專利名稱：一種用機械合金化制備釤鐵氮永磁材料的方法
技術領域：
本發明屬于用粉末冶金方法制備稀土永磁材料技術領域，特別是提供了一種用機械合金化制備釤鐵氮永磁材料的方法。
背景技術：
高性能鐵基稀土永磁體的研究，今年來引人注目。NdFeB的開發成功啟發人們探索新型三元稀土鐵化合物的磁性。在諸多新的化合物中，SmFeN的前景最被看好。
資料表明具有Th2Fe17晶體結構的Sm2Fe17的居里溫度只有116℃，而且是基面各向異性，但這些經氮化所得的Sm2Fe17Nx卻變成了單軸各向異性，其居里溫度Tc和飽和磁化強度Ms都得到了相當大的改善。飽和磁化強度達1.54T，這可與NdFeB的1.6T相媲美，而居里溫度470℃(NdFeB為312℃)、各向異性場14T(NdFeB為8T)都比NdFeB的值高得多。因此，研究開發新的滲氮工藝，制備出具有高含氮量、致密組織、良好磁性能的SmFeN永磁材料成為研究的熱點。(見李言奎，李麗蓉，屈保齡.SmFeN粘結磁體的研究.電工合金.1996，(2)22.)目前制備Sm2Fe17Nx粉的工藝包括三大部分(1)制備Sm2Fe17合金粉，(2)Sm2Fe17合金粉滲氮，(3)永磁合金粉的最終處理。
制備Sm2Fe17合金粉的方法有(1)快淬法(R.Q.)；(2)機械合金化法(MA)；(3)氫破碎法(HD)；(4)粉末冶金法(PM)。
以上四種工藝流程都是先制備出Sm2Fe17合金粉，再通過氣固反應滲N，其工藝復雜，周期長，能耗大，工業生產困難。(見席生歧，周敬恩，王笑天.Sm2Fe17Nx永磁材料研制進展.稀有金屬材料與進展.1994，23(5)15.)近年來，機械合金化被廣泛的應用于制備永磁材料。德國西門子公司用MA法制備出了Nd15Fe17B8永磁體，隨后又制得了SmCo5、Sm2Co17等稀土永磁合金；我國肖耀福等用MA法制備Nd(Fe，Mo)12Nx化合物，這種化合物成相條件好，具有ThMn12型結構，磁性很高，是一種優良的磁性材料。(見居毅，李宗權.機械合金化的原理及在磁性材料研究中的應用.功能材料.2002，33(1)14.)機械合金化技術是在球磨機中通過機械力的作用，即球磨、球磨罐和粉末相之間的頻繁碰撞，使粉末粒子發生強烈的塑性變形、冷焊形成具有片層狀結構的復合粉末，這種粉末又因加工硬化而破碎，破碎后粉末露出新鮮的原子表面又極易發生焊合。如此粉末不斷重復著冷焊、破裂、再焊合的過程，其組織結構則不斷細化，最終達到原子級混合而實現合金化的目的。(見楊君友，張同俊等.機械合金化研究的新進展.功能材料.1995，26(5)447.)發明內容本發明的目的在于提供一種用機械合金法制備SmFeN永磁材料的方法，解決了SmFeN制備中工藝復雜、氮的滲入與保持困難以及成本高等問題。
本發明制備SmFeN永磁材料的工藝是將純Sm粉、Fe粉按Sm2Fe17成分并多加1～30質量％的Sm粉配比，即最終質量百分比為25～30％Sm、70～75％Fe。為了提高氮的滲入量，還可以加入具有促進滲氮作用的元素(如Cr、Ni、Co等)，質量百分比為0.1～2％。將原料粉末初步混合后，在高能球磨機中球磨1～20小時，球磨介質為含氮物質(例如氮氣、氨水、液氨或液氮)。球磨中每球磨5～30分鐘停機5～20分鐘，以免罐內溫度過高。在球磨過程中Sm-Fe元素可實現合金化，即釤溶解于鐵之中，形成過飽和固熔體，增大粉末的活性。同時可實現氮的滲入。再對球磨后的合金粉末在含氮氣氛(例如氮氣、分解氨等)中400～600℃燒結，在此過程中，溶解于鐵之中的過飽和釤Sm會析出而形成SmFe化合物，同時增加N的滲入，可制得了SmFeN永磁粉末。還可以在燒結前的Sm-Fe粉末中加入1～8質量％的低熔點金屬(例如錫、鉛或相應的合金等)，利用這些低熔點金屬熔化后所形成的液相對鐵的潤濕性，將加熱過程中形成的SmFeN永磁粉末粘結成塊體材料。
本發明的優點在于1.能夠制備N含量1.2～3.9質量％、粒度為3～10μm、磁性能Br＝1.3T、iHc＝3390KA/m、(BH)m＝395kJ/m3的SmFeN磁粉及塊體磁性材料。由于高能球磨滲氮工藝促進了氮的滲入，同時增大了粉末活性，所以能夠制備出具有高含氮量、致密組織、良好磁性能的SmFeN永磁材料。
2.利用所添加的低熔點組元，在最佳滲氮溫度能夠達到燒結，使滲氮與燒結合為一體，不僅能夠簡化工藝，降低成本，而且還能夠制備出燒結SmFeN永磁材料。從而克服傳統的SmFeN永磁材料只能用粘結的方法來制造的缺點。
3.本發明制備工藝簡單、易于操作、設備簡單、成本低。
具體實施例方式
實施例1以氨水(NH3·H2O)為保護氣氛濕磨原料Sm粉25質量％，Fe粉75質量％。
把上述原料粉混合后裝入不銹鋼球磨罐內，球料比取10∶1，往球磨罐內注入氨水，開機球磨，球磨過程中每隔10分鐘停機一次，以便降溫和檢查機器，磨完后在充滿N2保護的手套箱內將含氮Sm-Fe合金粉末取出裝袋。球磨2小時，N含量達到了1.2質量％，粉末平均粒度9μm。再對合金粉末在分解氨氣氛爐內400℃松裝燒結，保溫1小時，所得磁粉N含量達到了2.3質量％，磁性能Br＝0.7T、iHc＝1800KA/m、(BH)m＝123kJ/m3。
例2以氮氣作為介質球磨原料Sm粉28質量％，Fe粉72質量％，另加Cr粉0.3質量％。
把上述原料粉末混合后裝入球磨罐內，球料比取10∶1，將罐抽成真空后，通入高純N2，開機球磨，球磨過程中每15分鐘停機一次，以便降溫和檢查機器，磨完后在充滿N2保護的手套箱內將合金粉取出。球磨4小時，N含量達到了1.4質量％，粉末平均粒度7μm。再對合金粉末在分解氨氣氛爐內480℃加熱，保溫1小時，所得磁粉氮含量達到了2.6質量％，磁性能Br＝0.9T、iHc＝2001KA/m、(BH)m＝150kJ/m3。
例3以液氨為球磨介質濕磨原料Sm粉28質量％，Fe粉72質量％，另加Cr粉1.5質量％。
將原料粉混合后裝入球磨罐內，球料比10∶1，將球磨罐抽成真空后，注入液氨，開機球磨，球磨過程中每隔15分鐘停機一次，以便降溫和檢查機器，磨完后在充滿N2保護的手套箱內將合金粉取出。球磨6小時，N含量達到了1.8質量％，粉末平均粒度4.5μm。再對合金粉末在分解氨氣氛爐內500℃松裝燒結，保溫2小時，所得磁粉N含量達到了3.6質量％，磁性能Br＝1.1T、iHc＝2889KA/m、(BH)m＝275kJ/m3。
例4以液氨為球磨介質濕磨原料Sm粉30質量％，Fe粉70質量％，另加Ni粉0.3質量％。
將原料粉混合后裝入球磨罐內，球料比10∶1，將球磨罐抽成真空后，注入液氨，開機球磨，球磨過程中每隔20分鐘停機一次，以便降溫和檢查機器，磨完后在充滿N2保護的手套箱內將合金粉取出。球磨8小時，N含量達到了1.8質量％，粉末平均粒度3μm。再對合金粉末在分解氨氣氛爐內500℃松裝燒結，保溫2小時，所得磁粉N含量達到了3.81質量％，磁性能Br＝1.26T、iHc＝3362KA/m、(BH)m＝375kJ/m3。
例5以液氨為球磨介質濕磨、加低熔點金屬。
原料Sm粉30質量％，Fe粉70質量％，另加Ni粉1.5質量％。
將原料粉混合后裝入球磨罐內，球料比10∶1，將球磨罐抽成真空后，注入液氨，進行球磨。磨完后在充滿N2保護的手套箱內將合金粉取出。球磨4小時，N含量達到了1.8質量％，粉末平均粒度8μm。加入3質量％的錫粉，將合金粉末壓制成形，在分解氨氣氛爐內550℃燒結，保溫2小時，得到具有使用形狀的塊體磁性材料，氮含量達到了3.85質量％，磁性能Br＝1.3T、iHc＝3375KA/m、(BH)m＝383kJ/m3。
例6以液氨為球磨介質濕磨、加低熔點金屬。
原料Sm粉30質量％，Fe粉70質量％，另加Co粉0.3質量％。
將原料粉混合后裝入球磨罐內，球料比10∶1，將球磨罐抽成真空后，注入液氨，進行球磨。磨完后在充滿N2保護的手套箱內將合金粉取出。球磨15小時，N含量達到了1.75質量％，粉末平均粒度3μm。加入6質量％的錫粉，將合金粉末壓制成形，在分解氨氣氛爐內580℃燒結，保溫2小時，得到具有使用形狀的塊體磁性材料，氮含量達到了3.83質量％，磁性能Br＝1.24T、iHc＝3343KA/m、(BH)m＝343kJ/m3。
例7以液氨為球磨介質濕磨、加低熔點金屬。
原料Sm粉30質量％，Fe粉70質量％，另加Co粉1.5質量％。
將原料粉混合后裝入球磨罐內，球料比10∶1，將球磨罐抽成真空后，注入液氨，進行球磨。磨完后在充滿N2保護的手套箱內將合金粉取出。球磨6小時，N含量達到了1.9質量％，粉末平均粒度8μm。加入3質量％的鉛-錫合金粉，將合金粉末壓制成形，在分解氨氣氛爐內550℃燒結，保溫2小時，得到具有使用形狀的塊體磁性材料，氮含量達到了3.9質量％，磁性能Br＝1.3T、iHc＝3390KA/m、(BH)m＝378kJ/m3例8以液氮為球磨介質濕磨、加低熔點金屬。
原料同實施例7將原料粉混合后裝入球磨罐內，球料比10∶1，將球磨罐抽成真空后，注入液氮，進行球磨。磨完后在充滿N2保護的手套箱內將合金粉取出。球磨6小時，N含量達到了1.83質量％，粉末平均粒度5.5μm。加入8質量％的鉛-錫合金粉，將合金粉末壓制成形，在分解氨氣氛爐內600℃燒結，保溫2小時，得到具有使用形狀的塊體磁性材料，氮含量達到了3.87質量％，磁性能Br＝1.28T、iHc＝3352KA/m、(BH)m＝395kJ/m3。
權利要求
1.一種用機械合金化法制備SmFeN永磁材料的方法，其特征在于將Sm、Fe元素按Sm2Fe17分子組成配比并多加入1～30質量％的Sm粉，即質量百分比為25～30％的Sm、70～75％的Fe；混合后在高能球磨機中球磨1～20小時，球磨過程中每球磨5～30分鐘需停機一次，每次停機時間不少于5分鐘，以降溫；球磨介質為含氮物質，球磨后的合金粉末在含氮氣氛中燒結，燒結溫度為400～600℃，保溫1～2個小時，可得到SmFeN永磁粉末，燒結前的Sm-Fe粉末中加入1～8質量％的低熔點金屬錫、鉛或相應的合金，將加熱過程中形成的SmFeN永磁粉末粘結成塊體材料。
2.根據權利要求1所述制備SmFeN永磁粉末的方法，其特征在于在Sm-Fe混合粉末中添加微量元素Cr、Ni或Co，微量元素為總質量的0.1～2％。
3.根據權利要求1或2所述的制備SmFeN永磁粉末的方法，其特征在于含氮物質的球磨介質為氮氣、氨水、液氨或液氮。
4.根據權利要求1或2所述的制備SmFeN永磁粉末的方法，其特征在于燒結的含氮氣氛包括分解氨或氮氣。
全文摘要
本發明提供了一種用機械合金化制備SmFeN永磁材料的方法，其特征在于將純Sm粉、Fe粉按Sm
文檔編號H01F1/059GK1479326SQ0315016
公開日2004年3月3日 申請日期2003年7月21日 優先權日2003年7月21日
發明者賈成廠, 尹法章, 關璐, 平延磊, 曲選輝 申請人:北京科技大學