一种各向异性纳米晶钴基稀土永磁及其制备方法与流程

1.本发明属于稀土磁性材料制备技术领域，具体涉及一种各向异性纳米晶钴基稀土永磁及其制备方法。


背景技术：

2.稀土永磁材料因可以起到能量储存和转换的作用，而被广泛地应用在各种微特电机中，在计算机、汽车、仪器、仪表、家用电器、石油化工、医疗保健、航空航天等行业中都起到重要作用；同时也被应用来产生强间隙磁场的元器件中，在核磁共振设备、电器件、磁分离设备、磁力机械、磁疗器械等行业起到重要作用。
3.随着风力发电、新能源汽车、变频家电、节能电梯、节能石油抽油机等新兴绿色能源领域的快速发展，对高端稀土永磁材料的需求日益增长，也对永磁材料的磁性能，特别是温度稳定性，提出了更高的要求。常用的稀土永磁主要包括铁基和钴基稀土永磁。作为铁基稀土永磁主要代表的钕铁硼磁体虽然具有超高室温磁能积，被称为“磁王”，但低的居里温度不利于其应用于高温环境。而作为典型的钴基稀土永磁的钐钴磁体具有高的矫顽力和温度稳定性，适合应用于较高温应用领域。
4.目前，钴基稀土永磁的制备方法主要包括烧结法和热变形方法，烧结法制备过程采用传统粉末冶金技术，将磁粉在特殊的磁场中取向，使晶粒取向趋于一致后进行烧结、热处理和加工。虽然烧结磁体磁性能较高，但工艺复杂、生产时间较长，且无法实现近终成型。而热变形方法制备的各向异性纳米晶永磁体，工艺流程短，只需要热压和热变形两步。其中，热压过程是为了获得高致密的纳米晶磁体，而热变形过程则是为了获得高的变形织构，实现磁各向异性。与传统粉末冶金烧结的微米晶磁体相比，热变形纳米晶磁体无需磁场取向即可获得各向异性，而且其力学性能和抗腐蚀性能更优。常规热变形方法一般采用镦粗变形，该方式由于变形不均匀，所制备的热变形磁体磁性能也不均匀，需要后期加工中切除上下面形变量小的区域，无法达到近净成形，造成大量的浪费。


技术实现要素：

5.本发明提供一种各向异性纳米晶钴基稀土永磁及其制备方法，该制备方法利用热挤出方式进行变性，可以获得均匀的变形织构，具有净成型特征。
6.具体来说，本发明提供了如下技术方案：
7.一种各向异性纳米晶钴基稀土永磁的制备方法，包括以下步骤：
8.获得钴基稀土磁粉；
9.对所述钴基稀土磁粉进行热压，获得各向同性磁体；
10.对所述各向同性磁体进行热挤出，获得各向异性纳米晶钴基稀土永磁，所述热挤出的温度为600～900℃。
11.发明人在钴基稀土磁性材料制备技术的研发过程中发现，首先对非晶/纳米晶磁粉进行热压制备成各向同性前驱体，然后将前驱体在600～900℃温度下通过在模具压头设
计的通孔中挤出成型，可以获得均匀的变形织构，具有净成型特征，同时还能提高稀土永磁材料的最大磁能积，并且不降低剩磁和矫顽力。
12.优选的，上述制备方法中，所述钴基稀土磁粉包括式rco
a
‑
x
tm
x
(原子比)的合金，其中，r是至少一种稀土元素，tm是至少一种过渡族元素；a是3、5或7，0≤x≤0.3。
13.进一步优选的，r选自sm、pr、la、ce、y中的一种或多种，tm选自ni、fe、mn、cr、al、sn、ga、ti、zn、zr、mo、ag、cu中的一种或多种。
14.优选的，上述制备方法中，所述钴基稀土磁粉通过配料、熔炼、快淬和/或高能球磨制备得到。本发明中所用的磁粉需保证晶粒尺寸是纳米级别或者非晶。所述熔炼用于制备合金铸锭；所述快淬和/或高能球磨用于制备非晶/纳米晶磁粉，一般使用快淬带研磨制备的磁粉；或者使用机械合金化法即高能球磨制备的磁粉。
15.优选的，上述制备方法中，所述钴基稀土磁粉按照所述式rco
a
‑
x
tm
x
配料，且实际配r量为理论r耗量的1.03～1.10倍。
16.优选的，上述制备方法中，所述热压的温度为500～700℃；和/或，所述热压的压力为400～1000mpa。
17.优选的，上述制备方法中，所述热挤出的压力为50～500mpa。进一步优选的，热挤出过程在真空或者ar气气氛下进行；升温速率没有特定要求，如50
‑
200℃/min。
18.优选的，上述制备方法中，所述热挤出步骤中，上下压头为相同直径，下压头上设置有供物料挤出的通孔。升温到变形温度后加压进行挤压变形，上压头向下运动将磁体挤入下压头通孔中。
19.优选的，上述制备方法中，所述通孔的长宽比为至少4。本发明中，大的长宽比是挤压获得磁各向异性的关键，同时，通过设计下压头通孔形状，可以连续生产不同截面形状的热变形磁体，比如薄片状、瓦状、薄环状等各类截面形状。
20.本发明还提供上述制备方法制备得到的各向异性纳米晶钴基稀土永磁。
21.本发明所取得的有益效果：
22.与传统墩粗热变形方法相比，本发明制备的各向异性纳米晶钴基稀土永磁，可以获得更均匀的变形织构，具有净成型特征，同时还能提高稀土永磁材料的最大磁能积，并且不降低剩磁和矫顽力。
具体实施方式
23.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
24.以下实施例中，所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
25.实施例1
26.实施例1提供了一种各向异性纳米晶钴基稀土永磁的制备方法，按以下步骤进行：
27.1)按照化学式smco5配料，且配料过程中实际配sm量为理论sm耗量的1.05倍；
28.2)将步骤1)的合金原料在氩气气氛下通过pzgf
‑
40型中频真空感应熔炼炉进行熔炼，加热功率从5kw依次升高到8kw、10kw、13kw，相应停留时间分别为5min、3min、3min、
2min，浇铸时采用水冷铜模，得到厚度为10mm的smco5合金铸锭；
29.3)将smco5合金铸锭以25m/s的辊速在氩气气氛下进行熔体快淬，得到smco5快淬带；将快淬带放入不锈钢罐中，以不锈钢球为球磨介质，不锈钢球直径为4
‑
12mm，球料比为15:1，转速为600r/min，在氩气气氛下通过gn
‑
2型高能球磨机球磨4小时，得到磁粉；
30.4)将步骤3)磁粉装入模具中进行热压，热压工艺为：温度600℃、压力500mpa，保温时间为5min，制备得到变形前驱体；
31.5)将步骤4)前驱体装入直径20mm，下压头挤压通孔截面尺寸为10
×
2mm的模具中，在真空状态(小于10pa)下，升温至800℃，然后逐步施加压力至100mpa，将前驱体挤入下压头的通孔中，挤出成型，得到各向异性纳米晶钴基稀土永磁。
32.实施例2
33.实施例2提供了一种各向异性纳米晶钴基稀土永磁的制备方法，按以下步骤进行：
34.1)按照化学式sm
0.6
pr
0.4
co5配料，且配料过程中实际配sm量为理论sm耗量的1.05倍，实际配pr量为理论pr耗量的1.05倍，即额外添加5wt％的sm和pr作为烧损；
35.2)将步骤1)的合金原料在氩气气氛下通过pzgf
‑
40型中频真空感应熔炼炉进行熔炼，加热功率从5kw依次升高到8kw、10kw、13kw，相应停留时间分别为5min、3min、3min、2min，浇铸时采用水冷铜模，得到厚度为10mm的sm
0.6
pr
0.4
co5合金铸锭；
36.3)将sm
0.6
pr
0.4
co5合金铸锭以25m/s的辊速在氩气气氛下进行熔体快淬，得到sm
0.6
pr
0.4
co5快淬带；将快淬带放入不锈钢罐中，以不锈钢球为球磨介质，不锈钢球直径为4
‑
12mm，球料比为15:1，转速为600r/min，在氩气气氛下通过gn
‑
2型高能球磨机球磨4小时，得到磁粉；
37.4)将步骤3)磁粉装入模具中进行热压，热压工艺为：温度600℃、压力500mpa，保温时间为5min，制备得到变形前驱体；
38.5)将步骤4)前驱体装入直径20mm，下压头挤压通孔截面尺寸为10
×
2mm的模具中，在真空状态(小于10pa)下，升温至800℃，然后逐步施加压力至100mpa，将前驱体挤入下压头的通孔中，挤出成型，得到各向异性纳米晶钴基稀土永磁。
39.实施例3
40.实施例2提供了一种各向异性纳米晶钴基稀土永磁的制备方法，按以下步骤进行：
41.1)按照化学式smco
4.8
zr
0.2
配料，且配料过程中实际配sm量为理论sm耗量的1.05倍；
42.2)将步骤1)的合金原料在氩气气氛下通过pzgf
‑
40型中频真空感应熔炼炉进行熔炼，加热功率从5kw依次升高到8kw、10kw、13kw，相应停留时间分别为5min、3min、3min、2min，浇铸时采用水冷铜模，得到厚度为10mm的得到smco
4.8
zr
0.2
合金铸锭；
43.3)将smco
4.8
zr
0.2
合金铸锭以25m/s的辊速在氩气气氛下进行熔体快淬，得到smco
4.8
zr
0.2
快淬带；将快淬带放入不锈钢罐中，以不锈钢球为球磨介质，不锈钢球直径为4
‑
12mm，球料比为15:1，转速为600r/min，在氩气气氛下通过gn
‑
2型高能球磨机球磨4小时，得到得到磁粉；
44.4)将步骤3)磁粉装入模具中进行热压，热压工艺为：温度600℃、压力500mpa，保温时间为5min，制备得到变形前驱体；
45.5)将步骤4)前驱体装入直径20mm，下压头挤压通孔截面尺寸为10
×
2mm的模具中，
在真空状态(小于10pa)下，升温至800℃，然后逐步施加压力至100mpa，将前驱体挤入下压头的通孔中，挤出成型，得到各向异性纳米晶钴基稀土永磁。
46.磁性能测试：
47.取50mm长度的实施例1所得各向异性纳米晶钴基稀土永磁，沿热挤出的挤出方向在磁体的前端(5mm处)、中部(25mm处)和后端(45mm处)分别取样检测，磁性能数据如下表1所示。
48.表1
[0049] 剩磁(kg)矫顽力(koe)最大磁能积(mgoe)位置1
‑
前端7.819.612.9位置2
‑
中部8.118.714.6位置3
‑
后端8.020.213.8
[0050]
由表1可以看出，磁体的前端、中部和后端具有均匀的磁性能(剩磁差异＜4％；矫顽力差异＜8％；磁能积差异＜14％)，说明实施例1所制得的smco5稀土磁体的变形织构具有良好的均匀性。
[0051]
将实施例1
‑
3所制得的各向异性纳米晶钴基稀土永磁进行磁性能检测，检测数据见表2。
[0052]
表2
[0053] 剩磁(kg)矫顽力(koe)最大磁能积(mgoe)实施例18.118.714.6实施例28.512.515.9实施例38.321.715.2
[0054]
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。