本發(fā)明是一種采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)的熱壓熱變形法制備摻雜PrCu合金的SmCo5稀土永磁體的方法，屬于磁性材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：要實(shí)現(xiàn)磁體的實(shí)用化，必須制備塊狀的高性能各向異性磁體，制備塊狀各向異性磁體的主要方法有傳統(tǒng)的粉末冶金法和熱壓熱變形法。SmCo5磁體的制備方法一般是傳統(tǒng)的粉末冶金法。傳統(tǒng)的粉末冶金法制備的各向異性磁體的晶粒都是微米級的。而熱壓熱變形法可以制備納米晶的各向異性磁體。納米晶磁體具有單疇尺寸，可提高材料的矯頑力；納米晶之間存在強(qiáng)烈的交換耦合，提高材料的剩磁比，增強(qiáng)磁體的磁性能。但是納米顆粒之間的團(tuán)簇作用很強(qiáng)，粉末取向極其困難，無法采用傳統(tǒng)方法制備各向異性磁體，所以研究人員采用熱壓熱變形的方法制取各向異性的納米晶磁體，并且獲得了成功。它是在一定的溫度和壓力下，首先獲得納米晶熱壓磁體，然后使納米晶熱壓磁體進(jìn)行熱變形，達(dá)到合適的形變量，從而獲得形變織構(gòu)形成納米晶的各向異性磁體。納米晶磁體的力學(xué)性能和耐腐蝕性能都顯著優(yōu)于燒結(jié)的微米晶磁體。因此，采用熱變形法制備納米晶SmCo5磁體，一直為研究者所關(guān)注。SmCo5化合物具有CaCu5型的六方結(jié)構(gòu)，六方晶體結(jié)構(gòu)由于理論上具有較少的滑移系，所以變形困難，這也導(dǎo)致SmCo5在常溫下具有高硬度低塑性的特征。但是，當(dāng)SmCo5晶粒尺寸達(dá)到納米級時，在高溫下進(jìn)行熱變形處理，磁體的變形量可以達(dá)到90％甚至更高，這樣就能獲得具有良好形變織構(gòu)的各向異性納米晶磁體。2008年，代頓大學(xué)M.Q.Huang用快淬和熱變形方法制得SmCo系各向異性納米晶磁體，獲得難軸和易軸的剩磁比Mr-hard/Mr-easy＝0.4，Hci＝9kOe，(BH)max＝13.2MGOe。而本研究組提出了一種利用放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)(簡稱SPS)制備熱壓熱變形磁體的新技術(shù)，即大變形量、高溫、高應(yīng)力和低應(yīng)變率的SPS熱變形新技術(shù)。該方法首先采用SPS熱壓燒結(jié)出納米晶(20～50nm)的磁體，然后將磁體放入模具中進(jìn)行SPS熱變形，得到晶粒的c軸方向(易磁化軸)與壓力方向平行排列的板條狀納米級(～幾百納米)晶粒，從而獲得理想的變形織構(gòu)和高的磁性能。對SmCo5磁體而言，發(fā)現(xiàn)只有在大變形量下(80～95％)才可能獲得明顯的變形織構(gòu)。SmCo5磁體在變形量為90％時，形成了強(qiáng)烈的(00l)方向的織構(gòu)，其(002)峰遠(yuǎn)高于其他衍射峰，磁體的剩磁為8.4kGs，剩磁比為90％，矯頑力為10kOe，最大磁能積為17.3MGOe，熱變形后的磁體具有強(qiáng)各向異性和高磁性能。但是，這種SmCo5磁體經(jīng)過變形后的矯頑力下降較多，因此，如何提高熱變形磁體的矯頑力成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。而北京大學(xué)的FangmingWan等人研制了在單相NdFeB磁體中摻雜低熔點(diǎn)的PrCu液相合金，獲得了高矯頑力的磁體。其矯頑力的增加和晶界層的改變有關(guān)。最新研究表明，在傳統(tǒng)的NdFeB磁體中，其晶界相并不是非磁性相，具有鐵磁性的，其晶粒間存在交換耦合作用。因此，一旦反磁化疇在缺陷或者尖銳的邊緣處形核，由于反磁化疇的擴(kuò)展，反磁化過程很容易進(jìn)行。然而，在摻雜非磁性的PrCu合金后，晶界處形成了厚的和非磁性的邊界層，晶粒之間的去磁耦合更好，所以在晶粒間的磁化反轉(zhuǎn)更不容易延續(xù)。另外，由于晶粒邊界變的更加光滑，也阻礙了反磁化疇的形核。因此，摻雜PrCu合金的單相NdFeB磁體獲得了很高的矯頑力。另外，文件CN102248157A也公開了一種在NdFeB磁粉中擴(kuò)散PrCu合金提高矯頑力的方法。上述摻雜PrCu合金的方法在單相NdFeB磁體中已經(jīng)獲得了良好效果，但在SmCo5磁體中還沒有進(jìn)行相關(guān)報道。因此，本申請?zhí)岢鲆环N采用熱變形方法制備摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體的新方法。在SmCo5高能球磨粉中混入低熔點(diǎn)的液相合金PrCu粉末，然后采用SPS進(jìn)行熱變形來獲得納米晶各向異性磁體。這種方法主要有以下好處：1.熱變形過程中PrCu相做為界面相，可以隔絕SmCo5硬磁相，減弱兩硬磁相之間的交換耦合作用，提高矯頑力；2.PrCu合金中的Pr可以替代Sm進(jìn)入SmCo5主相中，形成(SmPr)Co5化合物，而(SmPr)Co5的飽和磁化強(qiáng)度高于SmCo5，因而能夠提高磁體的飽和磁化強(qiáng)度和剩磁，從而提高磁體的磁性能；3.在熱變形過程中PrCu相液化后分散在晶界處，也可以協(xié)調(diào)SmCo5的熱變形，最終促進(jìn)SmCo5獲得良好變形織構(gòu)。而SPS技術(shù)具有高壓、低溫、快速的燒結(jié)優(yōu)勢，能夠抑制晶粒長大，并且能夠在高壓、低溫的條件下使磁體致密化。因此，摻雜了PrCu合金的SmCo5磁體，熱變形后成為具有良好變形織構(gòu)和高矯頑力的納米晶SmCo5永磁體。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種采用SPS熱變形法制備摻雜PrCu合金的SmCo5稀土永磁體的方法。一種摻雜PrCu合金的SmCo5稀土永磁體，其特征在于，用于摻雜的PrCu合金占總重量的比為2～15wt.％。復(fù)合磁體的變形量為60％～90％。PrCu合金中Pr的摩爾百分含量優(yōu)選為10～90％。本發(fā)明是一種采用SPS技術(shù)熱變形法制備摻雜PrCu合金的SmCo5稀土永磁體的方法，該方法主要包括下列步驟：(1)熔煉，SmCo5和PrCu合金鑄錠分別采用懸浮熔煉爐制備；(2)制備SmCo5粉末，采用高能球磨法將SmCo5鑄錠球磨成SmCo5非晶粉末；(3)制備PrCu粉末，將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(4)混粉，采用球磨的方法將SmCo5粉和PrCu粉按比例混粉均勻；(5)粉末裝模，將混合均勻的復(fù)合粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(6)熱壓磁體，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力450～500MPa、680～720℃和保溫30秒的條件下熱壓燒結(jié)，獲得各向同性的納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5磁體；(7)熱變形磁體，將熱壓磁體裝入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力30～60MPa，熱變形溫度為800～900℃，變形量為60～90％，獲得各向異性的納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體；(8)熱處理，將熱變形磁體放入管式爐中，在650～680℃氬氣環(huán)境下保溫1小時，促進(jìn)PrCu合金的擴(kuò)散，增強(qiáng)晶粒之間的磁隔絕而提高磁體的矯頑力，同時Pr替換部分Sm而提高了磁體的剩磁。本發(fā)明的有益效果(1)相對于未摻雜PrCu合金的SmCo5熱變形稀土永磁體的方式，摻雜PrCu合金的SmCo5熱變形永磁體，熱變形的過程中PrCu相做為界面相，可以減弱SmCo5和SmCo5兩個硬磁相之間的交換耦合作用，提高矯頑力；(2)在熱變形的過程中PrCu相液化后分散在晶界處，可以促進(jìn)SmCo5相的熱變形而獲得良好變形織構(gòu)；(3)獲得的納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體，具有良好的磁性能、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性能及力學(xué)性能。具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述實(shí)施方式。實(shí)施例1(1)熔煉。SmCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；Pr10Cu90低熔點(diǎn)合金采用懸浮熔煉爐制備；(2)制備SmCo5粉末。采用高能球磨法將SmCo5鑄錠球磨成SmCo5非晶粉末；(3)制備PrCu粉末。將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法將SmCo5粉和PrCu粉混合均勻，PrCu粉末占總重量的2wt.％；(5)粉末裝模。將混合均勻的粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(6)熱壓磁體。使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力500MPa、680℃和保溫30秒的條件下熱壓燒結(jié)，獲得各向同性的納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體；(7)熱變形磁體。將熱壓磁體裝入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力30MPa，熱變形溫度為800℃，變形量為60％，獲得各向異性納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體。(8)熱處理。將熱變形磁體放入管式爐中，在650℃氬氣環(huán)境下保溫1小時。對比例1(1)熔煉。SmCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；(2)制備SmCo5粉末。采用高能球磨法將SmCo5鑄錠球磨成SmCo5非晶粉末；(3)粉末裝模。將SmCo5非晶粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(4)其余步驟參照實(shí)施例1。實(shí)施例2(1)熔煉。SmCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；Pr30Cu70低熔點(diǎn)合金采用懸浮熔煉爐制備；(2)制備SmCo5粉末。采用高能球磨法將SmCo5鑄錠球磨成SmCo5非晶粉末；(3)制備PrCu粉末。將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法將SmCo5粉和PrCu粉混合均勻，PrCu粉末占總重量的6wt.％；(5)粉末裝模。將混合均勻的粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(6)熱壓磁體。使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力480MPa、700℃和保溫30秒的條件下熱壓燒結(jié)，獲得各向同性的納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體；(7)熱變形磁體。將熱壓復(fù)合磁體裝入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力40MPa，熱變形溫度為850℃，變形量為70％，獲得各向異性納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體。(8)熱處理。將熱變形磁體放入管式爐中，在660℃氬氣環(huán)境下保溫1小時。對比例2(1)熔煉。SmCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；(2)制備SmCo5粉末。采用高能球磨法將SmCo5鑄錠球磨成SmCo5非晶粉末；(3)粉末裝模。將SmCo5非晶粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(4)其余步驟參照實(shí)施例2。實(shí)施例3(1)熔煉。SmCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；Pr60Cu40低熔點(diǎn)合金采用懸浮熔煉爐制備；(2)制備SmCo5粉末。采用高能球磨法將SmCo5鑄錠球磨成SmCo5非晶粉末；(3)制備PrCu粉末。將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法將SmCo5粉和PrCu粉混合均勻，PrCu粉末占總重量的10wt.％；(5)粉末裝模。將混合均勻的粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(6)熱壓磁體。使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力500MPa、700℃和保溫30秒的條件下熱壓燒結(jié)，獲得各向同性的納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體；(7)熱變形磁體。將熱壓復(fù)合磁體裝入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力50MPa，熱變形溫度為880℃，變形量為80％，獲得各向異性納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體。(8)熱處理。將熱變形磁體放入管式爐中，在670℃氬氣環(huán)境下保溫1小時。對比例3(1)熔煉。SmCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；(2)制備SmCo5粉末。采用高能球磨法將SmCo5鑄錠球磨成SmCo5非晶粉末；(3)粉末裝模。將SmCo5非晶粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(4)其余步驟參照實(shí)施例3。實(shí)施例4(1)熔煉。SmCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；Pr90Cu10低熔點(diǎn)合金采用懸浮熔煉爐制備；(2)制備SmCo5粉末。采用高能球磨法將SmCo5鑄錠球磨成SmCo5非晶粉末；(3)制備PrCu粉末。將PrCu合金進(jìn)行快淬得到快淬薄帶，然后采用高能球磨法將PrCu薄帶球磨成PrCu非晶粉末；(4)混粉。采用球磨法將SmCo5粉和PrCu粉混合均勻，PrCu粉末占總重量的15wt.％；(5)粉末裝模。將混合均勻的粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(6)熱壓磁體。使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力450MPa、720℃和保溫30秒的條件下熱壓燒結(jié)，獲得各向同性的納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體；(7)熱變形磁體。將熱壓復(fù)合磁體裝入石墨模具內(nèi)，使用放電等離子燒結(jié)設(shè)備，在真空、壓力60MPa，熱變形溫度為900℃，變形量為90％，獲得各向異性納米晶的摻雜PrCu合金的SmCo5永磁體。(8)熱處理。將熱變形磁體放入管式爐中，在680℃氬氣環(huán)境下保溫1小時。對比例4(1)熔煉。SmCo5鑄錠采用懸浮熔煉爐制備；(2)制備SmCo5粉末。采用高能球磨法將SmCo5鑄錠球磨成SmCo5非晶粉末；(3)粉末裝模。將SmCo5非晶粉末裝入WC硬質(zhì)合金模具內(nèi)；(4)其余步驟參照實(shí)施例4。表1室溫(20℃)下實(shí)施例和對比例的磁性能和密度對比性能矯頑力(kOe)剩磁(kGs)密度(g/cm3)實(shí)施例120.447.118.28對比例118.257.168.25實(shí)施例224.217.508.31對比例220.357.558.28實(shí)施例319.118.138.33對比例317.568.228.28實(shí)施例415.167.818.35對比例410.158.308.29總結(jié)本發(fā)明利用放電等離子燒結(jié)制備了一種摻雜PrCu合金的SmCo5稀土永磁體。相對于未摻雜PrCu合金的SmCo5熱變形稀土永磁體的方式，摻雜PrCu合金的SmCo5熱變形稀土永磁體，熱變形的過程中PrCu相做為界面相，可以隔絕SmCo5和SmCo5兩個硬磁相，減小互擴(kuò)散，減弱SmCo5和SmCo5兩個硬磁相之間的交換耦合作用，提高矯頑力；在熱變形的過程中PrCu相液化后分散在晶界處，可以促進(jìn)SmCo5相的熱變形；摻雜PrCu合金的SmCo5熱變形磁體比未摻雜的SmCo5熱變形磁體的性能明顯提高。獲得的納米晶摻雜PrCu合金的SmCo5磁體具有良好的磁性能、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性能及力學(xué)性能。當(dāng)前第1頁1 2 3