一种钐铁氮/铁氧体系复合磁粉及其制备方法与应用

本发明属于复合磁粉，涉及一种钐铁氮/铁氧体系复合磁粉及其制备方法与应用。

背景技术：

1、钐铁氮/铁氧体系复合磁粉由钐铁氮基磁粉和铁氧体基磁粉组成，是永磁行业尤其是粘结永磁体行业的重要材料体系之一。钐铁氮基磁粉具有较高的饱和磁化强度和磁晶各向异性场，铁氧体基磁粉则具备良好的化学稳定性、温度稳定性和成本优势，将二者复合可在综合性能和成本之间实现较好的平衡，因此该复合磁粉体系一直受到业界广泛关注。

2、现阶段，钐铁氮/铁氧体系复合磁粉主要采用后混合法，其实质为：先将粗粒径的钐铁氮基磁粉与铁氧体基磁粉分别独立研磨细化，获得各自的目标粒径后，再进行简单的物理混合。该工艺操作简便、设备要求低，在工业中应用较为广泛，但其技术路线仍存在突出缺陷。一是矫顽力遭稀释。受现有单独制备工艺制约，钐铁氮基磁粉在研磨细化至目标粒径的过程中在颗粒内部难以激发强磁钉扎，矫顽力普遍难以突破11.0 koe；在此基础上，后混合工艺再引入本征矫顽力更低的铁氧体基磁粉，会进一步稀释复合磁粉的整体矫顽力，致使矫顽力不升反降，严重制约了材料在高温、高磁场等苛刻工况下的应用。二是剩磁与最大磁能积进一步恶化。钐铁氮基磁粉自身存在矫顽力与剩磁、最大磁能积之间的传统矛盾，即在单独研磨细化过程中，提升矫顽力往往造成磁粉晶体结构破坏和取向度降低，进而以牺牲剩磁和最大磁能积为代价。后混合工艺在此已受损的磁性能基础上，再引入低剩磁、低最大磁能积的铁氧体基磁粉进行简单物理混合叠加，将使复合磁粉的剩磁和最大磁能积较单一钐铁氮基磁粉进一步恶化，高矫顽力与高最大磁能积协同获得的难度显著加大。三是两相微观分布不均。经分别制备至目标粒径的钐铁氮基磁粉与铁氧体基磁粉均为微米级微细粉体，表面能相对较高，颗粒间极易团聚。简单的物理后混合缺乏足够的能量输入与界面相互作用，难以打破团聚体并实现两相在微观尺度上的均匀分散，导致相分布均匀性较差，两相磁相互作用程度受限，进一步限制了复合磁粉最大磁能积的提升空间，阻碍了材料磁性潜能的充分释放。

3、综上，如何在实现钐铁氮/铁氧体系复合磁粉两相均匀分布的同时获得高矫顽力，并有效缓解矫顽力与剩磁、最大磁能积之间的传统矛盾，是该领域亟待突破的关键技术难题。因此，探索新型复合工艺，开发兼具高矫顽力与高最大磁能积的钐铁氮/铁氧体系复合磁粉，对于充分释放该复合体系的磁性潜能、发展高性能、低成本、耐高温、高电阻率的永磁材料，具有重要的现实意义与工程应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种钐铁氮/铁氧体系复合磁粉及其制备方法与应用。

2、本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：

3、一种钐铁氮/铁氧体系复合磁粉，其包括各向异性钐铁氮基磁粉和各向异性铁氧体基磁粉；

4、所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉的d50粒径为0.8-5μm；矫顽力≥12koe，剩磁比＞0.92。

5、作为优选，所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉的d50粒径为1.6-3.0μm。

6、进一步优选，所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉的d50粒径为1.8-2.5μm。

7、作为优选，所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉的矫顽力≥13.2koe，剩磁≥10.0kg、最大磁能积≥20mgoe、剩磁比≥0.94。

8、进一步优选，所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉的矫顽力＞14.0koe，剩磁≥13.5kg、最大磁能积≥38mgoe、剩磁比≥0.95。

9、更进一步优选，所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉的矫顽力＞14.5koe，剩磁＞13.7kg、最大磁能积＞40mgoe、剩磁比≥0.95。

10、作为优选，所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉包括钐铁氮基磁粉和铁氧体基磁粉，所述铁氧体基磁粉颗粒以微米级至亚微米级颗粒均匀分散于所述钐铁氮基磁粉颗粒当中，且两种磁粉颗粒之间存在磁相互作用。

11、作为优选，所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉的磁化曲线表现出先快速磁化、再减速、再加速、再减速磁化的多段磁化强磁钉扎特征。

12、在本发明中，所述各向异性钐铁氮基磁粉以钐、铁、间隙氮为核心组分，主物相近似为(sm,r)2(fe,m)17n3+δ（0＜δ≤0.3）的菱方晶系结构型的稀土间隙型金属间化合物各向异性永磁粉末；

13、其中，r为稀土元素，包括但不限于sm、la、ce、y、nd、pr、dy、tb、ho、gd、er元素中的至少一种；

14、m为过渡金属元素，包括但不限于co、ni、al、cu、mn、ti、zr、nb，v元素中的至少一种。

15、在本发明中，所述各向异性铁氧体基磁粉以锶/钡、铁、氧为核心组分，主物相为(sr,ba,re)(fe,t)12o19的六方晶系结构型各向异性磁粉；

16、其中，re为稀土元素，包括但不限于la、ce、pr、nd、sm、gd、eu、er、dy元素中的至少一种；t为过渡金属取代元素，包括但不限于co、mn、zn、ti、cr、cu、ni、sc元素中的至少一种。

17、作为优选，所述各向异性钐铁氮基磁粉为多面不规则形状；其表面为平整结构，和/或包含若干凸起和凹坑的不平整结构；

18、所述不平整结构中，凹坑由相邻凸起之间的空隙形成；凸起与凸起之间或凸起与颗粒表面之间具有黏连结构，通过所述黏连结构使凸起与颗粒内部紧实结构形成整体；所述凹坑形状不规则，尺寸为纳米级至亚微米级。

19、作为优选，所述各向异性钐铁氮基磁粉的表面为平整结构。

20、作为优选，所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉通过钐铁氮基磁粉和铁氧体基磁粉经湿法共研磨、干燥制得。

21、本发明的第二个目的通过以下技术方案来实现：

22、一种钐铁氮/铁氧体系复合磁粉的制备方法，包括以下步骤：

23、（1）将钐铁氮基原料磁粉和铁氧体基原料磁粉，按比例进行混合，获得复合原料磁粉；

24、（2）按比例配制研磨溶剂和研磨助剂，并与复合原料磁粉进行混合，获得预混研磨浆料；

25、（3）于无氧环境中，将预混研磨浆料转移至填有研磨球的研磨罐中，进行湿法共研磨，获得研磨后的浆料；

26、（4）对研磨后的浆料依次进行固液分离、洗涤与干燥处理，获得目标复合磁粉；

27、其中，以所述钐铁氮基原料磁粉和所述铁氧体基原料磁粉的总质量计，所述铁氧体基原料磁粉的添加量为1-50wt.%，所述研磨助剂的添加量为0.1-6wt.%。作为优选，以所述钐铁氮基原料磁粉和所述铁氧体基原料磁粉的总质量计，所述铁氧体基原料磁粉的添加量为5-30wt.%，所述研磨助剂的添加量为1-5wt.%。

28、作为优选，所述钐铁氮基原料磁粉的d50粒径为2.0-50μm，优选为2.5-30μm；

29、所述铁氧体基原料磁粉的d50粒径为1.8-20μm，优选为2.1-20μm。

30、进一步优选，所述钐铁氮基原料磁粉的d50粒径＞所述铁氧体基原料磁粉的d50粒径。

31、作为优选，所述钐铁氮基原料磁粉，其预充磁后经2t极限外加磁场测试时的最大磁化强度≥12.8kg；

32、所述预充磁，其充磁磁场为≥4t。

33、作为优选，所述研磨溶剂包括乙醇、正己烷、正庚烷、汽油、正戊烷、异丙醇、丙酮、甲苯、二甲苯中的至少一种。

34、作为优选，所述研磨助剂包括表面活性剂和偶联剂中的至少一种；

35、以所述钐铁氮基原料磁粉和所述铁氧体基原料磁粉的总质量计，所述表面活性剂的添加量为1-5wt.%，所述偶联剂的添加量为0.1-1wt.%。

36、进一步优选，所述表面活性剂包括油酸、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钠、棕榈酸、亚油酸、花生酸或山嵛酸中的至少一种；

37、所述偶联剂包括硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂中的至少一种。

38、作为优选，研磨溶剂和研磨助剂预混后得到预混研磨液，将其与所述复合原料磁粉混合，获得预混研磨浆料。

39、本发明通过将研磨溶剂与研磨助剂预先与复合原料磁粉混合，相较于直接研磨的常规工艺，在相同研磨参数下显著提升了目标复合磁粉的综合性能。预混步骤使助剂在磁粉表面实现均匀润湿与分散，有效改善研磨过程中的能量传递与颗粒受力状态。在此基础上，将研磨溶剂和研磨助剂先行复配成均一的预混研磨液，再与磁粉混合，避免局部浓度差异，强化助剂协同效应，使磁粉的流动性、分散稳定性及目标复合磁粉的磁性能得到进一步提升。

40、作为优选，所述湿法共研磨的研磨时间为20-2000min，研磨转速为200-3000rpm。

41、进一步优选，所述湿法共研磨的研磨时间为60-900min，研磨转速为300-1600rpm。

42、作为优选，所述干燥的温度为10-80℃。

43、作为优选，还包括后处理；所述后处理包括颗粒筛选、钝化或混粉中的至少一种；

44、所述颗粒筛选包括：在干燥前或干燥后，采用沉降筛选或气流筛选法去除粒径＜0.5μm的钐铁氮/铁氧体系复合磁粉；

45、所述混粉包括：在所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉中加入铁氧体基原料磁粉、稀土铁硼磁粉、稀土钴磁粉中的至少一种，经混合，得到第二复合磁粉。

46、进一步优选，在第二复合磁粉中，铁氧体基原料磁粉的总加入量为第二复合磁粉质量的6-45wt.%。

47、本发明的第三个目的通过以下技术方案来实现：

48、一种各向异性稀土粘结磁体，其通过所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉制得。

49、作为优选，所述各向异性稀土粘结磁体，包含模压粘结磁体、注塑粘结磁体、挤出粘结磁体、3d打印粘结磁体中的至少一种。

50、作为优选，所述各向异性稀土粘结磁体包括所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉和粘结剂；

51、所述粘结剂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯、尼龙、聚苯硫醚、热塑性弹性体中的至少一种；

52、以所述各向异性稀土粘结磁体的总质量计，所述钐铁氮/铁氧体系复合磁粉的含量为60~99wt.%，所述粘结剂的含量为1~40wt.%。

53、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

54、1、本发明采用共研磨方法代替传统的后混合工艺，将两种磁粉的混合过程前移至研磨阶段，借助共研磨过程中强机械作用打散异质细小磁粉的原生或新生团聚、诱导异相嵌合与破碎力相互作用，实现钐铁氮/铁氧体系复合材料相分布均匀性的优化提升。

55、2、本发明的共研磨工艺借助研磨过程中锶铁氧体磁粉颗粒在钐铁氮磁粉颗粒中的均匀嵌合分布及其对钐铁氮粉末破碎力的阻隔缓冲作用，改变钐铁氮基磁粉的破碎行为：一方面，在钐铁氮体系中有效激发更强的磁钉扎效应，实现对钐铁氮基磁粉的矫顽力的有效增益；另一方面，抑制研磨过程中钐铁氮基磁粉的晶体结构的破损劣化，优化钐铁氮晶粒的取向度，从而抑制剩磁和磁能积的严重降低，有效缓解钐铁氮基磁粉的高矫顽力与剩磁、磁能积之间的传统矛盾。由此，借助钐铁氮基磁粉的高矫顽力与高剩磁，实现了钐铁氮/铁氧体系复合材料高矫顽力、高剩磁和高磁能积的协同获得。

56、3、本发明借助铁氧体基体相与钐铁氮相的高度均匀分布、磁钉扎效应的增强以及取向织构程度的提升，成功构筑出兼具高相分布均匀性、高矫顽力和高磁能积的钐铁氮/铁氧体系复合材料。基于该复合磁粉，能进一步制备各向异性稀土粘结磁体，将材料性能优势有效转化为实际器件性能，拓宽了本发明在永磁材料领域的工程实用价值。