本發(fā)明屬于磁性材料技術領域，尤其涉及一種亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金氮化晶化的方法。

背景技術：

稀土永磁材料已經歷經了三代發(fā)展，伴隨著器件小型化的發(fā)展趨勢，釤鐵氮磁體規(guī)避了第三代稀土永磁材料—釹鐵硼在物理特性上的一些弱點，成為新一代稀土永磁材料的研究熱點。氮原子的引入使釤鐵氮化合物具有了優(yōu)異的磁性能，因此氮化處理在釤鐵氮磁體制備中起著至關重要的作用。傳統(tǒng)的釤鐵氮永磁體制備過程中的氮化處理工藝流程基本相同，都是晶化處理釤鐵合金后，對具有穩(wěn)定th2zn17晶體結構的sm2fe17化合物進行氣體-固相反應法氮化處理，只是介質和狀態(tài)有所不同，可以概括為單一氣體氮化工藝和混合氣體氮化工藝。從釤鐵氮微觀結構的分析上可看出，氮的引入使氮原子占據了sm2fe17化合物晶格間隙位置，形成晶格畸變，單胞體積發(fā)生膨脹5~7%，而原化合物的結構并沒有變化。這種晶態(tài)氮化處理時間長、極易導致釤鐵合金氮化不完全、氮分布不均勻等情況。

目前，一些授權或公開的發(fā)明專利涉及到釤鐵合金在氮化工藝領域的應用，如專利文獻cn104347214b提出了一種氮化物稀土永磁粉的制備方法，采用周期性氮化處理方式，但是依然是對晶態(tài)釤鐵合金進行氮化處理，反復氮化時間、周期較長。發(fā)明專利[申請?zhí)朿n101599329b]提出了一種含氮稀土磁粉及其制備方法，其氮化工序是通過添加部分有機物增大氮的擴散速度，提高氮的含量。除此之外，北京科技大學申請的專利cn02159665.4和cn03150162.1，以及日本大同特殊鋼株式會社在中國申請的專利cn01123172.6所涉及到釤鐵氮制備過程中的氮化工序皆是以r和fe為原料制備出具有晶體結構的r-fe合金，再在含氮的單一氣體或者混合氣體中滲氮制備成r-fe-n化合物。

金屬或合金在快速凝固過程中，由于冷卻速率極大，熔體原子的無序排列狀態(tài)被凍結下來，可以得到非晶態(tài)。根據有效結構理論，周堯和等指出金屬熔體的結構相當于固體中產生了原子大小的“空位”，而非晶將這些“空位”更多地保存了下來。近年來汪衛(wèi)華等研究表明，在非晶的形成過程中，合金內部凍結了大量的“缺陷”，即所謂的流變單元，流變單元中的原子能量更高、流動性更好、排列更加松散，非晶中具有可使n原子進入的位置，并且不存在晶位的限制。中國專利“一種鐵氮硼納米晶軟磁材料及其制備方法”將快淬制備的fe92b8非晶條帶置于管式氣氛爐中進行氮化，氮化是在體積分數為92%的nh3與體積分數為8%的h2的混合氣體中進行，制備出了軟磁材料。

目前，直接對亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金進行氮化處理，制備出含氮釤鐵合金永磁材料的相關研究還未有報道。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金氮化晶化的方法，本發(fā)明提供的方法滲氮速度較快，且氮原子分布較為均勻。

本發(fā)明提供了一種亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金氮化晶化的方法，包括：

將熔融態(tài)釤鐵合金進行快冷驟凝處理，得到亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金；

將所述亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金進行滲氮處和初步晶化處理，獲得氮化釤鐵合金；

將所述氮化釤鐵進行退火和晶化處理，得到釤鐵氮系永磁材料。

本發(fā)明利用亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金，通過對亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金進行氮化和初步晶化處理，然后進行充分退火和晶化處理，得到釤鐵氮系永磁材料。

本發(fā)明通過將熔融態(tài)釤鐵合金進行快冷驟凝處理，得到亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金，其中，所述快冷驟凝處理為霧化或者模冷。具體而言，對熔融態(tài)釤鐵合金進行模冷，可以獲得亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金薄帶；對熔融態(tài)釤鐵合金進行霧化，可得到亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金粉體。其中，釤鐵合金具體為sm2fe17。

具體而言，所述亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金包括非晶釤鐵合金、準晶釤鐵合金或納米晶釤鐵合金。其中，所述非晶釤鐵合金的非晶率大于50%；所述準晶釤鐵合金的準晶率大于50%；所述納米晶釤鐵合金的納米晶率大于50%。

獲得亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金后，對其進行滲氮和初步晶化處理，具體而言，本發(fā)明在高溫氮化爐中對所述亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金進行滲氮處和初步晶化處理。所述高溫氮化爐的溫度為350~450℃；所述高溫氮化爐的氮化氣氛為高純氮氣n2或氨氣nh3或二者混合物，氣氛壓力為0.1~1.0mpa；所述高溫氮化爐的保溫時間為3~8h。

處理完畢后，對得到的氮化釤鐵合金進行充分退火和晶化處理，具體而言，本發(fā)明將所述氮化釤鐵在真空退火爐中進行退火和晶化處理，所述真空退火爐的溫度為450~550℃。

本發(fā)明利用亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金，通過對亞穩(wěn)態(tài)釤鐵合金進行氮化和初步晶化處理，然后進行充分退火和晶化處理，得到釤鐵氮系永磁材料。對亞穩(wěn)態(tài)材料進行氮化時，由于亞穩(wěn)態(tài)合金中存在大量的流變單元，利于氮原子的擴散和均勻化，可顯著增加合金的滲氮量，并使得氮原子分布均勻；本發(fā)明在sm2fe17nx分解前完成晶化，減少或避免了形成氮化物，并且具有細化的微觀組織結構；另外，本發(fā)明提供的方法滲氮速度快，提高了釤鐵合金制備釤鐵氮磁性材料的氮化效率。

附圖說明

圖1是實施例1獲得的非晶態(tài)smfe合金薄帶氮化后x射線衍射圖；

圖2是實施例1獲得的非晶態(tài)smfe合金薄帶氮化后sem-eds掃描的元素面分布圖；

圖3是實施例3獲得釤鐵合金在氬氣氛中的tg-dsc曲線。

具體實施方式

以下結合實施例對本發(fā)明提供的釤鐵氮系永磁材料的制備方法進行進一步說明。

實施例1

將預配成分為sm2fe17的熔融態(tài)釤鐵合金液通過模冷技術進行快冷驟凝處理，制備出非晶態(tài)釤鐵合金薄帶，然后將合金薄帶放入高溫氮化爐中，控制高溫氮化爐的氮化溫度為450℃，氮化氣氛為高純氮氣n2，氣氛壓力為0.1mpa，保溫時間為5h，對合金薄帶進行充分滲氮和初步晶化，氮化后的合金薄帶再放入真空退火爐中，在530℃下充分晶化和退火，制備出了sm2fe17nx永磁材料。

對所述sm2fe17nx永磁材料進行分析，結果參見圖1和圖2，圖1是實施例1獲得的非晶態(tài)smfe合金薄帶氮化后x射線衍射圖，圖,2是實施例1獲得的非晶態(tài)smfe合金薄帶氮化后sem-eds掃描的元素面分布圖。由圖1和圖2可知，sm2fe17的衍射峰向低角度偏移了1~2°，氮原子滲入sm2fe17合金的晶格間隙中形成了sm2fe17nx。且sm和fe兩種元素在薄帶內部均勻分布，n元素滲入smfe合金中并均勻分布。

實施例2

將預配成分為sm2fe17的熔融態(tài)釤鐵合金液通過模冷技術進行快冷驟凝處理，制備出非晶態(tài)釤鐵合金薄帶，然后將合金薄帶放入高溫氮化爐中，控制高溫氮化爐的氮化溫度為400℃，氮化氣氛為高純氮氣n2與nh3混合氣體，氣氛壓力為0.7mpa，保溫時間為3h，對合金薄帶進行充分滲氮和初步晶化，氮化后的合金薄帶再放入真空退火爐中，在500℃下充分晶化和退火，制備出了sm2fe17nx永磁材料。

對所述sm2fe17nx永磁材料進行分析，結果表明，sm2fe17的衍射峰向低角度偏移了1~2°，氮原子滲入sm2fe17合金的晶格間隙中形成了sm2fe17nx。且sm和fe兩種元素在薄帶內部均勻分布，n元素滲入smfe合金中并均勻分布。

實施例3

將預配成分為sm2fe17的熔融態(tài)釤鐵合金液通過霧化技術進行快冷驟凝處理，制備出非晶態(tài)釤鐵合金粉體，然后將合金粉體放入高溫氮化爐中，控制高溫氮化爐的氮化溫度為350℃，氮化氣氛為高純氮氣n2，氣氛壓力為0.4mpa，保溫時間為4h，對合金粉體進行充分滲氮和初步晶化，氮化后的合金粉體再放入真空退火爐中，在550℃下充分晶化和退火，制備出了sm2fe17nx永磁材料。

對所述非晶態(tài)釤鐵合金粉體進行熱分析，結果參見圖3，圖3是實施例3獲得釤鐵合金在氬氣氛中的tg-dsc曲線。由圖3可知，在400~550℃之間的放熱峰表明了晶化過程，晶化峰溫度tp約為520℃，晶化起始溫度tx約為450℃，玻璃態(tài)轉變溫度tg約為435℃。

對所述sm2fe17nx永磁材料進行分析，結果表明，sm2fe17的衍射峰向低角度偏移了1~2°，氮原子滲入sm2fe17合金的晶格間隙中形成了sm2fe17nx。且sm和fe兩種元素均勻分布，n元素滲入smfe合金中并均勻分布。

實施例4

將預配成分為sm2fe17的熔融態(tài)釤鐵合金液通過霧化技術進行快冷驟凝處理，制備出納米晶態(tài)釤鐵合金粉體，然后將合金粉體放入高溫氮化爐中，控制高溫氮化爐的氮化溫度為380℃，氮化氣氛為高純氮氣n2與nh3混合氣體，氣氛壓力為0.9mpa，保溫時間為5h，對合金粉體進行充分滲氮和初步晶化，氮化后的合金粉體再放入真空退火爐中，在470℃下充分晶化和退火，制備出了sm2fe17nx永磁材料。

對所述sm2fe17nx永磁材料進行分析，結果表明，sm2fe17的衍射峰向低角度偏移了1~2°，氮原子滲入sm2fe17合金的晶格間隙中形成了sm2fe17nx。且sm和fe兩種元素均勻分布，n元素滲入smfe合金中并均勻分布。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。