本發(fā)明涉及到高性能合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種制備高純硼鐵超細粉體的方法。

背景技術(shù)：

高性能非晶帶材及高性能稀土永磁材料的不斷推廣應用，對原材料的純度及品質(zhì)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。硼鐵合金作為在非晶帶材或稀土永磁材料中引入硼元素的重要原料之一，其成分可控性及穩(wěn)定性對于在大規(guī)模生產(chǎn)水平獲得高性能非晶帶材或稀土永磁材料產(chǎn)品并提高成品率起著至關(guān)重要的作用。

硼鐵合金工業(yè)化生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝通常是基于如下反應式，采用廢鐵片或者鋼屑作為鐵源，采用硼酐、硼酸或硼砂作為硼源，采用焦炭或者木片作為碳源，在礦熱電爐里，以冶煉的方式進行生產(chǎn)(曹毅，低鋁高純硼鐵的生產(chǎn)方法 鐵合金 1986(03)，韋壽南；施允石，低鋁硼鐵的生產(chǎn)，鐵合金.1986(04)，索淑芬.碳熱法生產(chǎn)硼鐵的最佳參數(shù)，鐵合金.1992(05))。

4Fe+2B2O3+3C→4FeB+3CO2

為了讓尺寸較大的鐵片、木片等原料與硼酐、硼酸之間充分接觸并發(fā)生反應，通常需要在遠超出主要原料硼酐與鐵片熔點的溫度(高于1800-3000℃)下使硼酐與鐵片熔融，并使冶煉所得的硼鐵合金熔體具有較低的粘度，從而使爐內(nèi)不同部位硼鐵液態(tài)合金成分均勻且易于出爐操作。

這種工藝存在著幾個主要問題：(1)由于生產(chǎn)溫度高，再加上礦熱電爐具有生產(chǎn)環(huán)境開放、與大氣接觸的特點，這就使得硼鐵合金生產(chǎn)存在著能量消耗 巨大；(2)由于硼酐的密度遠低于鐵水，在高溫下容易浮在鐵水表面，且由于硼酐及鐵水的粘度都很高，導致硼酐與鐵水及焦炭混合困難，這就使得礦熱電爐內(nèi)不同部位硼鐵合金熔體成分不均勻；(3)由于硼酐的熔點和沸點都很低(分別大約為450℃和1680℃)，在硼鐵實際生產(chǎn)條件下，很容易發(fā)生揮發(fā)，造成昂貴原材料硼酐的損耗。在進行冶煉的同時，硼酐也可以作為氧源，將焦炭或者木片氧化，生成碳化硼(B₄C)等副產(chǎn)物，造成物料損失，也造成對環(huán)境的嚴重污染；硼酐或者碳化硼也可以固溶或者夾雜進入硼鐵合金熔塊，導致雜質(zhì)含量增加、品質(zhì)下降及后處理加工成本的增加。

此外，還有兩個因素會導致硼鐵合金雜質(zhì)增加，品質(zhì)下降：(1)硼酸或者硼酐等反應物原料在高溫下存在殘余水分蒸發(fā)的現(xiàn)象，在高溫熔體內(nèi)聚集到一定程度后，容易引發(fā)硼鐵合金熔體在爐內(nèi)爆炸，造成重大生產(chǎn)安全事故。為了減少或者避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，通常需要在原料混合物里面同時加入木屑或者木片，在爐內(nèi)熔融的物料之間架空熔體，形成讓水蒸氣逸出的通道。木屑或者木片里面天然存在著的灰分雜質(zhì)會使得硼鐵雜質(zhì)含量增加；(2)為了節(jié)省硼鐵合金生產(chǎn)成本或者充分利用礦物資源，也有人提出以含硼的硼鐵鎂礦、或者主要成分為氧化鐵(Fe₂O₃)的鐵精粉、燒結(jié)球團或者冶金級焦炭作為反應物(竹內(nèi)順、佐藤有一、坂本廣明 高純度硼鐵合金 中國專利申請?zhí)?00610082571.X，黃占文 硼鐵的生產(chǎn)方法 中國專利申請?zhí)?00810224192.9，施允石 祖國文 賈宗生 一種使用預制硼焦的碳熱法生產(chǎn)硼鐵工藝 中國專利申請?zhí)?3108638.8，張顯鵬 崔傳孟 劉素蘭 冀春霖 趙乃仁 硼鎂鐵礦直接制取硼鐵的方法 中國專利申請?zhí)?7101579，Takao Hamada，Nobuo Tsuchiya，Toshihiro Inatani，Yoshiyasu Takada，Mitsuo Sumito，Eiji Katayama，Toshimitsu Koitabashi，Kyoji Okabe，Yo Ito，Method for producing Fe-B molten metal，US4397691， 1983，Sunao Takeuchi，Yuichi Sato，Hiroaki Sakamoto，High-purity ferroboron，a mother alloy for iron-base amorphous alloy，an iron-base amorphous alloy，and methods for producing the same，US 2006/0292027 A1)。這些原料的利用雖然能夠在一定程度上降低生產(chǎn)成本，但是因為含有太多雜質(zhì)，也就顯著降低硼鐵合金產(chǎn)品的品質(zhì)，因為降低產(chǎn)品的使用價值。

大規(guī)模的冶煉生產(chǎn)會導致硼鐵合金產(chǎn)品中存在大量的夾雜物，這就給非晶帶材或稀土永磁材料的組分帶來偏差，顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生起伏，導致最終產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。

最后，為了避免上述高溫下因原料內(nèi)水蒸氣引發(fā)的在礦熱電爐內(nèi)的爆炸，生產(chǎn)上通常采取將硼酸、硼酸鹽先高溫脫水，轉(zhuǎn)換成硼酐，再與其他物料一起投入礦熱電爐內(nèi)生產(chǎn)的方法。由于硼酸脫水轉(zhuǎn)換成硼酐需要額外的廠房、設備與人力，脫水過程中還存在高溫下?lián)]發(fā)損耗，這就給生產(chǎn)帶來額外的成本。

因此，為了解決以上技術(shù)問題，設計了一種制備高純硼鐵超細粉體的方法，該方法只需要將各組分粉體干混均勻，然后以一定壓力壓制，送入高溫爐內(nèi)處理即可得到高純超細硼鐵合金粉體，大大降低了硼鐵合金生產(chǎn)對設備的依賴程度，并極大程度地降低了生產(chǎn)過程中的安全隱患。同時，由于反應原料在送入爐內(nèi)進行生產(chǎn)之前就已經(jīng)在極大程度上得到混合均勻，所以生產(chǎn)溫度也大大降低，原料損耗極大地減少，硼鐵合金成分均勻性也極大程度地得到提高。由于所得到的產(chǎn)物也是粒度細小的粉體，也就減少了傳統(tǒng)冶煉法生產(chǎn)硼鐵合金所需的后續(xù)破碎加工這一環(huán)節(jié)，進一步節(jié)省了人力、物力。此外，本方法操作簡單且安全、對設備要求低、節(jié)能減排、所得產(chǎn)品高純且品質(zhì)穩(wěn)定，能夠滿足高端下游對高純硼鐵超細粉體的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種制備高純硼鐵超細粉體的方法，其步驟為：

(1)以鐵粉、含硼化合物粉體及碳粉，按Fe∶B₂O₃∶C＝(1.7～2.3)∶(0.8～1.2)∶(2.7～3.2)的摩爾比比例干混混合均勻，并置于模具內(nèi)在1～250MPa壓力下成型，干壓成型后所得素坯備用；

(2)將步驟(1)制備好的素坯，置于高溫爐里進行熱處理，高溫爐的升溫步驟為：以15℃/分鐘的升溫速率從室溫升至1000℃，并保溫15分鐘；接著以10℃/分鐘的升溫速率從1000℃升溫至1200～1600℃，并保溫30分鐘；然后切斷高溫爐電源，使高溫爐自然冷卻，等到高溫爐內(nèi)冷卻至室溫時，取出樣品；整個熱處理過程中，高溫爐內(nèi)充以氮氣或氬氣作為保護氣氛，或者使高溫爐內(nèi)保持真空狀態(tài)；

(3)步驟(2)所取出的樣品與甲醇配置成固含量在5～85wt.％的漿料，同時添加相對于固相質(zhì)量為0.01～5wt.％的馬來酸作為分散劑，接著置于砂磨機內(nèi)進行研磨，研磨持續(xù)時間為5～300分鐘，研磨之后，將料取出干燥，即制備出高純硼鐵超細粉體。

優(yōu)選的所述含硼化合物粉體為硼酐、硼酸或者硼砂，所述碳粉為木炭粉、石墨碳粉、焦炭碳粉、石油焦、煅后焦，淀粉或者葡萄糖。

優(yōu)選的所述步驟(1)中鐵粉、含硼化合物粉體及碳粉的粒徑小于20目，能夠在以干混工藝或進一步添加少量甲基纖維素或者水進行混合后，壓制成素坯。

優(yōu)選的所述高溫爐為碳管爐、鉬絲爐、感應爐、隧道爐、電弧爐或礦熱爐。

優(yōu)選的所述砂磨機為立式砂磨機或臥式砂磨機。

優(yōu)選的所述高純硼鐵超細粉體的粒度為0.5～5000微米，硼含量為8～17wt.％。

本發(fā)明所涉及的一種制備高純硼鐵超細粉體的方法，該方法只需要將各組分粉體干混均勻，然后以一定壓力壓制，送入高溫爐內(nèi)處理即可得到高純超細硼鐵合金粉體，大大降低了硼鐵合金生產(chǎn)對設備的依賴程度，并極大程度地降低了生產(chǎn)過程中的安全隱患。同時，由于反應原料在送入爐內(nèi)進行生產(chǎn)之前就已經(jīng)在極大程度上得到混合均勻，所以生產(chǎn)溫度也大大降低，原料損耗極大地減少，硼鐵合金成分均勻性也極大程度地得到提高。由于所得到的產(chǎn)物也是粒度細小的粉體，也就減少了傳統(tǒng)冶煉法生產(chǎn)硼鐵合金所需的后續(xù)破碎加工這一環(huán)節(jié)，進一步節(jié)省了人力、物力。此外，本方法操作簡單且安全、對設備要求低、節(jié)能減排、所得產(chǎn)品高純且品質(zhì)穩(wěn)定，能夠滿足高端下游對高純硼鐵超細粉體的需求。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明按照具體實施例二制備出的高純硼鐵超細粉體的X射線衍射圖譜；

圖2是本發(fā)明按照具體實施例二制備出的高純硼鐵超細粉體的激光粒度沉降儀測試的粒度分布曲線；

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。附圖為簡化的示意圖，僅以 示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

具體實施例一，一種制備高純硼鐵超細粉體的方法，其步驟為：

(1)以鐵粉、含硼化合物粉體及碳粉，按Fe∶B₂O₃∶C＝1.7∶0.8∶2.7的摩爾比比例干混混合均勻，并置于模具內(nèi)在1MPa壓力下成型，干壓成型后所得素坯備用；

(2)將步驟(1)制備好的素坯，置于高溫爐里進行熱處理，高溫爐的升溫步驟為：以15℃/分鐘的升溫速率從室溫升至1000℃，并保溫15分鐘；接著以10℃/分鐘的升溫速率從1000℃升溫至1200℃，并保溫30分鐘；然后切斷高溫爐電源，使高溫爐自然冷卻，等到高溫爐內(nèi)冷卻至室溫時，取出樣品；整個熱處理過程中，高溫爐內(nèi)充以氮氣或氬氣作為保護氣氛，或者使高溫爐內(nèi)保持真空狀態(tài)；

(3)步驟(2)所取出的樣品與甲醇配置成固含量在5wt.％的漿料，同時添加相對于固相質(zhì)量為0.01wt.％的馬來酸作為分散劑，接著置于砂磨機內(nèi)進行研磨，研磨持續(xù)時間為5分鐘，研磨之后，將料取出干燥，即制備出高純硼鐵超細粉體。

所述含硼化合物粉體為硼酐，所述碳粉為木炭粉，所述步驟(1)中鐵粉、含硼化合物粉體及碳粉的粒徑小于20目，能夠在以干混工藝壓制成素坯。

所述高溫爐為碳管爐，所述砂磨機為立式砂磨機，所述高純硼鐵超細粉體的粒度為0.5～5000微米，硼含量為8～17wt.％。

具體實施例二，一種制備高純硼鐵超細粉體的方法，其步驟為：

(1)以鐵粉、含硼化合物粉體及碳粉，按Fe∶B₂O₃∶C＝2∶1∶3的摩爾比比例干混混合均勻，并置于模具內(nèi)在120MPa壓力下成型，干壓成型后所得素坯備用；

(2)將步驟(1)制備好的素坯，置于高溫爐里進行熱處理，高溫爐的升溫步驟為：以15℃/分鐘的升溫速率從室溫升至1000℃，并保溫15分鐘；接著以10℃/分鐘的升溫速率從1000℃升溫至1400℃，并保溫30分鐘；然后切斷高溫爐電源，使高溫爐自然冷卻，等到高溫爐內(nèi)冷卻至室溫時，取出樣品；整個熱處理過程中，高溫爐內(nèi)充以氮氣或氬氣作為保護氣氛，或者使高溫爐內(nèi)保持真空狀態(tài)；

(3)步驟(2)所取出的樣品與甲醇配置成固含量在55wt.％的漿料，同時添加相對于固相質(zhì)量為3wt.％的馬來酸作為分散劑，接著置于砂磨機內(nèi)進行研磨，研磨持續(xù)時間為200分鐘，研磨之后，將料取出干燥，即制備出高純硼鐵超細粉體。

所述含硼化合物粉體為硼酸，所述碳粉為焦炭碳粉，所述步驟(1)中鐵粉、含硼化合物粉體及碳粉的粒徑小于20目，能夠在進一步添加少量甲基纖維素混合后，壓制成素坯。

所述高溫爐為感應爐，所述砂磨機為臥式砂磨機，所述高純硼鐵超細粉體的粒度為0.5～5000微米，硼含量為8～17wt.％。

從圖1中可以看到所得產(chǎn)物成分為硼鐵純相，從圖2中可以看到所得粉體漿料以激光粒度沉降儀測試的粒度分布曲線。

具體實施例三，一種制備高純硼鐵超細粉體的方法，其步驟為：

(1)以鐵粉、含硼化合物粉體及碳粉，按Fe∶B₂O₃∶C＝2.3∶1.2∶3.2的摩爾比比例干混混合均勻，并置于模具內(nèi)在250MPa壓力下成型，干壓成型后所得素坯備用；

(2)將步驟(1)制備好的素坯，置于高溫爐里進行熱處理，高溫爐的升溫步驟為：以15℃/分鐘的升溫速率從室溫升至1000℃，并保溫15分鐘；接著以10℃/分鐘的升溫速率從1000℃升溫至1600℃， 并保溫30分鐘；然后切斷高溫爐電源，使高溫爐自然冷卻，等到高溫爐內(nèi)冷卻至室溫時，取出樣品；整個熱處理過程中，高溫爐內(nèi)充以氮氣或氬氣作為保護氣氛，或者使高溫爐內(nèi)保持真空狀態(tài)；

(3)步驟(2)所取出的樣品與甲醇配置成固含量在85wt.％的漿料，同時添加相對于固相質(zhì)量為5wt.％的馬來酸作為分散劑，接著置于砂磨機內(nèi)進行研磨，研磨持續(xù)時間為300分鐘，研磨之后，將料取出干燥，即制備出高純硼鐵超細粉體。

所述含硼化合物粉體為硼砂，所述淀粉，所述步驟(1)中鐵粉、含硼化合物粉體及碳粉的粒徑小于20目，能夠在以水進行混合后，壓制成素坯。

所述高溫爐為礦熱爐，所述砂磨機為立式砂磨機。，所述高純硼鐵超細粉體的粒度為0.5～5000微米，硼含量為8～17wt.％。

本發(fā)明所涉及的一種制備高純硼鐵超細粉體的方法，該方法只需要將各組分粉體干混均勻，然后以一定壓力壓制，送入高溫爐內(nèi)處理即可得到高純超細硼鐵合金粉體，大大降低了硼鐵合金生產(chǎn)對設備的依賴程度，并極大程度地降低了生產(chǎn)過程中的安全隱患。同時，由于反應原料在送入爐內(nèi)進行生產(chǎn)之前就已經(jīng)在極大程度上得到混合均勻，所以生產(chǎn)溫度也大大降低，原料損耗極大地減少，硼鐵合金成分均勻性也極大程度地得到提高。由于所得到的產(chǎn)物也是粒度細小的粉體，也就減少了傳統(tǒng)冶煉法生產(chǎn)硼鐵合金所需的后續(xù)破碎加工這一環(huán)節(jié)，進一步節(jié)省了人力、物力。此外，本方法操作簡單且安全、對設備要求低、節(jié)能減排、所得產(chǎn)品高純且品質(zhì)穩(wěn)定，能夠滿足高端下游對高純硼鐵超細粉體的需求。

以上述依據(jù)本專利的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項專利技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項專利的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍 來確定其技術(shù)性范圍。