一种制备兼具高矫顽力和高磁各向异性纳米晶Co基稀土永磁的方法
阅读说明：本技术 一种制备兼具高矫顽力和高磁各向异性纳米晶Co基稀土永磁的方法 (Method for preparing nanocrystalline Co-based rare earth permanent magnet with high coercive force and high magnetic anisotropy ) 是由 李玉卿 滕媛 岳明 刘卫强 徐晓厂 路清梅 张东涛 张红国 吴琼 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：一种制备兼具高矫顽力和高磁各向异性纳米晶Co基稀土永磁的方法,属于功能材料技术领域。所述制备方法包括以下步骤：制备Co基稀土磁粉；对Co基稀土磁粉进行热压,获得热变形前驱体；对热变形前驱体进行热变形,获得强织构高各向异性纳米晶Co基永磁体。本发明中热变形前驱体的微观结构由RCo-(5)主相和细小且弥散分布的纳米晶富稀土相组成,细小且弥散分布的纳米晶富稀土相是磁体能低温变形和获得强c轴织构的关键。本发明所制备的各向异性纳米晶Co基稀土永磁形成了强的c轴织构,同时具有高矫顽力和良好的热稳定性,在高温永磁领域具有较大的应用空间。(A method for preparing nanocrystalline Co-based rare earth permanent magnet with high coercivity and high magnetic anisotropy belongs to the technical field of functional materials. The preparation method comprises the following steps: preparing Co-based rare earth magnetic powder; hot-pressing the Co-based rare earth magnetic powder to obtain a thermal deformation precursor; and thermally deforming the thermally deformed precursor to obtain the nanocrystalline Co-based permanent magnet with strong texture and high anisotropy. The microstructure of the thermally deformable precursor in the present invention is formed by RCo 5 The main phase and the fine and dispersed nanocrystalline rare earth-rich phase are key points for the magnet to deform at low temperature and obtain strong c-axis texture. The anisotropic nanocrystalline Co-based rare earth permanent magnet prepared by the invention forms a strong c-axis texture, has high coercivity and good thermal stability, and has a large application space in the field of high-temperature permanent magnets.)
技术领域
本发明涉及一种制备兼具高矫顽力和高磁各向异性纳米晶Co基稀土永磁的方法，属于功能磁性材料技术领域。
背景技术
稀土永磁材料广泛应用于航空航天、能源、交通、机械、信息、家电、消费电子等方面，特别是近年来全球节能环保产业的快速发展，推动了稀土永磁材料在混合动力汽车、电动汽车、节能家电、机器人、风力发电等新兴领域的应用，应用市场空间巨大。其中，Co基稀土永磁因具有超大的磁晶各向异性、高的居里温度以及良好的耐腐蚀性能，使其更适用于恶劣的环境尤其是高温应用领域。各向异性纳米晶Co基稀土永磁可以兼具良好热稳定性和高磁性能。近年来，热压-热变形技术是制备磁各向异性纳米晶磁体的有效途径。通过这种方法已经成功地在700-800℃的变形温度和70％的变形量下制备了各向异性纳米晶Nd-Fe-B磁体，但通过类似条件在Co基稀土永磁体中并未获得期望的各向异性。即使当热变形温度进一步提高到900℃、变形量增加到90％获得了高的磁各向异性，但由于高变形温度引起晶粒粗化，最终磁体的矫顽力很低(小于6kOe)，限制了Co基稀土永磁的应用。因此，在Co基稀土永磁中同时获得高的织构度和保持良好的微观结构是永磁研发领域的迫切需要。
发明内容
本发明的目的是克服上述问题，提供一种制备兼具高矫顽力和高磁各向异性纳米晶Co基稀土永磁的方法，该方法通过在纳米晶热变形前驱体中引入细小且弥散分布的富稀土相，成功降低了变形温度，所制备的磁体具有高各向异性、大矫顽力以及良好的温度稳定性。
本发明具体技术路线如下所述：将稀土和Co金属按原子比称重后，通过真空中频炉制备Co基稀土合金铸锭，将合金铸锭熔体快淬和/或高能球磨制备得到Co基稀土磁粉；对Co基稀土磁粉进行热压，获得热变形前驱体；对热变形前驱体进行热变形，获得强织构高各向异性纳米晶Co基永磁体。
本发明所述的制备兼具高矫顽力和高磁各向异性纳米晶Co基稀土永磁的方法，具体包括以下步骤：
(1)制粉：将原料按照化学计量比配料，通过真空中频炉熔炼制备Co基稀土合金铸锭，采用熔体快淬和/或高能球磨制备得到Co基稀土磁粉；
(2)热压：在500-700℃、100-1000MPa下对Co基稀土磁粉进行热压，得到纳米晶热变形前驱体；
(3)热变形：在600-800℃、变形量为70-90％、压力50-500MPa下将前驱体进热变形，制备得到各向异性的纳米晶Co基稀土永磁体。
本发明所述的合金为RCoXTMy(4.34＜x+y＜4.76,0≤y≤0.3)，其中R为Sm、Pr、La、Ce、Y等元素中的一种或多种，TM为Ni、Fe、Mn、Cr、Al、Sn、Ga、Ti、Zn、Zr、Mo、Ag、Cu等元素中的一种或多种。
本发明所述的的合金是按照RCoXTMy(4.34＜x+y＜4.76,0≤y≤0.3)(原子比)配料，不额外添加稀土烧损；其中，x+y＜4.76可以弥补熔炼时稀土元素的损耗并保障获得RCo5主相和弥散分布的富稀土相。
本发明所述的纳米晶热变形前驱体的微观结构是由纳米晶RCo5主相和细小且弥散分布的富稀土相组成，其富稀土相尺寸为3-10nm，如图1所示。
本发明所述的纳米晶热变形前驱体中细小且弥散分布的富稀土相的存在是磁体可以在较低的变形温度下发生形变并获得强c轴织构的关键。
本发明所述的强织构高各向异性纳米晶Co基稀土永磁的微结构中具有弥散分布在主相晶粒内部和晶界上的富稀土相，其晶粒尺寸为10-50nm，如图2所示；最终强织构高各向异性纳米晶Co基稀土永磁材料中的富稀土相相对于纳米晶热变形前驱体中的富稀土相变大。
本发明的有益效果：
通过在纳米晶热变形前驱体中引入细小且弥散分布的富稀土相，实现了纳米晶Co基稀土永磁低温变形，使纳米晶Co基稀土永磁获得高织构度的同时保持了良好的微观结构；所制备的纳米晶Co基稀土永磁具有强的织构、高的剩磁比和大的矫顽力，且具有良好的热稳定性，对发展高性能高温永磁体具有重要意义。
附图和附表说明
图1为实施例1的纳米晶热变形前驱体的微观结构形貌图，其中黑色方框表示SmCo5主相，黑色圆圈表示纳米晶富稀土相；
图2为实施例1的热变形磁体的微观结构形貌图，其中黑色方框表示SmCo5主相，黑色圆圈表示纳米晶富稀土相；
图3为实施例1热变形磁体的退磁曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述的一种制备兼具高矫顽力和高磁各向异性纳米晶Co基稀土永磁的方法，具体包括以下步骤：
(1)将纯度为99.9％的Sm和99.9％Co按SmCo4.55Zr0.2原子比称重后，在氩气气氛下通过PZGF-40型中频真空感应熔炼炉进行熔炼，得到SmCo4.55Zr0.2铸锭；
(2)将铸锭以铜辊35m/s的速度在氩气气氛中进行熔体快淬，制备成Co基稀土快淬带；
(3)将快淬带放进不锈钢罐中，以不锈钢球为球磨介质，在氩气气氛下通过GN-2型高能球磨机球磨4小时，得到Co基稀土磁粉；
(4)将磁粉装入直径为10mm的模具中在650℃、500MPa下进行热压，得到纳米晶热变形前驱体；
(5)将纳米晶热变形前驱体装入直径为22mm的模具中在真空状态(小于10Pa)下，将温度升至650℃，逐步施加压力至50MPa，制备变形量为70％、具有强织构高各向异性纳米晶Co基永磁体。
实施例2
本实施例所述的一种制备兼具高矫顽力和高各向异性纳米晶Co基稀土永磁及其方法，具体包括以下步骤：
(1)将纯度为99.9％的Sm、Pr和99.9％Co按(Sm0.6Pr0.4)Co4.63原子比称重后，在氩气气氛下通过PZGF-40型中频真空感应熔炼炉进行熔炼，得到(Sm0.6Pr0.4)Co4.63铸锭；
(2)将铸锭以铜辊35m/s的速度在氩气气氛中进行熔体快淬，制备成Co基稀土快淬带；
(3)将快淬带放进不锈钢罐中，以不锈钢球为球磨介质，在氩气气氛下通过GN-2型高能球磨机球磨4小时，得到Co基稀土磁粉；
(4)将磁粉装入直径为10mm的模具中在650℃、500MPa下进行热压，得到纳米晶热变形前驱体；
(5)将纳米晶热变形前驱体装入直径为35mm的模具中在真空状态(小于10Pa)下，将温度升至700℃，逐步施加压力至300MPa，制备变形量为90％、具有强织构高各向异性纳米晶Co基永磁体。
实施例3
本实施例所述的一种制备兼具高矫顽力和高各向异性纳米晶Co基稀土永磁及其方法，具体包括以下步骤：
(1)将纯度为99.9％的Sm和99.9％Co按SmCo4.46原子比称重后，在氩气气氛下通过PZGF-40型中频真空感应熔炼炉进行熔炼，得到SmCo4.46铸锭；
(2)将铸锭以铜辊35m/s的速度在氩气气氛中进行熔体快淬，制备成Co基稀土快淬带；
(3)将快淬带放进不锈钢罐中，以不锈钢球为球磨介质，在氩气气氛下通过GN-2型高能球磨机球磨4小时，得到Co基稀土磁粉；
(4)将磁粉装入直径为10mm的模具中在650℃、500MPa下进行热压，得到纳米晶热变形前驱体；
(5)将纳米晶热变形前驱体装入直径为28mm的模具中在真空状态(小于10Pa)下，将温度升至600℃，逐步施加压力至500MPa，制备变形量为80％、具有强织构高各向异性纳米晶Co基永磁体。
对比例
(1)选择正比成分的SmCo4.76作为对比例(由于熔炼时Sm易挥发，在SmCo5基础上添加5％Sm作为烧损)，将纯度为99.9％的Sm和99.9％Co按SmCo4.76原子比称重后，在氩气气氛下通过PZGF-40型中频真空感应熔炼炉进行熔炼，得到的SmCo4.76铸锭；
(2)将铸锭以铜辊35m/s的速度在氩气气氛中进行熔体快淬，制备成Co基稀土快淬带；
(3)将快淬带放进不锈钢罐中，以不锈钢球为球磨介质，在氩气气氛下通过GN-2型高能球磨机球磨4小时，得到Co基稀土磁粉；
(4)将磁粉装入直径为10mm的模具中在650℃、500MPa下进行热压，得到纳米晶热变形前驱体；
(5)将纳米晶热变形前驱体装入直径为28mm的模具中在真空状态(小于10Pa)下，将温度升至600℃，逐步施加压力至500MPa，所得磁体仅有10％的变形量，呈现弱的各向异性。与实施例3相比，说明在纳米晶热变形前驱体中引入细小且弥散分布的富稀土相，可以在较低的变形温度下促进变形并获得强c轴织构。
磁性能测试：
样品均取至中心位置，磁性能数据如下表1所示。
表1
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