或模 壓成型各種永磁器件。該類磁體具有尺寸精度高、磁均勻性好、耐蝕性好、成品率高、易加 工成形狀復(fù)雜的器件等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于家電、微電機、自動化辦公設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療器 件、汽車、磁力機械等裝置和設(shè)備中。
[0003] 制備粘結(jié)稀土永磁體的關(guān)鍵是稀土永磁粉的制備，磁粉的性能直接決定了粘結(jié)磁 體的品質(zhì)及市場價格。目前，粘結(jié)稀土永磁粉主要包括MQ各向同性磁粉、HDDR各向異性粉、 Th2Zn17型各向異性粉、TbCu7型各向同性粉，ThMn12型各向異性粉，市場上成熟的粘結(jié)稀土永 磁體基本上為各向同性的粘結(jié)NdFeB磁體。近年來，隨著電動車、風(fēng)力發(fā)電、磁懸浮列車的 發(fā)展，對高性能高穩(wěn)定性的稀土永磁體提出了更高的要求。
[0004] 研究發(fā)現(xiàn)，間隙原子（C、N、F、H)進入到稀土鐵化合物中會對其性能產(chǎn)生較大的影 響，稱為間隙原子效應(yīng)。間隙原子效應(yīng)能提高化合物的居里溫度、飽和磁化強度及各向異性 場。
[0005] 專利文獻CN1059230A、CN1079580A發(fā)明了高居里溫度的稀土鐵氮化合物R2Fe17Nx、 R2Fe14BNy和R(Fe,M)12NZ，指出這種化合物制得的磁粉具有耐蝕性高、抗氧化能力強的特點， 但是制備工藝長，難以產(chǎn)業(yè)化，其中制備過程中的粉末氧化，氮化的均勻性、磁粉的粒度及 磁粉中的軟磁相a-Fe和富稀土相是影響最終磁粉性能的主要因素。
[0006] 專利文獻CN1326200A、US2004144450、JP2004063666、JP2003173907、 JP2002057017均公開了一種生產(chǎn)樹脂粘結(jié)磁體的各向同性SmFeN粉末磁體材料，晶體結(jié)構(gòu) 是TbCu7型，薄片的厚度為10?40μm，通過熔體紡絲熔融合金并且將所得的合金粉在含氮 氣體中直接滲氮來制備磁體粉末。
[0007] 專利文獻US5916376公開了一種材料的制備方法，提出輪速至少為50m/s，噴射壓 力為0. 3?2kgf/cm2,熱處理溫度為600?850°C，以此得到的磁粉軟磁相晶粒大小為5? 60nm，軟磁相的體積比占10?60vol. %。
[0008] 對于TbCu7型氮化物磁粉來說，一般通過快速凝固的方法來制備，制備工藝一般主 要包括快淬、晶化、氮化等步驟，以上現(xiàn)有技術(shù)均未公開通過調(diào)節(jié)環(huán)境氣氛，即通過調(diào)節(jié)壓 力、噴嘴與快淬輪速之間的關(guān)系來改進制備工藝從而提高材料的制備效率以及磁性能的方 法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種稀土永磁粉的制備方法，通過改進制備工藝來提高材 料的制備效率以及磁性能。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0011] 一種稀土永磁粉的制備方法，該方法包括：
[0012] (1)將稀土合金進行高溫熔化得到熔融的稀土合金鋼液的熔煉步驟；
[0013] (2)將熔融的稀土合金鋼液通過噴嘴噴射，與旋轉(zhuǎn)的水冷輥接觸進行快淬得到稀 土合金粉的快淬步驟；
[0014] (3)將稀土合金粉在650?850°C溫度范圍內(nèi)進行熱處理的步驟；
[0015] (4)將熱處理后的稀土合金粉進行氮化處理的步驟；
[0016] 其中，稀土合金高溫熔化的步驟以及稀土合金鋼液的快淬步驟分別在熔煉腔室和 快淬腔室中進行，兩個腔室之間通過噴嘴連接；快淬腔室的環(huán)境氣氛為氬氣與氦氣的混合 氣。
[0017] 在該方法中，所述的熔煉步驟在熔煉腔室中進行，主要采用中頻感應(yīng)熔煉方式，熔 煉時，熔煉腔室中需要充入一定的惰性氣體，以形成與快淬腔室的壓差ΛP，熔煉完成后的 稀土合金鋼液通過熔煉坩堝底部的噴嘴噴射而出。
[0018] 所述的快淬步驟在快淬腔室中進行，噴嘴噴出的稀土合金鋼液與旋轉(zhuǎn)的水冷輥接 觸，得到稀土合金粉。由于在熔煉和快淬過程中均不可避免出現(xiàn)稀土的揮發(fā)等因素，造成成 分的偏差，需要根據(jù)最終成分來綜合調(diào)整各元素含量。本發(fā)明所制備的稀土永磁粉的化學(xué) 組成為RTMN，其中R為Sm,或者Sm與其他稀土元素的混合；T為Fe或者Fe、Co的混合，M為 Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、W、Al、Ga、Si、Hf中至少一種；R的含量為 5 ?12wt%， N的含量為10?20wt%，M的含量占稀土永磁粉的0?IOwt%，余量為T;當R為Sm與其 他稀土元素的混合時，Sm的含量不低于R的80wt% ;當T為Fe、Co的混合時，F(xiàn)e含量不低 于T的 80wt%。
[0019] 在快淬過程中，為了形成非平衡態(tài)的TbCu7結(jié)構(gòu)的稀土合金粉，水冷輥轉(zhuǎn)速在 30?80m/s的范圍內(nèi)，以保證高的冷卻速率。穩(wěn)定的合金鋼液通過噴嘴噴射到快淬腔室中 高速旋轉(zhuǎn)的水冷輥上，從而將稀上合金鋼液通過一定角度甩出，由于旋轉(zhuǎn)的水冷輥提供了 足夠的冷速，使稀土合金鋼液產(chǎn)生非平衡凝固形成TbCu7結(jié)構(gòu)。水冷輥的材質(zhì)為Cu,Cu合 金或者Mo等，選材綜合考慮材料的熱傳導(dǎo)效率以及整個快淬過程的順利進行。
[0020] 在快淬腔室中，為了維持整個快淬的穩(wěn)定進行，需要充入一定的惰性氣體保護性 氣氛，使環(huán)境氣氛維持在20kPa以下，采用惰性氣體而不是真空，一方面避免環(huán)境真空造成 設(shè)備內(nèi)部電氣、機構(gòu)的不穩(wěn)定?，F(xiàn)有的實施方式中，一般米用氦氣作為環(huán)境氣氛，但在本發(fā) 明中，要求環(huán)境氣氛為氦氣與氦氣的混合氣。一定量氦氣的加入，可以有效保證鋼液在棍輪 上附著的狀態(tài)以及快淬的穩(wěn)定性，避免因為一定氣壓的存在而導(dǎo)致的鋼液飛濺，帶片不均 勻的問題，為了達到本發(fā)明所要求的效果，快淬環(huán)境氣氛中氦氣占混合氣的體積百分比為 5?50%，優(yōu)選為5?35%。
[0021] 在本發(fā)明中，為了保證由噴嘴噴出的帶片質(zhì)量，需要協(xié)同控制噴嘴的噴射壓力與 噴嘴的橫截面積、輥輪的輪速，從而達到提高成品率，保證制備帶片微觀組織一致性與均勻 性的技術(shù)效果。本發(fā)明要求噴嘴的噴射壓力△P(單位為kPa)，噴嘴的橫截面積Φ(單位為 mm2)以及輥輪的輪速V(單位為m/s)之間滿足關(guān)系：ΛPXΦ/V= 0.3?0.8 (比例關(guān)系用 A表示，即A=ΛΡΧΦ/V)，優(yōu)選為0.5?0.8。另外，為了保證噴出的流暢性，保證噴出帶 片的質(zhì)量，噴嘴的橫截面積優(yōu)選為〇. 1?I. 〇mm2。
[0022] 所得的稀土合金粉需要經(jīng)過一定溫度的熱處理，從而提高快淬得到的稀土合金粉 結(jié)構(gòu)及納米級別微晶結(jié)構(gòu)的完整性，本發(fā)明將熱處理溫度定于650?850°C，熱處理時間為 5?90min。熱處理溫度低于650°C，不能起到熱處理效果，一定量的非晶組織仍存在，TbCu7 型晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，最終產(chǎn)品性能低下；而當熱處理溫度高于850°C，亞穩(wěn)的TbCu7結(jié)構(gòu)會 發(fā)生轉(zhuǎn)化，過多的雜相如Th2Zn17會生成，同時細小微晶組織也會發(fā)生長大，最終磁性能會大 大降低。熱處理溫度更優(yōu)選為700?750°C。
[0023] 熱處理之后，還需要對熱處理后的稀土合金粉進行氮化處理，一定量N的進入，不 改變材料晶體結(jié)構(gòu)，擴大晶胞體積，大大提高材料的居里溫度、矯頑力、磁能積等相關(guān)磁性 能。在氮化過程中，采用N2、N2+H2或者NH3+H2等含氮氣氛作為氮源，也就需要提供一定的溫 度以使這些氮源增大活性產(chǎn)生活性氮原子，與稀土合金粉接觸并在其內(nèi)部均勻擴散。
[0024] 同時，經(jīng)過快淬形成的稀土合金粉在一定的溫度下，微晶粉末很容易發(fā)生晶粒的 形核長大，如果為多相合金，各相的形核長大驅(qū)動力不同以及各個晶粒所處環(huán)境不同，造成 晶粒不均勻長大，從而造成了最終磁粉晶粒的不均勻分布，這些均對最終磁粉性能造成不 利影響，本發(fā)明中，優(yōu)選氮化溫度為低于480°C，氮化時間大于5h，更加優(yōu)選為氮化溫度為 400?480°C，氮化時間為5?40h，以保持高性能。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0026] 本發(fā)明以稀土 -鐵為主要成分的稀土合金粉通過快淬而成，快淬工藝通過將熔融 合金液通過細小的噴嘴噴射到水冷輥上，從而制備得到晶粒在納米級別的稀土合金粉，從 合金相圖可以看出，具有Th2Ni17或者Th2Zn17結(jié)構(gòu)的釤鐵合金為穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，TbCu7和ThMn12結(jié) 構(gòu)為亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，因此通過這種非平衡凝固的快淬方法主要制備得到亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的TbCu7 化合物，該結(jié)構(gòu)的化合物鐵含量高，內(nèi)稟性能比NdFeB磁粉和具有Th2Zn17結(jié)構(gòu)的磁粉都要 高，耐溫性耐腐蝕性能均比其他系列的磁粉要好。
[0027] 在本發(fā)明的稀土永磁粉的制備方法中，稀土合金的熔煉與稀土合金鋼液的快淬在 兩個腔室中進行，通過單獨控制熔煉環(huán)境壓力與快淬環(huán)境壓力來獲得一定的壓力差ΛP，可 消除因熔融合金液面高低變化或噴嘴堵塞造成的噴射速度不穩(wěn)，獲得非常均勻的熔融合金 噴速，另一方面，上腔室相對高壓力可以抑制釤揮發(fā)造成的成分不穩(wěn)定，從而避免影響最終 磁粉的性能。
[0028] 本發(fā)明可有效保證制備材料的性能，改善材料的磁性能。通過本發(fā)明制備的稀土 永磁粉可與粘結(jié)劑混合進行粘結(jié)制備粘結(jié)磁體，應(yīng)用到馬達、音響、測量儀器中。

【具體實施方式】
[0029] 以下通過具體實施例進一步對本發(fā)明做進一步說明。
[0030] 實施例
[0031] 根據(jù)欲得到的最終稀土永磁粉中的成分配比選擇稀土合金，熔煉得到合金鑄錠， 鑄錠進入熔煉腔室經(jīng)過感應(yīng)熔煉得到熔融合金溶液，保護氣氛為Ar,熔融的合金液經(jīng)過噴 嘴進入到快淬腔室中。
[0032] 快淬輥輪采用Mo輪，整個環(huán)境的保護氣氛為Ar+He，其中He的體積百分比為 Π(%)，熔煉腔室與快淬腔室形成的壓差為ΛP，噴嘴的橫截面積為Φ，快淬輥轉(zhuǎn)速為V，并 且三者之間滿足關(guān)系六=八？父(1)/￥,其中八？的單位為1^^,〇的單位為1111]1 2,￥的單位為 m/s。A在0. 3?0. 8范圍內(nèi)，經(jīng)過快淬后得到稀土合金粉。
[0033] 快淬后的稀土合金粉在Ar保護下進行一定的溫度Tl(°C)和時間Hl(min)的熱處 理，熱處理之后的合金粉在溫度T2(°C)，時間H2 (h)下進行氮化，氮源為N2，氮化后得到稀 土永磁粉。
[0034] 通過振動樣品磁強計測定（VSM檢測）得到的稀土永磁粉的磁性能，分別測定剩磁 (Br,單位為kGs)、內(nèi)稟矯頑力（Hcj，單位為kOe)、磁能積（(BH)m，單位為MGOe)。各產(chǎn)品的 具體參數(shù)和最終磁性能如表1所示。其中，實施例1?4以及對比例1所對應(yīng)的最終稀土 永磁粉產(chǎn)品的成分為：（Si^1FebalC0i2ZiY3)85N15 ;實施例5?8以及對比例2所對應(yīng)的最終 稀土永磁粉產(chǎn)品的成分為：（Sn^7FebalC042ZiY9)85N15t5
[0035] 表1材料的制備條件及最終磁性能
[0036]

【權(quán)利要求】
1. 一種稀±永磁粉的制備方法，其特征在于，該方法包括： (1) 將稀±合金進行高溫烙化得到烙融的稀±合金鋼液的烙煉步驟； (2) 將烙融的稀±合金鋼液通過噴嘴噴射，與旋轉(zhuǎn)的水冷親接觸進行快渾得到稀±合 金粉的快渾步驟； (3) 將稀±合金粉在650?85(TC溫度范圍內(nèi)進行熱處理的步驟； (4) 將熱處理后的稀±合金粉進行氮化處理的步驟； 其中，稀±合金的烙煉和稀±合金鋼液的快渾分別在烙煉腔室和快渾腔室中進行，烙 煉腔室和快渾腔室之間通過噴嘴連接；快渾腔室的環(huán)境氣氛為氮氣與氮氣的混合氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀±永磁粉的制備方法，其特征在于，所述稀±永磁粉的化 學(xué)組成為RTMN，其中R為Sm，或者Sm與其他稀±元素的混合；T為化或者化、Co的混合， M 為 Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zr、佩、Mo、Ta、W、A1、Ga、Si、Hf 中至少一種；R 的含量為 5 ? 12wt %，N的含量為10?20wt %，M的含量占稀±永磁粉的0?lOwt %，余量為T ;當R為 Sm與其他稀±元素的混合時，Sm的含量不低于R的80wt% ;當T為Fe、Co的混合時，化含 量不低于T的80wt%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀±永磁粉的制備方法，其特征在于，所述快渾腔室的環(huán)境 氣氛中氮氣占混合氣的體積百分比為5?50%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的稀±永磁粉的制備方法，其特征在于，所述快渾腔室的環(huán)境 氣氛中氮氣占混合氣的體積百分比為5?35%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀±永磁粉的制備方法，其特征在于，所述步驟（2)中，所述 噴嘴的噴射壓力AP、噴嘴的橫截面積0 W及親輪的輪速V之間滿足關(guān)系：APXO/V = 0. 3?0. 8,其中AP的單位為kPa，〇的單位為mm2, V的單位為m/s。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的稀±永磁粉的制備方法，其特征在于，所述步驟（2)中，所述 噴嘴的噴射壓力AP、噴嘴的橫截面積0 W及親輪的輪速V之間滿足關(guān)系：APXO/V = 0. 5 ?0. 8。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的稀±永磁粉的制備方法，其特征在于，所述噴嘴的橫截面 積為 0. 1 ?1. Omm^n
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀±永磁粉的制備方法，其特征在于，所述步驟（4)中氮化溫 度低于480°C，氮化時間大于化。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的稀±永磁粉的制備方法，其特征在于，所述步驟（4)中氮化溫 度為400?480°C，氮化時間為5?40h。
【文檔編號】B22F1/00GK104347215SQ201310311380
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】李紅衛(wèi), 羅陽, 于敦波, 李擴社, 閆文龍, 靳金玲, 謝佳君, 楊遠飛, 張洪濱 申請人:有研稀土新材料股份有限公司, 北京有色金屬研究總院