SmCo磁體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明公開了一種釤鈷永磁體，特別是一種SmCo磁體，尤其是2:17型SmCo磁體。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，功能材料的不斷發(fā)展有力地促進了人類社會的社會進步，永磁材料是功能材料中的一種，由于其具有能量轉(zhuǎn)化功能和各種磁物理效應(yīng)，目前已經(jīng)廣泛用于當(dāng)今信息社會。稀土永磁材料是現(xiàn)在已知的綜合性能最高的一種永磁材料，它比磁鋼的磁性能高100多倍，比鐵氧體、鋁鎳鈷性能優(yōu)越得多。由于稀土永磁材料的使用，不僅促進了永磁器件向小型化發(fā)展，提高了產(chǎn)品的性能，而且促使某些特殊器件的產(chǎn)生，所以稀土永磁材料一出現(xiàn)，立即引起各國的極大重視，發(fā)展極為迅速。稀土永磁材料按成分可主要分為:1.稀土鈷永磁材料，包括稀土鈷(1-5型)永磁材料SmCo5和稀土鈷(2-17型)永磁材料Sm2Col7兩大類；
2.稀土釹永磁材料，NdFeB永磁材料;3.稀土鐵氮(RE_Fe_N系)或稀土鐵碳(RE_Fe_C系)永磁材料。
[0003]釤鈷永磁體出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，依據(jù)成份的不同分為SmCo5和Sm2Col7，分別為笫一代和笫二代稀土永磁材料，其具有較高的磁能積和可靠的矯頑力，雖然由于其原料是儲量稀少的釤和戰(zhàn)略金屬鈷，原料稀缺、價格昂貴而使其發(fā)展受到限制，隨著釹鐵硼材料的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸減少，但由于釤鈷永磁體在稀土永磁系列中表現(xiàn)出良好的溫度特性。與釹鐵硼相比，釤鈷更適合工作在高溫環(huán)境中，因此在軍工技術(shù)等高溫嚴苛環(huán)境中仍然應(yīng)用廣泛。
[0004]釤鈷磁體的磁性能與磁粉的組織和粒度密切相關(guān)。對于各向異性永磁體來說，磁體中的磁晶都按照易磁化軸的方向排列，磁體的各向異性強，磁性能好;另外永磁合金由于晶粒的尺寸效應(yīng)具有較高的矯頑力，制備晶粒尺寸較小的永磁合金，從而提高矯頑力也是釤鈷永磁材料的發(fā)展方向之一，對于硬磁材料來說，得到高剩余磁化強度的重要條件是磁晶的各向異性強。
[0005]Sm2Col7磁體具有30MG0e(240kJ/m3)的最大磁能積，其機加工難度很大，其含鈷比率比SmCo5更低，原材料成本更低;Sm2Col7磁體具有優(yōu)良的耐腐蝕性和磁性能高溫穩(wěn)定性，其它稀土永磁比較，其Br可逆溫度系數(shù)最低，典型值為-0.03%/°C。主要應(yīng)用在伺服馬達、水栗連接器和傳感器;特別是用在磁體工作溫度高，高溫高濕或其它的高腐蝕的環(huán)境里。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問題，本發(fā)明公開的SmCo磁體，主要目的在于現(xiàn)有的技術(shù)與工藝的基礎(chǔ)上，引入速凝、氫破、氣流磨等先進的制備工藝，實現(xiàn)釤鈷磁體成分和微觀組織結(jié)構(gòu)的精細化調(diào)控，提升釤鈷磁體的磁性能;解決新技術(shù)和現(xiàn)有釤鈷磁體工業(yè)生產(chǎn)的兼容性問題，基于衫鉆磁體工業(yè)化制備技術(shù)的躍升，完成尚磁能積、尚剩磁、尚耐溫性衫鉆磁鋼的批量、穩(wěn)定化生產(chǎn)，實現(xiàn)電動汽車驅(qū)動電機的有效應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明公開的SmCo磁體，SmCo磁體中具有Sm( CobaiFe0.3Cu0.Q43Zr().03 )z固溶態(tài)磁體，其中，Z取值范圍為7.60-8.06(優(yōu)選ζ取值為以下任一:7.60,7.84,8.06);
[0008]固溶態(tài)磁體中具有Sm203(這是在磁體制備過程中氧的引入所造成的)；
[0009]SmCo磁體的加工工藝包括合金鑄錠、氫破碎、氣流磨、壓制成型、燒結(jié)固溶、時效處理，其中:時效處理為將燒結(jié)坯由室溫升溫到750-850°C保溫時效12-20小時，隨后以0.5_4°C/min的冷卻速率慢冷到330-450°C，并保溫2-10小時。
[0010]本發(fā)明方案通過調(diào)控Sm含量來抑制高鐵含量磁體固溶后產(chǎn)生的雜相，最終獲得了較為均勻一致的胞狀結(jié)構(gòu)，提高了磁體的磁性能。
[0011 ]本發(fā)明公開的SmCo磁體的一種改進，(當(dāng)ζ取值為7.60時)固溶態(tài)磁體中包括有結(jié)晶A和結(jié)晶B，其中結(jié)晶B離散分布于結(jié)晶A中(結(jié)晶B占固溶態(tài)磁體總體積的5-12% ) ADS表征結(jié)果表明，結(jié)晶A區(qū)域中的Sm含量比結(jié)晶B區(qū)域高，而結(jié)晶A區(qū)域中Fe含量比結(jié)晶B區(qū)域略低。
[0012]本發(fā)明公開的SmCo磁體的一種改進，結(jié)晶A的元素組成包括(wt%):Sm 26.5%；Co46.3% ；Fe 21.0% ；Cu 3.4% ；Zr2.8%0
[0013]本發(fā)明公開的SmCo磁體的一種改進，結(jié)晶B的元素組成包括(wt%):Sm 23.4%；Co47.4% ；Fe 22.8% ；Cu 3.5% ；Zr2.9%0
[0014]本發(fā)明公開的SmCo磁體的一種改進，結(jié)晶A為TbCm型結(jié)構(gòu)的1:7H相，其晶帶軸為[1-1-1]方向。
[0015]本發(fā)明公開的SmCo磁體的一種改進，結(jié)晶B為Th2Zrm型結(jié)構(gòu)的2:17R相和Th2Nin型結(jié)構(gòu)的2:17H相。
[0016]同時TEM表征顯示，結(jié)晶A區(qū)域沒有明顯的片狀相，其黑色條紋為樣品厚度信息，電子衍射斑點顯示其為TbCm型結(jié)構(gòu)的1:7H相，其晶帶軸為[1-1-1]方向。結(jié)晶B區(qū)域存在明顯的片狀相，電子衍射斑點顯示其為Th2Zm7型結(jié)構(gòu)的2:17R相和Th2Nin型結(jié)構(gòu)2:17H相，由于2:17H相的衍射斑點很弱，其含量較少，其片狀相可能為2:17H相。另外，2:17R相的(-101)，(-102)，(-201)，(-202)和(-204)斑點都明顯被拉長，這說明這些晶面存在大量面缺陷，SP無序的2:17R相。另外由于Co-Co啞鈴型結(jié)構(gòu)對隨機取代0&015型3111(:05中部分的Sm原子則形成了TbCm型結(jié)構(gòu)，若該取代為完全有序取代則形成Th2Zm7型結(jié)構(gòu)或者Th2Nin型結(jié)構(gòu)，如該取代為部分有序則可能形成含有許多面缺陷的2:17R?？梢?，B區(qū)域為部分有序2:17R相和少量2:17H相的混合體。
[0017]XRD圖譜也表明，ζ = 7.60磁體XRD圖顯示出明顯的兩相特征，2:17R相和1: 7H相都是在1:5相的基礎(chǔ)上衍生而來，兩者的許多晶面間距都非常相近，所以很多晶面衍射峰重疊在一起，但仍有些晶面的面間距存在較大的差別，因此在XRD圖譜上的某些衍射峰位置出現(xiàn)了明顯分峰現(xiàn)象。由于代表(204)2:17R晶面的(-204)衍射斑點出現(xiàn)了拉長，即(204)2:17R晶面存在許多面缺陷，這將導(dǎo)致XRD中(204)2:17R晶面衍射峰的弱化，故而在其XRD圖譜上(204)2:17R晶面衍射峰很弱。(204)2:17R晶面衍射峰的高低在一定程度上反應(yīng)了Th2Zni7型結(jié)構(gòu)2:17R相的有序化程度，當(dāng)(204)2:m晶面衍射峰完全消失時，物相為完全無序取代的2:17相，即為1: 7H相。當(dāng)ζ增加到7.84時，磁體表現(xiàn)出1: 7H相的特征，可見，提高ζ值即降低Sm含量可有效的抑制相分離，從而獲得單一的1:7H相固溶體。但當(dāng)ζ值近一步升高到8.06時，合金成分偏向2:17的化學(xué)計量比，此時固溶態(tài)磁體由于Sm含量過低而難以形成均勻的1:7H相；另外，由于速冷的原因，固溶態(tài)磁體形成部分有序的2:17R相，在XRD圖譜上表現(xiàn)出(204)2: m晶面衍射峰的弱化，但此時2:17R相的有序度明顯大于ζ = 7.60固溶態(tài)磁體中的2:17R相?？梢奡m含量過低也不利于均勻1: 7H相固溶體的形成。
[0018]本發(fā)明公開的SmCo磁體的一種改進，結(jié)晶B中2:17R相是沿ABCABC的方式堆垛的。
[0019]本發(fā)明公開的SmCo磁體的一種改進，結(jié)晶B中2:17H相是沿ABAB的方式堆垛的。
[0020]本發(fā)明公開的SmCo磁體的一種改進，結(jié)晶A中由釤含量高的1:7相時效分解形成的，其胞狀尺寸(即該區(qū)域中最小重復(fù)單元的尺寸)為53-57nm(優(yōu)選55nm)0
[0021 ]本發(fā)明公開的SmCo磁體的一種改進，結(jié)晶B中由釤含量低、部分無序的2:17R相時效分解形成的，其胞狀尺寸(即該區(qū)域中最小重復(fù)單元的尺寸)為70-80nm(優(yōu)選75nm)0
[0022]z = 7.60磁體的兩個區(qū)域和z = 7.84磁體都形成了典型的片狀相結(jié)構(gòu)。A區(qū)域的片狀相較薄，而B區(qū)域的片狀相較厚，B區(qū)域視野內(nèi)的一條片狀相其實是由多條片狀相組成，這種厚片狀相的形成可能跟前驅(qū)體中存在2:17H相有關(guān)。2:17R相是沿ABCABC的方式堆垛的，而2:17H相是沿ABAB的方式堆垛的，在2:17R相的有序化過程中，由于原子堆垛層錯可在2:17R相中間形成夾雜的2:17H相薄片區(qū)，2:17R相是貧Zr的，而2:17H相中Zr的固溶度則比較大，故而時效時Zr向2:17H相中迀移形成了富Zr的2:17H結(jié)構(gòu)的片狀相，若Zr含量繼續(xù)升高還導(dǎo)致片狀相由2:17H結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?:3R結(jié)構(gòu)。
[0023]本發(fā)明公開的SmCo磁體的加工工藝，包括合金鑄錠、氫破碎、氣流磨、壓制成型、燒結(jié)固溶、時效處理，其中:時效處理為將燒結(jié)坯由室溫升溫到750-850°C保溫時效12-20小時，隨后以0.5-4°C/min的冷卻速率慢冷到330-450°C，并保溫2-10小時。
[0024]本發(fā)明公開的SmCo磁體的加工工藝的一種改進，時效處理時的升溫速度為10-30°C/min0
[0025]本方案中，采用1190°C_1220°C的燒結(jié)溫度，主要是基于如下考慮，高溫?zé)Y(jié)(>1210°C)雖然略微提高了磁體的剩磁和矯頑力，但明顯惡化了磁體的方向度，由圖可知，方形度在燒結(jié)溫度為1200°C以上時明顯惡化，方向度的惡化可能是Sm揮發(fā)造成微觀結(jié)構(gòu)不均勻的結(jié)果。結(jié)合剩磁、矯頑力和方形度的情況，合適的燒結(jié)溫度應(yīng)該為1200°C。
[0026]本發(fā)明公開的SmCo磁體，其性能均不低于以下檢測值:
[0027]l)BH(max)> 30MG0e；
[0028]2)Br>llKGs；
[0029]3)Hcj > 16K0e；
[0030]4)200°C工作溫度下，剩磁溫度系數(shù)2