本發(fā)明涉及永磁材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效節(jié)能的釤鈷永磁材料、釤鈷合金粉末及其制備方法及釤鈷基磁體。

背景技術(shù)：

2:17型釤鈷合金因具有較高的居里溫度、高矯頑力、較低的溫度系數(shù)、優(yōu)異的耐腐蝕性而廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍工、高溫電機、電子儀表等領(lǐng)域。近年來，隨著手機等高檔通訊設(shè)備及自動化儀器儀表等電子產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性要求越來越高，對釤鈷磁體的需求將出現(xiàn)較大的增長。因此，很多國家把釤鈷作為材料領(lǐng)域的重點研究對象之一。

稀土永磁合金的氫破機理是利用稀土金屬間化合物吸氫產(chǎn)生晶格膨脹或者晶格轉(zhuǎn)變而導致合金化合物破碎。氫破作為一種高效節(jié)能的制粉方法，已經(jīng)在釹鐵硼的工業(yè)化生產(chǎn)中得到普及，然而，在釤鈷合金的工業(yè)化生產(chǎn)中，由于2:17型釤鈷合金嚴苛的吸氫破碎條件，使得氫破工藝一直未能在該材料的工業(yè)化生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

為此，研究者們針對2:17型釤鈷合金的氫破做了大量研究工作。鋼鐵研究總院的李建奎、鄭留偉等人研究了稀土含量對2:17型釤鈷合金吸氫性能的影響，結(jié)果表明提高稀土含量能夠降低釤鈷合金的氫破壓力。但2:17型釤鈷合金受相結(jié)構(gòu)制約，稀土含量變化范圍較窄，通過改變稀土含量的方法難以同時滿足低的氫破壓力以及獲得較優(yōu)的磁性能。

2014年寧波材料技術(shù)與工程研究所的李明等人通過提高2:17型釤鈷合金中Fe的含量，在室溫、0.4Mpa的氫壓下實現(xiàn)對2:17型釤鈷合金的吸氫破碎，并成功使用破碎的粉末制作出性能優(yōu)異的釤鈷磁體。但Fe含量提高使得釤鈷磁體生產(chǎn)條件變的極為敏感，成品率下降，且在目前工業(yè)生產(chǎn)中，尚無法穩(wěn)定制備高鐵含量的釤鈷磁體，該工藝很難在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

因此，降低2:17型釤鈷合金的氫破壓力，同時獲得較優(yōu)磁性能的釤鈷磁體或磁粉，將極大的促進氫破工藝在2:17型釤鈷合金工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高釤鈷合金粉末生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，對釤鈷行業(yè)的發(fā)展具有極其重大的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，確有必要提供一種易于應(yīng)用并且磁性能優(yōu)異的釤鈷永磁材料、釤鈷合金粉末及其制備方法以及釤鈷基磁體。

本發(fā)明提供一種釤鈷合金材料，其化學原子計量式為Sm(Co_1-a-b-c-dFe_aCu_bZr_cTM_d)_z，TM為Mn、Cr、V、Ti、Sc、Nb、Ta、Mo、W中的至少一種，其中0≤a≤0.25，0≤b≤0.15，0≤c≤0.04，0＜d≤0.15，6.8≤z≤8.5。

其中，在所述釤鈷合金材料的化學原子計量式中0.05≤a≤0.1，0.1≤d≤0.15，7.2≤z≤7.5。

其中，在所述釤鈷合金材料的化學原子計量式中0.1≤a≤0.2，0.05≤d≤0.1，7.2≤z≤7.8。

其中，在所述釤鈷合金材料的化學原子計量式中0.2≤a≤0.25，0＜d≤0.05，7.5≤z≤8.0。

其中，在所述釤鈷合金材料的化學原子計量式中TM為Mn、Cr中的至少一種。

本發(fā)明還提供一種釤鈷合金粉末，其采用上述釤鈷合金材料經(jīng)吸氫工藝制成，所述釤鈷合金粉末的粒徑為10微米～200微米。

其中，所述釤鈷合金粉末的粒徑為20微米～140微米。

本發(fā)明還提供一種釤鈷合金粉末的制備方法，其包括以下步驟：

⑴按照如上述釤鈷合金材料的各元素配比制備釤鈷合金鑄錠；

⑵將所述釤鈷合金鑄錠于0.2MPa～0.5MPa的氫壓和常溫下吸氫0.5小時～5小時，然后保溫進行脫氫得到釤鈷合金粉末。

其中，步驟⑵中吸氫的氫壓的范圍為0.2MPa～0.3Mpa，吸氫的時間為0.5小時～1小時。

本發(fā)明還提供一種釤鈷基磁體，所述釤鈷基磁體由上述釤鈷合金粉末制成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的釤鈷合金材料、釤鈷合金粉末及其制備方法具有以下優(yōu)點：通過引入過渡金屬TM，由于TM元素與Co元素相比具有較低的電負性，因此TM原子與H原子具有更大的電負性差，而較大的電負性差值更有利于主相吸氫；同時TM元素原子半徑較Co元素更大，主相的晶格體積增大，這導致主相的的吸氫量增加；另外，TM元素又會使得釤鈷合金鑄錠中第二相即1:3相增加，而1:3相為易吸氫相，因而，所述釤鈷合金材料吸氫能力較強，能在常溫、較低的氫壓(可低至0.2MPa)下以及較短的吸氫時間(可短至0.5小時)內(nèi)實現(xiàn)有效吸氫破碎。最后得到的釤鈷合金粉末的粒徑為10微米～200微米。相對于現(xiàn)有的2:17型釤鈷基合金的氫破工藝中需要較高的吸氫溫度、較大的氫壓、較長的吸氫時間，本發(fā)明中的吸氫工業(yè)大大優(yōu)化，更符合工業(yè)化生產(chǎn)的需要，對設(shè)備要求低，成本低廉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的釤鈷基磁體具有以下優(yōu)點：由于采用的原料釤鈷合金材料中引入了過渡金屬TM，TM元素對合金的吸氫性能提升效果非常顯著，一方面，微量的TM添加不會惡化后續(xù)合金的飽和磁化強度，并且微量TM元素的添加會提高合金的飽和磁化強度；另一方面，TM的添加會提高合金的磁晶各向異性場。這兩點共同促使添加TM元素后的釤鈷合金粉末可制備出磁性能優(yōu)異的磁體。并且，因所添加元素TM含量較少，且TM元素對合金所制備的磁體微觀結(jié)構(gòu)影響較小，因此后續(xù)制備磁體的熱處理工藝不需改變即可制得性能優(yōu)異的磁體。

附圖說明

圖1為實施例1至實施例3制備得到的釤鈷合金粉末的X射線衍射測試結(jié)果。

圖2為對比例1制備得到的釤鈷合金粉末的X射線衍射測試結(jié)果。

圖3為實施例1制備得到的釤鈷合金粉末的掃描電鏡(SEM)照片。

圖4為實施例2制備得到的釤鈷合金粉末的SEM照片。

圖5為實施例3制備得到的釤鈷合金粉末的SEM照片。

具體實施方式

以下將對本發(fā)明提供的釤鈷合金材料、釤鈷合金粉末及其制備方法、釤鈷基磁體作進一步說明。

本發(fā)明提供一種釤鈷合金材料。所述釤鈷合金材料的化學原子計量式為Sm(Co_1-a-b-c-d Fe_aCu_bZr_cTM_d)_z。TM為過渡金屬Mn、Cr、V、Ti、Sc、Nb、Ta、Mo、W中的至少一種。優(yōu)選的，TM為Mn、Cr中的至少一種，優(yōu)化的理由為Mn、Cr這兩種元素在大幅提高吸氫性能的同時，對磁性能及熱處理工藝影響較小。

其中0≤a≤0.3，0≤b≤0.15，0≤c≤0.04，0＜d≤0.15，6.0≤z≤8.5。

Fe本身能夠提高吸氫性能，當合金所含F(xiàn)e含量較少時，需要添加較多的Mn，而Mn的添加同樣需要控制范圍，所以針對不同F(xiàn)e含量的磁體，給出了以下不同TM元素的優(yōu)選添加范圍。在一優(yōu)選例中，0.05≤a≤0.1，0≤b≤0.15，0≤c≤0.04，0.1≤d≤0.15，7.2≤z≤7.5。

在另一優(yōu)選例中，0.1≤a≤0.2，0≤b≤0.15，0≤c≤0.04，0.05≤d≤0.1，7.2≤z≤7.8。

在另一優(yōu)選例中，0.2≤a≤0.25，0≤b≤0.15，0≤c≤0.04，0＜d≤0.05，7.5≤z≤8.0。

本發(fā)明還提供一種釤鈷合金粉末的制備方法，其包括以下幾個步驟：

S1，按照上述Sm(Co_1-a-b-c-d Fe_aCu_bZr_cTM_d)_z中各元素配比制備釤鈷合金鑄錠；

S2，將所述釤鈷合金鑄錠于0.2MPa～0.5MPa的氫壓和常溫下吸氫0.5小時～5小時，然后保溫進行脫氫得到釤鈷合金粉末。

在步驟S2中，氫破工藝的破碎機理有沿晶斷裂和穿晶斷裂兩種方式，該氫破工藝比機械破碎工藝更利于材料取向度的提高，從而提高磁體的剩磁。所述吸氫的氫壓的范圍為0.2MPa～0.3Mpa，吸氫的時間為0.5小時～1小時。

本發(fā)明還提供一種釤鈷合金粉末。所述釤鈷合金粉末采用所述釤鈷合金材料經(jīng)吸氫工藝制成。制備方法具體見上述釤鈷合金粉末的制備方法。所述釤鈷合金粉末的粒徑為10微米～200微米。優(yōu)選的，所述釤鈷合金粉末的粒徑為20微米～140微米。

本發(fā)明還提供一種釤鈷基磁體。將上述該得到的釤鈷合金粉末繼續(xù)進行氣流磨粉、取向成型、冷等靜壓、燒結(jié)固溶得到所述釤鈷基磁體。

所述釤鈷基磁體的制備方法如下：

(1)將純度大于99.9％的Sm、Co、Fe、Cu、Zr、TM按成分配比進行配置原料，再將原料置于感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，抽真空至2×10^-2Pa以下，然后充入高純氬氣，通電加熱，待原料完全熔化為液體后澆注到水冷夾板銅模中，得到釤鈷合金鑄錠；

(2)將釤鈷合金鑄錠在0.20MPa～0.35MPa的氫壓常溫吸氫1h～3h產(chǎn)生吸氫粉化，隨后于250℃～310℃下脫氫1小時～5小時，脫氫后得到的釤鈷合金粉末，該釤鈷合金粉末的顆粒大小為10μm～200μm；

(3)用氣流磨將氫破得到的釤鈷合金粉末繼續(xù)破碎，得到平均粒度為3.0μm～4.0μm的釤鈷合金磁粉；

(4)將釤鈷合金磁粉在1.5T～2T的磁場中取向成型，隨后在200MPa～300MPa的液體油中進行冷等靜壓，得到釤鈷合金毛坯；

(5)將釤鈷合金毛坯于1160℃～1200℃下燒結(jié)30min～60min，隨后于1130°C～1180℃下固溶3h～4h，最后風冷到室溫，得到釤鈷合金預磁體；

(6)將釤鈷合金預磁體于800℃～850℃下等溫時效10h～20h，隨后以0.5℃/min～1.5℃/min的冷卻速度緩慢冷卻到380℃～420℃，并于380℃～420°C保溫3h，最后風冷到室溫，得到釤鈷基磁體。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的釤鈷合金材料、釤鈷合金粉末及其制備方法具有以下優(yōu)點：通過引入過渡金屬TM，由于TM元素與Co元素相比具有較低的電負性，因此TM原子與H原子具有更大的電負性差，而較大的電負性差值更有利于主相吸氫；同時TM元素原子半徑較Co元素更大，主相的晶格體積增大，這導致主相的的吸氫量增加；另外，TM元素又會使得釤鈷合金鑄錠中第二相即1:3相增多，而1:3相為易吸氫相，因而，所述釤鈷合金材料吸氫能力較強，能在常溫、較低的氫壓(可低至0.2MPa)下以及較短的吸氫時間(可短至0.5小時)內(nèi)實現(xiàn)有效吸氫破碎。最后得到的釤鈷合金粉末的粒徑為10微米～200微米。相對于現(xiàn)有的2:17型釤鈷基合金的氫破工藝中需要較高的吸氫溫度、較大的氫壓、較長的吸氫時間，本發(fā)明中的吸氫工業(yè)大大優(yōu)化，更符合工業(yè)化生產(chǎn)的需要，對設(shè)備要求低，成本低廉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的釤鈷基磁體具有以下優(yōu)點：由于采用的原料釤鈷合金材料中引入了過渡金屬TM，TM元素對合金的吸氫性能提升效果非常顯著，一方面，微量的TM添加不會惡化后續(xù)合金的飽和磁化強度，并且微量TM元素的添加會提高合金的飽和磁化強度；另一方面，TM的添加會提高合金的磁晶各向異性場。這兩點共同促使添加TM元素后的釤鈷合金粉末可制備出磁性能優(yōu)異的磁體。并且，因所添加元素TM含量較少，且TM元素對合金所制備的磁體微觀結(jié)構(gòu)影響較小，因此后續(xù)制備磁體的熱處理工藝不需改變即可制得性能優(yōu)異的磁體

以下，將結(jié)合具體的實施例進一步說明。

實施例1

按化學計量式Sm(Co_0.655Fe_0.2Cu_0.08Zr_0.025Mn_0.04)_7.2中的各元素配比稱取原料，將原料置于感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，抽真空至2×10^-2Pa以下，然后充入0.06MPa的高純氬氣，通電加熱，待原料完全熔化為液體后澆注到水冷夾板銅模中，得到釤鈷合金鑄錠。

將上述得到的釤鈷合金鑄錠放入氫破爐中，通過機械泵將爐內(nèi)真空度抽到5Pa以下，后充入氫氣至壓力為-0.08MPa，再次用機械泵將爐中真空度在此抽到5Pa以下，重復洗氣兩次，之后充入氫氣至壓力為300KPa，后在室溫下保持1.5h進行吸氫破碎，吸氫結(jié)束后將爐中氫氣放出，通過機械泵對爐體進行抽真空，之后將爐體加熱至290℃，保持溫度直到爐內(nèi)真空度降低到5Pa以下后停止加熱，并將爐體冷卻至室溫，得到粒徑為10μm～150μm的釤鈷合金粉末。

對得到的釤鈷合金粉末進行X射線衍射測試，結(jié)果見圖1。由圖1可見，該釤鈷合金粉末是由SmCo₇相、SmCo₅相及SmCo₃相構(gòu)成。

對得到的釤鈷合金粉末進行形貌測試，結(jié)果見圖3。釤鈷合金成功破碎成10μm～150μm的顆粒，吸氫破碎的方式包括沿晶斷裂和穿晶斷裂。

實施例2

實施例2釤鈷合金粉末的制備方法與實施例1基本相同，不同之處在于，釤鈷合金粉末的原料化學計量式為Sm(Co_0.655Fe_0.2Cu_0.08Zr_0.025Cr_0.04)_7.2。

對得到的釤鈷合金粉末進行X射線衍射測試，結(jié)果見圖1。由圖1可見，該釤鈷合金粉末是由SmCo₇相、SmCo₅相及SmCo₃相構(gòu)成。

對得到的釤鈷合金粉末進行形貌測試，結(jié)果見圖4。由圖4可見，釤鈷合金成功破碎成10μm～150μm的顆粒，吸氫破碎的方式包括沿晶斷裂和穿晶斷裂。

實施例3

實施例3釤鈷合金粉末的制備方法與實施例1基本相同，不同之處在于，釤鈷合金粉末的原料化學計量式為Sm(Co_0.655Fe_0.2Cu_0.08Zr_0.025Mn_0.02Cr_0.02)_7.2。

對得到的釤鈷合金粉末進行X射線衍射測試，結(jié)果見圖1。由圖1可見，該釤鈷合金粉末是由SmCo₇相、SmCo₅相及SmCo₃相構(gòu)成。

對得到的釤鈷合金粉末進行形貌測試，結(jié)果見圖5。由圖5可見，釤鈷合金成功破碎成10μm～150μm的顆粒，吸氫破碎的方式包括沿晶斷裂和穿晶斷裂。

對比例1

采用實施例1基本相同的制備方法制備釤鈷合金鑄錠，不同之處在于，原料化學計量式為Sm(Co_0.695Fe_0.2Cu_0.08Zr_0.025)_7.2。

采用實施例1相同的氫破工藝對得到的釤鈷合金鑄錠進行氫破。結(jié)果是：對比例1釤鈷合金鑄錠無變化，沒有破碎。這表明，對比例1沒有添加過渡族金屬元素的合金不能夠進行吸氫破碎，而實施例1至3添加過渡族金屬元素Mn、Cr中的一種或兩種后合金能夠發(fā)生吸氫破碎，且制得釤鈷合金粉末的氫破條件較為溫和，溫度為室溫，氫壓只有300KPa，非常適合在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。

對對比例1釤鈷合金鑄錠進行X射線衍射測試，結(jié)果見圖2。測試結(jié)果表明，對比例1釤鈷合金鑄錠中含有SmCo₅相和SmCo₇相，不含有易吸氫的1:3相，這也是該合金鑄錠無法氫破的一個原因。

實施例4

含釤鈷基合金粉末的制品

將本發(fā)明實施例1、2、3得到的釤鈷基合金粉末與環(huán)氧樹脂粘接劑均勻混合，充磁壓制后可制成粘接磁體。

進一步，對采用實施例1、2、3的釤鈷合金粉末繼續(xù)加工得到釤鈷基磁體。具體如下：

使用氣流磨對將實施例1、2、3中的釤鈷合金粉末進一步破碎，得到粒度為3μm～4μm的釤鈷合金磁粉，后經(jīng)取向成型、等冷靜壓得到釤鈷合金毛坯。

將等冷靜壓得到的釤鈷合金毛坯在1200℃下燒結(jié)1h，后降溫至1180℃固溶3h，后風冷至室溫得到釤鈷預磁體。

將燒結(jié)固溶的預磁體于830℃下時效20h，后以0.7℃/min的速率冷卻至400℃并保溫3h，后風冷至室溫，得到釤鈷基磁體。

使用B-H測試儀對采用實施例1、2、3的釤鈷合金粉末繼續(xù)加工得到的釤鈷基磁體(磁體編號分別為1#、2#、3#)進行磁性能表征，結(jié)果見表1。

相應(yīng)的，將對比例1釤鈷合金鑄錠采用機械破碎后氣流磨制粉的方法制成釤鈷基磁體。并對得到的釤鈷基磁體(磁體編號為0#)進行磁性能表征，結(jié)果見表1。

表1

由表1可見，相對于對比例1的粉末所制成的磁體而言，將實施例1、2、3所得粉末制成的磁體矯頑力會得到明顯的提高，而剩磁只有微量的下降。這說明，本發(fā)明中過渡金屬TM的引入對最終釤鈷基磁體的磁性能影響微弱，實用性較好。

以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。