高性能烧结钐钴磁体的制备方法
阅读说明：本技术 高性能烧结钐钴磁体的制备方法 (Preparation method of high-performance sintered samarium-cobalt magnet ) 是由 宋奎奎 于 2019-12-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高性能烧结钐钴磁体的制备方法,包括：1)按照如下重量百分比配制钐钴合金原料：Sm：20～25％、Fe：12～25％、Zr：2～4％、Cu：3～8％、余量为Co；将配制好的钐钴合金原料在惰性气氛下熔炼、浇铸得到合金铸锭；2)将合金铸锭在氮气的保护下依次经过机械破碎、中破碎、气流磨制备合金粉末；3)向合金粉末中加入润滑剂,混粉,制得合金磁粉；4)将合金磁粉在氮气的保护下进行称料,再在敞开压机中取向成型,然后再进行冷等静压压制,制备出生坯；5)将生坯烧结进行致密化处理,然后冷却进行固溶处理,并快速风冷至室温,然后升温保温冷却保温,并风冷至室温,得到烧结钐钴磁体。本发明克服了磁体的稀土挥发和氧化难题,减小了废气的排放,得到的磁体剩磁高均匀性较好。(The invention discloses a preparation method of a high-performance sintered samarium-cobalt magnet, which comprises the following steps: 1) samarium cobalt alloy raw materials are prepared according to the following weight percentages: sm: 20-25%, Fe: 12-25%, Zr: 2-4%, Cu: 3-8% and the balance of Co; smelting and casting the prepared samarium-cobalt alloy raw material in an inert atmosphere to obtain an alloy ingot; 2) preparing alloy powder by sequentially carrying out mechanical crushing, intermediate crushing and airflow grinding on the alloy cast ingot under the protection of nitrogen; 3) adding a lubricant into the alloy powder, and mixing the powder to obtain alloy magnetic powder; 4) weighing the alloy magnetic powder under the protection of nitrogen, then performing orientation forming in an open press, and then performing cold isostatic pressing to prepare a green body; 5) and sintering the green body to carry out densification treatment, then cooling to carry out solution treatment, rapidly cooling to room temperature, then heating, preserving heat, cooling and preserving heat, and cooling to room temperature to obtain the sintered samarium-cobalt magnet. The invention overcomes the problems of rare earth volatilization and oxidation of the magnet, reduces the emission of waste gas, and obtains the magnet with high residual magnetism and good uniformity.)
技术领域
本发明涉及磁性材料。更具体地说，本发明涉及一种高性能烧结钐钴磁体的制备方法。
背景技术
沉淀硬化型Sm2Co17型烧结永磁体因其卓越的高温磁性能、较低的温度系数、良好的抗氧化和耐腐蚀性能备受科研工作者青睐。因其独特的优异性能Sm2Co17型烧结永磁体被应用于各类高精端的电机之上。永磁电机具有转矩、功率密度高和效率高的优点，广泛应用在军工和航空航天的众多领域，但是永磁材料的耐高温工作能力和强冲击振动下的电磁特性，很大程度上影响了电机性能，钐钴永磁具有居里温度高、不易失磁等特点，在军工和航空航天领域备受关注。
钐钴的磁性能指标主要有剩磁Br，内禀矫顽力Hcj，最大磁能积(BH)max，及钐钴的方形度(膝点磁场Hk)等。烧结钐钴的热处理工艺主要包括烧结致密化、固溶处理、等温时效和分级降温或缓冷热处理，其中烧结的目的是保证磁体具有较高的剩磁，固溶和时效热处理是磁体具有高矫顽力的关键工艺。提高烧结温度或者提高保温时间可以提高磁体的剩磁，然而高的烧结温度会造成稀土的大量挥发和氧化，同时较高的烧结温度会促进富锆相的析出和晶粒的异常长大，结果导致磁体的性能的恶化，尽管专利CN201910064865公开了一种烧结钐钴的制备方法，但是其烧结时间仍然较长(150分钟)，长时间的烧结成型仍然会造成稀土的挥发和氧化。通过降低制备过程中氧元素进入，可以控制磁体的性能及氧含量，如专利CN109148139A中，通过在烧结过程中充入超高压力的氩气(900MPa以上)，来降低氧气的进去，进而优化磁体性能，然而此种方法会造成氩气的过度浪费使用，并且超高压力下的烧结，对于烧结设备的安全性和使用性要求较高，不利于工业化生产。因此急需一种既能满足现有装备的基础之上，又便于工业化大生产，同时相对绿色环保的烧结钐钴制备技术。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种高性能烧结钐钴磁体的制备方法，其通过优化气流磨工艺制备粉末均匀细小的磁粉，磁粉取向成型后，在超高压力的等静压作用下制备出生坯，然后生坯只需较低温度较短时间下的烧结处理即可得到致密化的毛坯，此方法克服了磁体的稀土挥发和氧化难题，减小了废气的排放，得到的磁体剩磁高均匀性较好。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高性能烧结钐钴磁体的制备方法，包括：
1)按照如下重量百分比配制钐钴合金原料：Sm：20～25％、Fe：12～25％、Zr：2～4％、Cu：3～8％、余量为Co；
将配制好的钐钴合金原料在惰性气氛下熔炼、浇铸得到合金铸锭；
2)将合金铸锭在氮气的保护下依次经过机械破碎、中破碎、气流磨制备合金粉末；
3)向合金粉末中加入其总重量0.2～0.5‰的润滑剂，混粉时间0.5～3h，制得合金磁粉；
4)将合金磁粉在氮气的保护下进行称料，再在敞开压机中取向成型，取向成型磁场强度为1.2～2T，然后再进行冷等静压压制，冷等静压压力为450～500MPa，制备出生坯；
5)将生坯加热到1160～1190℃下烧结0.5～2h进行致密化处理，然后冷却到1130～1160℃进行1～4h固溶处理，并快速风冷至室温，然后升温至800～900℃，保温5～40h后冷却到400℃保温1～20h，并风冷至室温，得到烧结钐钴磁体。
优选的是，步骤1)中钐钴合金原料在氩气保护下熔炼、浇铸。
优选的是，步骤2)中破碎后的合金粉末粒度为2～4μm。
优选的是，步骤4)中取向成型磁场强度为2.0T，冷等静压压力500MPa。
优选的是，步骤5)中控制最后一次降温的速度为0.5～1℃/min，得到烧结钐钴磁体。
所述的制备方法得到的高性能烧结钐钴磁体。
本发明至少包括以下有益效果：
烧结过程是钐钴磁粉中稀土的液化流动及颗粒的转动和吞噬过程，本发明通过优化破碎工艺制备出粉末粒度小、均匀性好的磁粉，然后磁粉取向成型后在高压力的等静压装备中制备出生坯，然后生坯只需在较低的温度下热处理即可得到高密度的磁体，克服了稀土挥发和氧化的难题，具有较好的经济效益，适合产业化，磁体的剩磁和氧含量均优于专利CN201910064865中同等牌号报到的结果，此发明即减少了稀土资源挥发浪费，又减少了废气物的排放，从长远的发展来看更加经济环保，非常适合工业化生产。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
<实例1>
高性能烧结钐钴磁体的制备方法，包括：
1)铸锭的制备：
按照如下重量百分比配制钐钴合金原料：重量百分比为24.6％的Sm、重量百分比为20.1％的Fe、重量百分比为2.4％的Zr、重量百分比为4.6％的Cu，余量为Co；
将配制好的钐钴合金原料在纯氩气气氛下熔炼、浇铸，熔炼在中频熔炼炉中进行，浇铸在盘冷水冷铜模中进行，得到厚度约为10mm的合金铸锭；
2)制粉：
将合金铸锭依次在氮气的保护下经过机械破碎、中破碎、气流磨制备平均粒度3.45μm的合金粉末；
3)混粉：
将合金粉末加入其总重量0.33‰的润滑剂，为了保证混合均匀，混粉时间2.2h，制得合金磁粉；
4)磁场成型、等静压：
混粉后的合金磁粉在氮气的保护下进行称料，再在压机中取向成型，取向成型磁场强度为2.0T，然后再进行冷等静压压制，冷等静压压力为450MPa，制备出生坯；
5)烧结固溶、时效处理：
生坯加热至低温1168℃下烧结1h进行致密化处理，再降温到1136℃进行4h固溶处理，并快速风冷至室温；然后升温至830℃，保温25h后，以0.73℃/min速度降温至400℃保温10h，并风冷至室温，得到烧结钐钴磁体。
<实例2>
超高性能烧结钐钴磁体的制备方法，包括：
1)铸锭的制备：
按照如下重量百分比配制钐钴合金原料：重量百分比为23.7％的Sm、重量百分比为18.1％的Fe、重量百分比为2.7％的Zr、重量百分比为5.5％的Cu，余量为Co；
将配制好的钐钴合金原料在纯氩气气氛下熔炼、浇铸，熔炼在中频熔炼炉中进行，浇铸在盘冷水冷铜模中进行，得到厚度约为10mm的合金铸锭；
2)制粉：
将合金铸锭依次在氮气的保护下经过机械破碎、中破碎、气流磨制备平均粒度3.1μm的合金粉末；
3)混粉：
将合金粉末加入其总重量0.25‰的润滑剂，为了保证混合均匀，混粉时间1.8h，制得合金磁粉；
4)磁场成型、等静压：
混粉后的合金磁粉在氮气的保护下进行称料，再在压机中取向成型，取向成型磁场强度为1.8T，然后再进行冷等静压压制，冷等静压压力为500MPa，制备出生坯；
5)烧结固溶、时效处理：
生坯加热至低温1176℃下烧结0.8h进行致密化处理，再降温到1145℃进行3h固溶处理，并快速风冷至室温；然后升温至850℃，保温18h后，以0.80℃/min速度降温至400℃保温6h，并风冷至室温，得到烧结钐钴磁体。
<实例3>
高性能烧结钐钴磁体的制备方法，包括：
1)铸锭的制备：
按照如下重量百分比配制钐钴合金原料：重量百分比为22.4％的Sm、重量百分比为15.3％的Fe、重量百分比为3.0％的Zr、重量百分比为6.2％的Cu，余量为Co；
将配制好的钐钴合金原料在纯氩气气氛下熔炼、浇铸，熔炼在中频熔炼炉中进行，浇铸在盘冷水冷铜模中进行，得到厚度约为10mm的合金铸锭；
2)制粉：
将合金铸锭依次在氮气的保护下经过机械破碎、中破碎、气流磨制备平均粒度2.55μm的合金粉末；
3)混粉：
将合金粉末加入其总重量0.4‰的润滑剂，为了保证混合均匀，混粉时间3h，制得合金磁粉；
4)磁场成型、等静压：
混粉后的合金磁粉在氮气的保护下进行称料，再在敞开压机中取向成型，取向成型磁场强度为1.5T，然后再进行冷等静压压制，冷等静压压力为450MPa，制备出生坯；
5)烧结固溶、时效处理：
生坯加热至低温1180℃下烧结0.6h进行致密化处理，再降温到1156℃进行2.5h固溶处理，并快速风冷至室温；然后升温至870℃，保温14h后，以0.93℃/min速度降温至400℃保温5h，并风冷至室温，得到烧结钐钴磁体。
<实例4>
高性能烧结钐钴磁体的制备方法，包括：
1)铸锭的制备：
按照如下重量百分比配制钐钴合金原料：重量百分比为21.7％的Sm、重量百分比为13.2％的Fe、重量百分比为3.4％的Zr、重量百分比为7.3％的Cu，余量为Co；
将配制好的钐钴合金原料在纯氩气气氛下熔炼、浇铸，熔炼在中频熔炼炉中进行，浇铸在盘冷水冷铜模中进行，得到厚度约为10mm的合金铸锭；
2)制粉：
将合金铸锭依次在氮气的保护下经过机械破碎、中破碎、气流磨制备平均粒度2.25μm的合金粉末；
3)混粉：
将合金粉末加入其总重量0.42‰的润滑剂，为了保证混合均匀，混粉时间3h，制得合金磁粉；
4)磁场成型、等静压：
混粉后的合金磁粉在氮气的保护下进行称料，再在压机中取向成型，取向成型磁场强度为1.4T，然后再进行冷等静压压制，冷等静压压力为500MPa，制备出生坯；
5)烧结固溶、时效处理：
生坯加热至低温1188℃下烧结0.5h进行致密化处理，再降温到1155℃进行2.5h固溶处理，并快速风冷至室温；然后升温至885℃，保温10h后，以0.74℃/min速度降温至400℃保温2h，并风冷至室温，得到烧结钐钴磁体。
<对比例1>
高性能烧结钐钴磁体的制备方法，同实例1，区别是步骤4)，取向成型后，再进行冷等静压压制，冷等静压压力为200MPa，制备出生坯。
<对比例2>
高性能烧结钐钴磁体的制备方法，同实例2，区别是步骤4)，取向成型后，再进行冷等静压压制，冷等静压压力为200MPa，制备出生坯，步骤5)，烧结温度为1210℃保温2h，其他工艺不变。
<对比例3>
高性能烧结钐钴磁体的制备方法，同实例3，区别是步骤4)，取向成型后，再进行冷等静压压制，冷等静压压力为100MPa，制备出生坯；步骤5)，烧结温度为1215℃保温0.6h，其他工艺不变。
<对比例4>
高性能烧结钐钴磁体的制备方法，同实例4，区别是步骤5)，烧结温度为1188℃下烧结0.2h，其他工艺不变。
为了方便验证本发明专利中高性能烧结钐钴的制备方法，分别将实例1～4和对比例1～4的性能指标列于下表1所示。比较对比例1和实例1性能可得，若等静压压力为常规压力，那么在低温烧结，虽然最终磁体的氧含量得到控制，但是磁体的剩磁和密度均为小于实例中的结果；从对比例2和实例2的性能结果可知，常规等静压压力下，需要更高的烧结的温度才能使得磁体达到致密化(对比例2和实例2的密度和剩磁相当)，然而高的烧结温度会造成磁体的氧含量过高(约2920ppm)，高的氧含量会恶化磁体的组织结构，进而会恶化磁体的均匀性能；结合对比例3和实例3的性能结果可知，若等静压的压力过低，即使在高的烧结温度下，制备的磁体的密度和性能也无法和实例3的结果相媲美，并且还会提高磁体中的氧含量；结合对比例4和实例4的性能结果可知，纵使是相同的高的等静压力条件下，若保温时间过短，也无法达到优异的性能。本发明提供了一种高性能烧结钐钴磁体的制备方法，在生坯经过超高压力(450～500MPa)等静压后，经过低温合适时间的烧结后，得到最终的磁体的密度及剩磁得到明显的提高，而且样品中的氧含量得到很大的改善。
表1
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。
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