專利名稱：一種稀土永磁合金納米片狀粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備稀土永磁合金納米片狀粉體的方法，特別是通過(guò)表面活性劑輔助高能球磨來(lái)制備稀土永磁合金納米片狀粉體的方法，本發(fā)明還涉及由此方法制備的稀土永磁合金納米片狀粉體。
背景技術(shù)：
稀土永磁作為一種高性能功能材料，已廣泛應(yīng)用到 能源、交通、機(jī)械、醫(yī)療、IT、家電等領(lǐng)域，成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。目前，絕大多數(shù)的稀土永磁材料產(chǎn)品都是采用粉末冶金工藝進(jìn)行生產(chǎn)。其主要制粉工藝步驟是合金制備一預(yù)制粉末一粉末精磨，即真空感應(yīng)熔煉合金原料，澆鑄成塊狀鑄錠；然后于氮?dú)鈿夥罩?，用高能錘式粉碎機(jī)進(jìn)行破碎，直至原料的粒子直徑小于500 iim為止。Nd-Fe-B合金也可以采用氫爆工藝破碎。對(duì)于破碎后的粉料精磨，傳統(tǒng)的方法是在惰性氣體保護(hù)下裝入裝有有機(jī)液體例如環(huán)乙烷的特制球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，或者采用氣流磨裝置進(jìn)行干磨。如此制備得到的是顆粒狀粉末，為等軸的各項(xiàng)同性的粉末顆粒，性能難以進(jìn)一步提聞。本發(fā)明提供了一種通過(guò)表面活性劑輔助高能球磨來(lái)制備稀土永磁納米片狀粉體的方法，可以獲得具有高各向異性、高矯頑力、性能優(yōu)異的稀土永磁納米片狀粉體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種制備稀土永磁合金納米片狀粉體的方法，是通過(guò)表面活性劑輔助高能球磨來(lái)進(jìn)行，包括如下步驟(I)將稀土永磁合金錠子破碎,至其粒徑小于200 V- m ；(2)將適合的球磨介質(zhì)加滿球磨罐，用鋼球作為磨球，加入輔助球磨的表面活性齊U，在高能球磨機(jī)中將混合料進(jìn)行球磨，獲得具有納米晶微觀結(jié)構(gòu)的納米片狀粉體；其中，所述表面活性劑選自油酸、油胺、三辛胺、己酸、或它們的混合物；(3)過(guò)濾出去球磨介質(zhì)，將所得粉體進(jìn)行干燥處理。在本發(fā)明的制備方法的步驟(3)之后，部分表面活性劑留在球磨介質(zhì)溶劑中，通過(guò)過(guò)濾而除去，部分表面活性劑留在片狀粉體表面，起到一定程度的保護(hù)、防氧化的作用。高能球磨過(guò)程中所用電機(jī)轉(zhuǎn)速例如可以1200-1500轉(zhuǎn)/分(rpm),優(yōu)選1425rpm,高能球磨時(shí)間為1-10小時(shí)。其中，所述球磨用鋼球?yàn)槿N不同粒徑的鋼球，例如GCr 15鋼球，其粒徑優(yōu)選分別為(p4mm、(p8mm> (pl2mm。球磨用的鋼球與稀土永磁合金原料的重量比為10 1-30 1，進(jìn)行球磨時(shí)三種不同粒徑的鋼球一起使用。可以使用的球磨介質(zhì)選自能溶解所用的表面活性劑的非極性溶劑，例如庚烷或己烷。所用庚烷或己烷的純度優(yōu)選為99. 8以上。所述表面活性劑的加入量為2 100重量份，以合金粉末重量為基礎(chǔ)。本發(fā)明的制備稀土永磁合金納米片狀粉體方法適用于例如SmCo5、PrCo5, Nd-Fe-B等稀土永磁合金，特別是SmCo5永磁合金。本發(fā)明通過(guò)表面活性劑輔助高能球磨，制備了一種具有取向織構(gòu)的稀土永磁合金納米片狀合金粉體。本發(fā)明的納米晶微觀結(jié)構(gòu)片狀合金粉體在保持原有優(yōu)越性的基礎(chǔ)上，具有高各向異性和高矯頑力。例如，在各向異性方面，得到的SmCo5片狀粉體的易磁化軸垂直于片表面，Nd-Fe-B片狀粉體的易磁化軸平行片表面；在矯頑力方面，例如SmCo5球磨15分鐘達(dá)到10. 5k0e，球磨5小時(shí)達(dá)到20. 5k0e。本發(fā)明還涉及通過(guò)所述表面活性劑輔助高能球磨方法制備的稀土永磁納米片狀粉體。根據(jù)本發(fā)明方法所得到的稀土永磁納米片狀粉體優(yōu)選為SmCo5稀土永磁納米片狀粉體。根據(jù)本發(fā)明方法得到的片狀粉體材料具有納米晶微結(jié)構(gòu)，該片狀材料厚度約5-210nm,寬度約0. 2-13 u m,晶粒尺寸為9_21nm。所述材料具有高的各向異性和高矯頑力。 所述材料具有001取向織構(gòu)。例如，SmCo5的矯頑力通常為10. 5k0e-20. 5k0e。本發(fā)明的方法不僅可以改變稀土永磁材料的形貌和性能，還可進(jìn)一步提高其矯頑力，獲得各向異性的納米片狀粉體。所得納米片狀粉末例如可通過(guò)熱壓法和放電等離子燒結(jié)技術(shù)制成層片結(jié)構(gòu)的永磁體，用于伺服電機(jī)、泵聯(lián)接器和傳感器等，在交換耦合雙相硬/軟納米復(fù)合磁體方面也具有廣闊的應(yīng)用前景。附圖
簡(jiǎn)述圖I是實(shí)施例4中10重量％油胺作為表面活性劑的情況下高能球磨5小時(shí)所得的SmCo5納米片狀粉體在掃描電鏡下觀察到的形貌照片。圖2是實(shí)施例I中以15重量％己酸作為表面活性劑的情況下高能球磨5小時(shí)所得的SmCo5的高分辨透射電鏡照片。圖3是實(shí)施例I中以15重量％己酸作為表面活性劑的情況下高能球磨5小時(shí)所得的SmCo5納米片狀粉體在掃描電鏡下觀察到的形貌照片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步示例性地詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例I :在SPEX8000M型球磨機(jī)的高能球磨罐中放入5g SmCo5稀土永磁合金，以相比于稀土永磁合金原料為10 : I的重量比放入<p4mm、f8mm、f 12mm三種不同粒徑的球磨鋼球，加入以稀土永磁合金原料重量為基準(zhǔn)15重量份的己酸作為表面活性劑，加入庚烷作為球磨介質(zhì)，密封后裝到球磨機(jī)上，以1425rpm的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨2小時(shí),得到SmCo5稀土永磁納米片狀粉體，用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)定其矯頑力He為17. 2k0e，飽和磁化強(qiáng)度Ms為75. lemu. g'該納米片狀粉體具有垂直于納米片表面的
取向織構(gòu)。其晶粒尺寸為21nm,片厚度約210nm。實(shí)施例2 在SPEX8000M型球磨機(jī)的高能球磨罐中放入5g PrCo5稀土永磁合金，以相比于該稀土永磁合金原料為10 : I的重量比放入(p4mm、(p8mm、(pl2mm三種不同粒徑的球磨鋼球，加入以稀土永磁合金原料重量為基準(zhǔn)15重量份的油酸作為表面活性劑，加入庚燒作為球磨介質(zhì)，密封后裝到球磨機(jī)上，以1425rpm的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨4小時(shí),得到PrCo5稀土永磁納米片狀粉體,測(cè)定其矯頑力He為5. 5k0e,飽和磁化強(qiáng)度札為65. 3emu. g'該納米片狀粉體具有垂直于納米片表面的
取向織構(gòu)。其晶粒尺寸為20nm，片厚度約160nmo實(shí)施例3 在SPEX8000M型球磨機(jī)的高能球磨罐中放入5g SmCo5稀土永磁合金，以相比于該稀土永磁合金原料為10 : I的重量比放入(p4mrn、(p8mm、<pl2mrn三種不同粒徑的球磨鋼球，加入以稀土永磁合金原料重量為基準(zhǔn)100重量份的三辛胺作為表面活性劑，力口入庚燒作為球磨介質(zhì)，密封后裝到球磨機(jī)上，以1425rpm的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨I. 5小時(shí)，得到SmCo5稀土永磁納米片狀粉體，測(cè)定其矯頑力He為17. 3k0e,飽和磁化強(qiáng)度Ms為76. 5emu. g'該納米片狀粉體具有垂直于納米片表面的
取向織構(gòu)。其晶粒尺寸為21nm,片厚度約210nm。

實(shí)施例4 在SPEX8000M型球磨機(jī)的高能球磨罐中放入5g Nd2Fe14B永磁合金，以相比于該稀土永磁合金原料為30 : I的重量比放入(p4mm、三種不同粒徑的球磨鋼球，加入以稀土永磁合金原料重量為基準(zhǔn)15重量份的油胺作為表面活性劑，加入庚燒作為球磨介質(zhì)，密封后裝到球磨機(jī)上，以1425rpm的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨4小時(shí),得到Nd2Fe14B稀土永磁納米片狀粉體，測(cè)定其矯頑力He為3. IkOe，飽和磁化強(qiáng)度Ms為76. 8emu.g'該納米片狀粉體具有納米片面內(nèi)
取向織構(gòu)。其晶粒尺寸為14nm，片厚度約150nm。實(shí)施例5 在SPEX8000M型球磨機(jī)的高能球磨罐中放入5g SmCo5永磁合金，以相比于該稀土永磁合金原料為10 : I的重量比放入(p4mra、<p8mm、fl2mm三種不同粒徑的球磨鋼球，加入以稀土永磁合金原料重量為基準(zhǔn)2重量份的油酸作為表面活性劑，加入己烷作為球磨介質(zhì)，密封后裝到球磨機(jī)上，以1425rpm的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨10小時(shí),得到SmCo5稀土永磁納米片狀粉體，測(cè)定其矯頑力He為20. IkOe,飽和磁化強(qiáng)度Ms為56. 2emu.g1。該納米片狀粉體具有垂直于納米片表面的
取向織構(gòu)。其晶粒尺寸為IOnm,片厚度約40nm。由上述可見(jiàn)，通過(guò)本發(fā)明的表面活性劑輔助高能球磨方法制備的稀土永磁納米片狀粉體，在保持原有結(jié)構(gòu)和優(yōu)越性的基礎(chǔ)上，具有各向異和高的矯頑力。以上實(shí)施例僅用于示例性地說(shuō)明本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。任何在本發(fā)明精神范圍內(nèi)的變化和改變，均落入本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種制備稀土永磁合金納米片狀粉體的方法，包括如下步驟 (1)將稀土永磁合金錠子破碎，至其粒徑小于200y m ; (2)將適合的球磨介質(zhì)加滿球磨罐，用鋼球作為磨球，加入輔助球磨的表面活性劑，在高能球磨機(jī)中將混合料進(jìn)行球磨，獲得具有納米晶微觀結(jié)構(gòu)的納米片狀粉體；其中，所述表面活性劑選自油酸、油胺、三辛胺、己酸、或它們的混合物； (3)過(guò)濾除去球磨介質(zhì)，將所得粉體進(jìn)行干燥處理。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中球磨用鋼球與稀土永磁合金原料的重量比為10:1-30:1。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述球磨用鋼球?yàn)槿N不同粒徑的鋼球，其粒徑分別為(p4nim、(p8mm、<pl2mm。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中高能球磨過(guò)程所用電機(jī)轉(zhuǎn)速為1200-1500rpm,優(yōu)選為1425rpm ;高能球磨時(shí)間為I 一 10小時(shí)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述球磨介質(zhì)選自能溶解所用的表面活性劑的非極性溶劑，例如庚烷或己烷。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中表面活性劑的加入量為2 100重量份，以合金粉末重量為基礎(chǔ)。。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法制備的稀土永磁合金納米片狀粉體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的稀土永磁合金納米片狀粉體，其中所述稀土永磁合金納米片狀粉體為SmCo5粉體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的稀土永磁合金納米片狀粉體，其中所述片狀粉體為各向異性的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8中任一項(xiàng)所述的稀土永磁合金納米片狀粉體，其中所述片狀粉體厚度為5-210nm，寬度為0. 2-13 u m,晶粒尺寸為9_21nm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備稀土永磁合金納米片狀粉體的方法，步驟如下(1)將稀土永磁合金錠子破碎至粒徑小于200μm；(2)將適合的球磨介質(zhì)加滿球磨罐，用鋼球作為磨球，加入輔助球磨的表面活性劑，在高能球磨機(jī)中將混合料進(jìn)行球磨，獲得具有納米晶微觀結(jié)構(gòu)的納米片狀粉體；(3)過(guò)濾除去球磨介質(zhì)，將所得粉體進(jìn)行干燥。本發(fā)明的方法不僅可改變合金粉體的形貌和性能，還能獲得具有高矯頑力和高各向異性的納米片狀粉體。所得納米片狀粉末可用于伺服電機(jī)、泵聯(lián)接器和傳感器等，在雙相硬/軟納米復(fù)合磁體方面也有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B22F9/04GK102784920SQ20121025036
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者趙立新, 鄭立允 申請(qǐng)人:河北工程大學(xué)