專利名稱：一種含鈮的鐵基稀土永磁體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉末冶金材料及其工藝領(lǐng)域，特別是利用爆炸燒結(jié)成型制造一種具有高飽和磁化強(qiáng)度和高磁能積的含鈮鐵基永磁材料的方法及此方法所直接制備的Ra(Fe1-x-yNbxMy)100-α-βXβ永磁材料的技術(shù)領(lǐng)域。
永磁材料是一種極重要的電子、電工材料，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)，科技，航空航天業(yè)及民用設(shè)施之中。
自從1983年NdFeB永磁體問世以來，人們對研究和尋找新一代鐵基稀土永磁材料產(chǎn)生了極大的興趣，并相繼發(fā)現(xiàn)了一些有希望成為永磁材料的化合物，但由于種種原因還很難將這些化合物做成實(shí)用的磁體。
1990年，歐洲人發(fā)現(xiàn)了以稀土Sm和Fe為主要成分的具有Th2Zn17結(jié)構(gòu)的R2M17相(一種稀土一過渡族金屬間化合物)，通過低溫滲氮可產(chǎn)生具有良好內(nèi)稟磁特性的R2M17Ny化合物，該化合物完全具備了可制成稀土永磁體的基礎(chǔ)。這個發(fā)現(xiàn)很快引起了世界科技界及工業(yè)界的注意。隨后中國科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)ThMn12結(jié)構(gòu)的1∶12相NdFe11Ti的氮化物也有類似的特征，而且由于稀土元素以Nd為主，F(xiàn)e的相對含量更高，因此，比Th2Zn17結(jié)構(gòu)的Sm2Fe17Ny更具有吸引力。近年來，許多研究人員都在努力研究該化合物，并希望能把它做成磁體，但到目前為止還沒有人能把該化合物做成較為理想的磁體，其主要原因如下R2M17Ny相或Nd Fe11TiNy是一種亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，不可能通過原材料冶煉直接獲得，只能在一定溫度下通過固一氣相反應(yīng)，向R2M17或NdFe17Ti里滲氮獲得，而且上述合金需磨成很細(xì)的粉末(400μm)，以便氮能均勻地擴(kuò)散進(jìn)入合金晶格中，得到具有相同結(jié)構(gòu)的均勻的R2M17Ny或NdFe11TiNy。同時也正由于R2M17Ny或Nd Fe11TiNy的亞穩(wěn)特性，它們在700℃便幾乎完全分解成α-Fe及稀土氮化物，而且不再能恢復(fù)成原來的氮化物相，而傳統(tǒng)的粉末冶金方法制備磁體一般都是通過把粉末壓制成型后在高溫(＞1000℃)下燒結(jié)而成，在此顯然不能適用。這是制造大塊高密度R2M17Ny或Nd Fe11TiNy永磁體所遇到的主要障礙。
另外，為獲得較高的內(nèi)稟矯頑力，氮化后的合金粉末必須在非氧化環(huán)境下進(jìn)一步研磨到1-5μm，而這一過程將明顯降低其飽和磁化強(qiáng)度4πMs。更嚴(yán)重的是氮化粉末的退磁特性很差，其方形度(90%的4πMr對應(yīng)的外場Hk與內(nèi)稟矯頑力iHc的比值Hk/iHc)還不到0.5，而一般NdFeB的方形度大于0.9。這兩個因素嚴(yán)重降低了R2M17Ny和Nd Fe11TiNy應(yīng)具有的磁能積。
目前人們通過在Sm2Fe17Ny或Nd Fe11TiNy粉中加入一些低熔點(diǎn)金屬(如Zn，Sn，In等)粉末，然后在低于其分解溫度下燒結(jié)，用熔化的低熔點(diǎn)金屬把氮化粉末粘起來制成磁體;或者在氮化粉中摻入有機(jī)粘合劑，如環(huán)氧樹脂，制成粘結(jié)磁體。但這些方法無法制造出高性能的磁體，原因是因?yàn)榧尤肓朔谴判越M分之后，大大降低了磁體的有效填充率(磁體材料的體積百分比)，磁體的剩磁明顯降低。另一方面，用這種方法得到的磁體的磁性，主要是靠磁粉的磁性，不是靠對磁體內(nèi)部組織的調(diào)整來提高磁體的磁性，例如歐洲專利申請文獻(xiàn)
申請?zhí)?9104753.2申請日1989.3.16題目MagneticMaterialsContainingRare-EarthElementIronNitrogenandHydrogen本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，從而提供一種在鐵基合金中引進(jìn)含鈮、釩、鉬等金屬，在一定條件下獲得高飽合磁化強(qiáng)度和高矯頑力磁粉，再經(jīng)快速成型制備含鈮鐵基稀土永磁體這一方法及采用此方法制備的Ra(Fe1-x-yNbxMy)100-α-βXβ永磁體。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的第一，在上述鐵基合金中引入諸如鈮、釩、鉬這樣的元素，通過對含鈮、鉬、釩的稀土-鐵基合金進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚谄渚Я?nèi)形成納米量級的脫溶微小顆粒，形成磁疇壁的晶內(nèi)釘扎機(jī)制，一方面能保證在較大顆粒度的粉末中獲得可觀的內(nèi)稟矯頑力，以提高最終制成品的飽和磁化強(qiáng)度;另一方面能顯著提高該材料的方形度，進(jìn)而提高其磁能積。
第二，建立一種不加任何粘接劑，在比上述合金氮化物分解短得多的時間內(nèi)完成氮化粉末的高壓高溫快速燒結(jié)，以制成填充率幾乎100%，磁體密度達(dá)到其理論密度95%以上的磁體的工藝;并且由于如此制備的磁體內(nèi)部磁性顆粒間的磁相互作用，進(jìn)一步改善其方形度。
第三，通過使用Fe取代傳統(tǒng)Sm-Co磁體中的大部分Co，以及甚而用Nd、Pr等取代Sm，大大地降低磁體原材料的成本。
本發(fā)明是采取以下幾方面措施來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的其一通過組份的調(diào)整本發(fā)明中的磁性材料是以Fe為主的過渡族金屬元素及以Sm或Nd為主的稀土元素，摻入Nb做成合金，然后向該合金內(nèi)滲入X組成通式如下的化合物
其中R為單一的Sm或Nd，Sm或Nd和一個以上的如下元素Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Th、Pa、U、Np、Pu，Y的混合物;
M為一個或一個以上的下述元素Co，Al，Cu，Zr，Si，Ca，Sn，Ni，In，Bi，Zn，Ti，Mo，W，V，Ge，Re，Hf，S，等。
X為單一的N，C或一種以上的下述元素N，H，C原子比各成分含量如下α＝6-25β＝5-30X為0.001-0.20y為0-0.4;其余量為不可避免的雜質(zhì)其二通過制造工藝上采用五個措施以達(dá)到目的(1)熔煉熔煉就是要獲得成分盡可能均勻的上述成份的母合金Fe和至少一種以Sm或Nd為主的稀土元素R以及Nb按所需成分配比稱料，放在高于lPa的真空下或在0.5-2個大氣壓的惰性氣體氣氛(如Ar)保護(hù)下通過感應(yīng)加熱，(溫度為1500-2300℃，時間為10-90分鐘)或在0.5-2個大氣壓的惰性氣氛下電弧熔煉，(溫度為1500-2300℃，時間為2-10分鐘)，制成成分盡可能均勻的母合金。
其中R為6-25原子百分比，F(xiàn)e為75-95原子百分比，Nb占總含鐵量的0.1-20原子百分比。
Co或至少一種M可同樣根據(jù)需要在熔煉時取代部分Fe加入到母合金中，但是Co及M的加入量分別限于如下原子百分比范圍內(nèi)Co0-50Al0-20Si0-10Ca0-15Cu0-15Zr0-10Ni0-10S0-5Hf0-10Sb0-7Ge0-5W0-7Mo0-7Ti0-10V0-10Sn0-10In0-5Bi0-5Zn0-10超出這些成分范圍磁體的磁性將會下降。
熔煉后獲得的母合金內(nèi)一般均可能存在一定的成分偏析，比如α-Fe，SmFe3這種成分偏析可導(dǎo)致最終磁體性能的下降，因此要想獲得更為理想性能的磁體，可采用對合金錠進(jìn)行均勻化熱處理，熱處理溫度可選擇在950-1400℃之間，熱處理時間可選擇在2小時到60天之間。
母合金同樣可以通過液相急冷方法(如液相旋淬法)或機(jī)械合金化方法獲得。
(2)微結(jié)構(gòu)調(diào)整的低溫?zé)崽幚砗辖鹪诤糜趌Pa的真空中，在500-700℃進(jìn)行0.5-2小時的熱處理，以形成納米級的脫溶微結(jié)構(gòu)，然后快速冷卻到室溫。這是本發(fā)明的關(guān)鍵步驟之一。
(3)破碎本發(fā)明中的關(guān)鍵成分X無法被直接熔煉到合金中獲得X填隙的結(jié)構(gòu)，而必須靠滲X方法經(jīng)固-氣相反應(yīng)把X加入到合金中，為了使X能充分而且均勻地進(jìn)入到母合金中，在滲X之前，母合金必須要破碎到一定的粒度。
破碎可采用任何方法，如氣流粉碎，振動破碎，氫脆破碎等，主要目的是要得到平均粒度為0.5-200微米的母合金粉，由于本發(fā)明中的合金易氧化，所以在合金粉碎過程中，尤其是當(dāng)粉末粒度已足夠細(xì)時，應(yīng)采用一定的防氧化手段，以防止合金氧化造成最終制造出的磁體性能降低，如在優(yōu)于lPa的真空條件下或在非氧化性氣體保護(hù)下(如N2，Ar)操作，或在氧和水的溶解度小的有機(jī)溶劑(如汽油、丙酮、石油醚等)保護(hù)下破碎。
(4)滲X滲X也是本發(fā)明中的關(guān)鍵步驟之一，因?yàn)槟负辖鸨旧聿⒉痪邆溆杏泊盘匦裕挥型ㄟ^把X滲入到母合金的晶格中，使母合金中的217相或1∶12相成為含X間隙原子的合金才具有了良好的硬磁特性。
其中X可以是一種或一種以上的下述元素N，H，C，滲X是把已破碎好的母合金放到具有一定X化學(xué)勢的氣氛中進(jìn)行的，滲X氣氛可以是單一的N2，NH3，CH4，C2H2，C4H8，CO，也可以是兩種或兩種以上的下列氣體的混合物N2，NH3，H2，CH4，C2H2，C4H8，CO，和所有的惰性氣體。因?yàn)檠鯐档痛朋w的磁性，所以在滲X氣氛中，氧含量應(yīng)低于5000ppm，因此要求在滲X過程中把母合金先放入到盡可能高的真空中(優(yōu)于3Pa)然后再通入純度＞99.9%的X氣體，滲X的氣體壓力可以是任意的，但過低的壓力會導(dǎo)致滲X的速度過慢，使?jié)BX時間過長;而過高的壓力會導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜化，所以采用的壓力可在0.1-10大氣壓范圍之內(nèi)。
滲X溫度可選擇在100-650℃之間，具體的溫度選擇可根據(jù)滲X時間及滲X氣氛和壓力決定，滲X溫度越低，滲X壓力越低，則滲X時間越長。當(dāng)溫度低于100℃，滲X的速度將過于緩慢，當(dāng)溫度高于650℃時，合金中α-Fe出現(xiàn)將會大大降低磁體的性能。
滲X時間可選擇在0.5-50小時之間，具體時間選擇根據(jù)滲X溫度及滲X氣氛壓力決定。滲X過程結(jié)束后，磁粉應(yīng)快冷到室溫，以保持步驟(2)中的脫溶結(jié)構(gòu)。
如果滲X時母合金粉過于細(xì)小，比如小于1微米，在滲X前及滲X過程中，合金粉易氧化，從而導(dǎo)致磁粉的性能降低，為了防止氧化，在上述工藝中必須嚴(yán)格遵守保護(hù)手段。
(5)合金粉在磁場中成型平均粒度小于5微米的合金粉，滲X后，合金粉可直接在磁場下壓制成型，如平均粒度在5-100微米合金粉滲X后，為進(jìn)一步提高矯頑力，合金粉可以經(jīng)二次破碎，使合金粉的平均粒度小于5微米，然后在磁場中再成型。
成型壓力為0.5-6噸/平方厘米，成型過程中所加磁場強(qiáng)度為10-20KOe。
(6)最終成型為了使磁體密度達(dá)到理論密度值的95%左右，需通過步驟(4)成型后的壓坯再經(jīng)過最終快速成型。
把壓制成型的壓坯放入一金屬包套中密封，該金屬包套所用材料可以是任意的具有一定韌性的金屬材料(如金屬鋁，銅，碳鋼，合金鋼等)，最終成型是通過在金屬包套上施加一個高速成型壓力場實(shí)現(xiàn)的，即在極短的時間內(nèi)，建立一個高壓場，加到金屬包套上，包套內(nèi)金屬粉受到高壓場的作用互相碰撞和磨擦，產(chǎn)生一定的溫升，在高壓下使包套內(nèi)壓坯燒結(jié)成型。本發(fā)明中使用的壓力場為103～108MPa，建立該壓力場的時間為0.01-100微秒。
(7)退火經(jīng)過步驟(6)就已經(jīng)得到了密度大于理論密度90%的實(shí)際磁體，但對有些成分的磁體，適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚砜梢赃M(jìn)一步改善磁體的性能，本發(fā)明中退火溫度選擇在150℃-650℃之間，退火時間為0.2-20小時之間，但退火溫度低于150℃時，退火的效果不明顯，當(dāng)退火溫度高于650℃時，磁體內(nèi)部的主相將分解，使磁體性能急劇下降。退火后磁體須快冷到室溫。
永磁體工藝流程有如下四種方式其制造工藝1配料-熔煉-(均勻化熱處理)-破碎5-100微米-滲X-[二次破碎(0.5-5微米)]-磁場成型-最終成型├(熱處理)工藝2配料-熔煉-(均勻化熱處理)-脫溶處理-破碎(5-100微米)-[二次破碎(0.5-5微米)]-滲X-磁場成型-最終成型。
├(熱處理)工藝3配料-機(jī)械合金化-(熱處理)-滲X-磁場成型-最終成型。
├(熱處理)。
工藝4配料-熔煉-液相急冷制粉-破碎-(熱處理)-滲X-(二次破碎)-磁場成型-最終成型。
├(熱處理)其中()的工藝表示該工藝過程可以采用也可不用。
本發(fā)明制備的鐵基稀土永磁體及其制造方法由下述實(shí)施例及附圖給出附

圖1Sm2Fe17及Sm2Fe17N3化合物的粉末X射線衍射圖附圖2Sm2Fe17Ny永磁體的退磁曲線附圖3Sm2(Fe0.95Nb0.05)17及其氮化物的粉末X射線衍射圖附圖4Sm2(Fe0.95Nb0.05)17Ny合金不同熱處理溫度對應(yīng)的磁體內(nèi)稟矯頑力和方形度。
附圖5Sm2(Fe1-xNbx)17N3研磨前后磁體的退磁曲線附圖6Sm2(Fe1-xNbx)17N3磁體的永磁特性隨X的變化，表1Sm2(Fe1-xNbx)17Ny永磁特性表2不同滲X條件下Sm2(Fe0.95Nb0.05)17Ny的永磁特性表3部分稀土取代Sm的永磁特性表4部分金屬取代Fe的永磁特性下面結(jié)合實(shí)施例和附圖詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明提出的具體材料成分及制備方法的工藝細(xì)節(jié)。
實(shí)施例1使用市售高純Sm，F(xiàn)e(純度＞99%)，按成分10.5at%Sm，89.5at%Fe(即Sm2Fe17)配好總重為30克的原料，其中Sm為7.2克，F(xiàn)e為22.8克，考慮到Sm在高溫下極易揮發(fā)，在上述基礎(chǔ)上再多加入2克的Sm，以保證熔煉后合金錠中Sm含量仍保持在10.5at%左右，在一個大氣壓的Ar惰性氣體的保護(hù)下用電弧爐熔煉成母合金錠，為保證母合金錠成分均勻，共熔煉三次，每次在1700℃熔煉2分鐘，母合金在1000℃真空中處理六小時，真空度好于5Pa，然后把母合金錠在有機(jī)溶劑(汽油)中震動破碎到平均粒度為30微米左右，把合金粉放到真空度高于5Pa的真空管式爐中，再通入一個大氣壓的高純(＞99.9%)氮?dú)?，?20℃滲氮2小時，得到Sm2Fe17Ny的合金粉，圖1是滲氮后的粉末X射線衍射結(jié)果。
滲完氮后的合金粉通過球磨進(jìn)行第二次破碎，球磨是在汽油中進(jìn)行的，球料比為201，球磨時間為8小時，球磨后合金粉平均粒度約為2微米。
球磨后的粉在1.5噸/平方厘米壓力下在17KOe磁場中成型。把成型后的壓塊用Fe包套密封，采用爆炸壓制成型，得到最終快速成型磁體。
密度測量表明，成型后磁體密度為理論密度的99%，達(dá)到7.4克/立方厘米，圖2是剛滲完氮的粉、二次破碎后的粉以及成型后磁體的退磁曲線。
實(shí)施例2類似于實(shí)施例1，按成分10.5at%Sm，4.5at%Nb和85.0at%Fe[即按Sm2(Fe0.95Nb0.05)17]的配方稱料。
均勻化處理結(jié)束后的合金在破碎前，分別在500℃，600℃和700℃進(jìn)行1小時的真空熱處理，真空度好于5Pa，熱處理結(jié)束后快冷到室溫。
滲氮工藝條件同實(shí)施例1。滲氮前后粉末X-射線射圖如圖3氮化粉不經(jīng)二次破碎，按實(shí)施例1的工藝條件快速成型，成型后磁體的內(nèi)稟矯頑力和方形度見圖4。
實(shí)施例3按表1的成分配方，其它工藝條件同實(shí)施例2，但選擇母合金熱處理溫度在600℃，其它條件不變。
磁體的退磁曲線見圖5a，對應(yīng)的永磁性能見表1和圖6a、6b、6c、6d。
實(shí)施例4滲氮結(jié)束時的工藝條件如實(shí)施例3，滲氮粉通過球磨進(jìn)行第二次破碎，球磨是在汽油中進(jìn)行的，球料比20∶1，球磨時間為3小時(但No.1為8小時)球磨后合金粉的平均顆粒度約為2μm(No.1的略小)成型工藝如實(shí)施例3。
磁體的退磁曲線見5b，對應(yīng)的永磁性能見表1和圖6a、6b、6c、6d。
表1.Sm2(Fe1-xNbx)17Ny快速成型磁體的永磁特性樣品號123456備注X00.0050.010.050.10.2ρ(g/cm3) 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4Br4.98.010.511.29.36.1*(kGs)9.09.49.610.58.04.1**jHc0.83.14.26.34.51.0*(kOe)0.28.08.18.06.91.6**Hk/jHc0.320.235.043.630.210.0*(%)20.134.835.244.520.210.1**(BH)max1.57.013.818.011.12.0*(MGOe)13.517.017.320.110.21.8**＊為二次研磨以前的，見實(shí)施例3＊＊為經(jīng)過二次研磨的，對應(yīng)實(shí)施例4
例5把實(shí)施例2中經(jīng)600℃一小時真空熱處理后破碎的平均粒度為30微米左右的母合金粉，在0.5大氣壓下的高純氮?dú)夥障?，?40℃滲氮3小時，然后利用同實(shí)例4球磨和成型條件，其它工藝條件同實(shí)施例2一樣制做。
得到的結(jié)果見表2。
例6把例5中的滲氮壓力改為3個大氣壓，滲氮溫度為430℃，滲氮時間改為2小時，其它工藝條件同例5。
得到的結(jié)果見表2。
例7把例5中的滲氮條件改為一個大氣壓的含50%NH3和50%H2的混合氣體，在420℃滲2小時，得到Sm(Fe0.95Nb0.05)17(N96H4)y合金粉，其他工藝條件同例2，得到的結(jié)果見表2。
例8把例5中的滲氮改為滲碳，把同于例5的平均粒度為30微米左右的母合金粉放入到一個大氣壓的高純C2H2中，在500℃下滲碳2小時，其他工藝條件同例2。
得到的結(jié)果見表2。
例9母合金錠準(zhǔn)備同例2，把合金錠振動破碎到平均粒度為30微米左右，然后球磨6小時后滲氮，滲氮條件為在一個大氣壓的高純氮?dú)夥障?，?20℃滲氮1小時。
滲氮后粉末直接成型，成型工藝同例2。
得到的結(jié)果見表2。
表2.
實(shí)施例號 Br(KGs) jHc(KOe) Hk/jHc(%) (BH)max(MGOe)510.27.84219.5610.68.24520.2710.58.54420.089.87.94018.099.58.34117.0例10-14把例2中的原始合金成分改為如下成分(均為原子百分比)Sm10Er0.5Fe85.0Nb4.5;實(shí)際配料Sm7.1+2.1gEr0.3gFe20.6gNb2.0gSm10Gd0.5Fe85.0Nb4.5;實(shí)際配料Sm7.1+2.1gGd0.34gFe20.56gNb2.0gSm10Dy0.5Fe85.0Nb4.5;實(shí)際配料Sm7.1+2.1gDy0.36gFe20.54gNb2.0g
Sm10Dy0.5Fe85.0Nb4.5;實(shí)際配料Sm7.1+2.1gDy0.36gFe20.54gNb2.0gSm9.5Pr1Fe85.0Nb4.5;實(shí)際配料Sm6.5+1.9gPr0.64gFe20.86gNb2.0gSm9.5Nd1Fe85.0Nb4.5;實(shí)際配料Sm6.5+1.9gNd0.65gFe20.85gNb2.0g其他工藝條件同例4。
所得結(jié)果見表3。
表3BriHc(BH)maxTc密度(KGs)(KOe)(MGOe)(℃)(g/cm)Sm10Er0.5Fe85.0Nb4.59.78.516.84677.3Sm10Gd0.5Fe85.0Nb4.58.88.413.94717.3Sm10Dy0.5Fe85.0Nb4.59.08.315.44687.3Sm9.5Pr1Fe85.0Nb4.510.77.817.04687.4Sm9.5Nd1Fe85.0Nb4.510.87.917.24687.4例14-18過渡族金屬元素添加把例2中的原始合金成分改為如下成分(原子百分比)Sm10.5Fe63.0Co22Nb4.5;實(shí)際配料Sm7.1+2.1gFe15gCo5.8gNb2.0g
Sm10.5Fe74.5Al10.5Nb4.5;實(shí)際配料Sm7.5+2.23gFe19.2gAl1.3gNb2.0gSm10.5Fe76.5Ni85.0Nb4.5;實(shí)際配料Sm7.2+2.2gFe18.6gNi2.2gNb2.0gSm10.5Fe82.5Ti2.5Nb4.5;實(shí)際配料Sm7.2+2.2gFe20.2gTi0.6gNb2.0gSm10.5Fe62.5Co18A14.5Nb4.5;實(shí)際配料Sm7.3+2.2gFe15.3gCo4.9gAl0.5Nb2.0g其他工藝條件同例4。
所得結(jié)果見表4。
表4BriHc(BH)maxTc密度(KGs)(KOe)(MGOe)(℃)(g/cm)Sm10.5Fe63.0Co22Nb4.511.07.822.13117.4Sm10.5Fe74.5Al10.5Nb4.58.88.215.43737.4Sm10.5Fe76.5Ni8.5Nb4.58.98.214.64457.4Sm10.5Fe82.5Ti2.5Nb4.58.59.713.94827.4Sm10.5Fe62.5Co18A14.58.29.814.13817.4實(shí)施例19、
按Nd Fe10.5Nb0.5Mo2原子比配方，考慮到Nd的揮發(fā)，配料時Nd多加5wt%。Nd和Mo的純度優(yōu)于99%，F(xiàn)e的純度同實(shí)施例1。
其他工藝過程同實(shí)施便2，由此獲得的永磁體磁性能為密度 ρ＝7.8(g/cm3)剩磁Br＝8kGs內(nèi)稟矯頑力iHc＝7kOe磁能積 (BH)max＝14MGO實(shí)施例20按NdFe10.5Nb0.5Ti原子比配方，其他工藝條件與實(shí)施例19同，永磁體性能如下P＝7.8(g/cm3)Br＝7.5kGsiHc＝6kOe(BH)max＝12MGO6、效果由于本發(fā)明在合金中添加適量的Nb，并經(jīng)過恰當(dāng)?shù)臒崽幚韥碚{(diào)整合金的金相結(jié)構(gòu)，因而合金在滲X后可以不經(jīng)二次破碎，或只進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩纹扑?，即可以在保留較高的剩磁的前提下獲得可觀的矯頑力，并且方形度得到改善，所以磁粉具有獲得較高磁能積磁體的可能。
由于本發(fā)明中的合金在高溫下不穩(wěn)定，所以不可能使用傳統(tǒng)的粉末燒結(jié)方法制成實(shí)際磁體，如采用加入低熔點(diǎn)金屬低溫?zé)Y(jié)方法，有機(jī)粘結(jié)劑法，由于非磁性相加入降低了磁體的剩磁，所以不可能通過此方法得到高剩磁磁體，本發(fā)明采用了快速成型技術(shù)，同時克服了上述兩種障礙，既不使用高溫?zé)Y(jié)方法，也不加入非磁性材料，但卻得到了密度大于上述2∶17或1∶12相的理論密度的95%的幾乎含百分之百的磁性相的高性能磁體。
本發(fā)明通過新的成型技術(shù)，不采用傳統(tǒng)的燒結(jié)方法，卻獲得了與燒結(jié)方法一樣的永磁體，在此基礎(chǔ)上，我們可采用與燒結(jié)方法中后繼熱處理相似的工藝方法改變永磁體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)來提高磁體磁性能。
本發(fā)明使用Fe取代了傳統(tǒng)Sm-Co磁體中的大部分Co，甚至以Nd、Pr等取代Sm所以磁體成本明顯低于傳統(tǒng)的Sm-Co磁體。
本發(fā)明在磁體的居里溫度Tc和各向異性場Ha方面優(yōu)于NdFeB磁體，因此熱穩(wěn)定性優(yōu)于NdFeB磁體。
本發(fā)明的主要產(chǎn)物是含Nb的稀土-鐵基合金的X化物，因此其抗腐蝕特性，也優(yōu)于NdFeB磁體，尤其是當(dāng)X為N時更是如此。
權(quán)利要求
1.一種含鈮的鐵基稀土永磁體，其通式為其中R為單一的Sm或Nd，Sm或Nd和一個以上的下述元素Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Th、Pa、U、Np、Pu，Y的混合物；M為一個或一個以上的下述元素Co，Al，Cu，Zr，Si，Ca，Sn，Ni，In，Bi，Zn，Ti，Mo，W，V，Ge，Re，Hf，S；X為單一的N、C或一種以上的下述元素N、H、C；按原子百分比組分成α為6-25β為5-30X為0.001-0.20y為0-0.4M的加入量分別限于如下原子百分比范圍內(nèi)Co 0-50 Al 0-20 Si 0-10 Ca 0-15Cu 0-15 Zr 0-10 Ni 0-10 S 0-5Hf 0-10 Sb 0-7 Ge 0-5 W 0-7Mo 0-7 Ti 0-10 V 0-10 Sn 0-10In 0-5 Bi 0-5 Zn 0-10。
2.按權(quán)利要求1所述的含鈮的鐵基稀土永磁體，其特征在于鈮占鐵的原子比X為0.001-0.20
3.按權(quán)利要求1所述的含鈮的鐵基稀土永磁體，其特征在于鈮占鐵的原子比X為0.01-0.1
4.按權(quán)利要求1所述的含鈮的鐵基稀土永磁體，其特征在于鈷占鐵的原子百分比為2-20
5.按權(quán)利要求1所述的含鈮鐵基稀土永磁體，當(dāng)R以Nd為主時M必須包含至少含一種下列元素Ti，Mo，V，Cr，M，Si或Al等。
6.一種直接制備權(quán)利要求1所述的含鈮鐵基稀土永磁體的方法，按組成稱料后，經(jīng)防氧化加熱熔煉溫度為1500-2300℃下，熔煉2-90分鐘，所得母合金再經(jīng)均勻化處理(也可不處理)后，進(jìn)行微結(jié)構(gòu)調(diào)整的低溫?zé)崽幚?，然后在防氧化條件下粉碎母合金得到平均粒度約為0.5-200μm的合金粉;接著進(jìn)行滲X，先把合金粉放到真空度優(yōu)于3Pa真空室中，再通入高純含X氣氛，在該氣氛中氧含量必須低于5000ppm，滲X氣氛壓力為0.1-10大氣壓，溫度在100-700℃，滲X時間為0.5-50小時;把滲X后的合金粉放在10-20千奧斯特的磁場中，成型壓力為0.5-6噸/平方厘米下，壓制成坯，然后最終成型的制備含鈮鐵基稀土Ra(Fe1-x-yNbxMy)100-α-βXβ永磁體的方法，其特征在于再將成型的壓坯放入金屬包套中密封，把密封的包套放入一個在0.01-100微秒內(nèi)迅速建立起來的103-108MPa的高壓力場中最終快速成型，成型后永磁體還可采取退火處理。
7.按權(quán)利要求6所述的制備含鈮鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所說的防氧化加熱熔煉是在1-5Pa的真空下感應(yīng)加熱溫度為1500-2300℃，時間為10-90分鐘;
8.按權(quán)利要求6所述制備鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所說的防氧化加熱熔煉是在0.5-2大氣壓的惰性氣氛保護(hù)下電弧加熱到1500-2300℃溫度下2-10分鐘。
9.按權(quán)利要求6所述的制備含鈮鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所說的母合金均勻化處理是在900-1300℃溫度下，在真空中或在惰性氣氛保護(hù)下再加熱2小時到60天。
10.按權(quán)利要求6所述的制備含鈮鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所述的微結(jié)構(gòu)調(diào)整的低溫?zé)崽幚硎窃诤糜?Pa的真空中，500-700℃溫度下保溫0.5-3小時，并快冷到室溫。
11.按權(quán)利要求6所述的制備含鈮鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所說的在采取一定防氧化條件下將母合金破碎到平均粒度為0.5-200μ是在真空度優(yōu)于10Pa下操作、在惰性氣體保護(hù)下操作、在有機(jī)溶劑汽油、丙酮、石油醚里操作，破碎方式為氣流粉碎、機(jī)械破碎、氫脆破碎。
12.按權(quán)利要求6、7、8、9、11所述的制備含鈮鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所述的惰性氣體是Ar、He、N2其惰性氣體的純度在99.5%-99.99%。
13.按權(quán)利要求6所述的制備含鈮鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所說的X是一種或一種以上的下述元素N、H、C;滲X的氣氛是單一的N2、NH3、CH4、C2H2、C4H8、CO;是兩種或兩種以上上述元素的混合物;H2、NH3、H2、CH4、C2H2、C4H8;是CO和所有的惰性氣體、是H2和所有惰性氣體的混合氣體。
14.按權(quán)利要求13所述的制備含鈮鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所述的滲X氣氛是NH3和H2混合氣體，其NH3和H2的相對體積比從1∶100～50∶100。
15.按權(quán)利要求6所述的制備含鈮鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所說的金屬包套是有一定韌度的鋁、銅、碳鋼、合金鋼等金屬材料做成。
16.按權(quán)利要求6所述的制備含鈮鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所說的最終快速成型是爆炸燒結(jié)技術(shù)。
17.按權(quán)利要求6所述的制備含鈮鐵基稀土永磁體的方法，其特征在于所說的退火處理是在溫度150-650℃下退火0.2-20小時。
全文摘要
本發(fā)明在于提供一種在鐵基合金中引進(jìn)含鈮、釩、鉬等金屬，在一定條件下獲得高飽和磁化強(qiáng)度和高矯頑力磁粉，再經(jīng)快速成型制備含鈮鐵基稀土永磁體制備方法。由于本發(fā)明在合金中添加適量的Nb，并經(jīng)過恰當(dāng)?shù)臒崽幚韥碚{(diào)整合金的金相結(jié)構(gòu)，因而合金在滲X后可以不經(jīng)二次破碎，或只進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩纹扑椋纯梢栽诒Ａ糨^高的剩磁的前提下獲得可觀的矯頑力，并且方形度得到改善，所以磁體具有較高磁能積。
文檔編號B22F3/00GK1082758SQ92105409
公開日1994年2月23日 申請日期1992年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月10日
發(fā)明者饒曉雷, 胡伯平, 許建民, 劉貴川, 王亦忠, 高景蘭, 宋琪, 劉蕾, 金國順, 吳宗林, 劉英烈, 張澄覆, 尹林, 李華 申請人:北京三環(huán)新材料高技術(shù)公司