專利名稱：一種永磁合金塊體及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁性功能材料，尤其涉及一種永磁合金塊體及其制備方法。
背景技術：
永磁材料已成為現(xiàn)代科學技術，如計算機技術、信息技術、航空航天、通訊、交通運輸、辦公自動化、家電技術與人體健康和保健技術等重要物質(zhì)基礎。以釹鐵硼為代表的稀土鐵系永磁材料是能量密度最高，應用最廣，發(fā)展速度最快的新一代永磁材料，其生產(chǎn)和開發(fā)應用程度已成為衡量一個現(xiàn)代國家經(jīng)濟發(fā)展水平和綜合國力的重要標志之一。傳統(tǒng)的永磁體的制備方法主要有燒結(jié)法和粘結(jié)法兩種。燒結(jié)法是通過一定的制粉工藝得到磁粉，在磁場中取向成型，在壓機中壓成毛坯，然后燒結(jié)成型得到永磁體。這種方法工藝復雜，能耗高， 并且不能滿足復雜形狀的需求。粘結(jié)法也是通過一定制粉工藝得到磁粉，將磁粉與粘結(jié)劑混合成型，經(jīng)過固化處理后得到永磁體。由于粘結(jié)劑的引入使得磁體磁性能被稀釋，因此該方法不利于得到高性能的永磁體。此外，傳統(tǒng)的制備方法并不適合制備小尺寸的塊狀磁體， 因此有必要探索一種節(jié)能高效的永磁體制備方法。近年來，一些研究者采用銅模噴鑄法直接值得圓柱狀，圓環(huán)狀及片狀永磁體。這種方法是將熔融的合金噴鑄到一定尺寸的銅模中，直接得到納米晶永磁體，或者先得到非晶合金，再將其熱處理得到永磁體。這種方法具有工藝簡單，低成本，易成型，易加工，結(jié)構致密，耐蝕性強等優(yōu)點。然而，由于非晶形成能力的限制，到目前為止文獻中報道用該法制備的磁體尺寸不超過1. 5mm。本實驗室在稀土鐵系永磁合金體系中，通過元素添加和調(diào)節(jié)元素比例，采用模具噴鑄快淬法直接制得尺寸為0. 3mnT20mm，性能優(yōu)良的永磁合金塊體，這對于永磁體的推廣應用至關重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種永磁合金塊體及其制備方法。永磁合金塊體化學分子通式為FeiQQ_a_b_。_x_y_zC0aRbN。CxByMz，其中R為Nd和ft·中的一種或兩種，M 為 Nb，Ti, Zr, Mo, Cr, V, W, Ta, Cu, Al, Zn, Ni, Ga, Ge, Sr, Si, Y, Tb, Dy, La, Ce，Hf，Sm, Ho元素中的一種或多種，a, b，c，x，y和ζ分別為Co元素，R元素，N元素，C元素，B元素和M元素的原子百分比，F(xiàn)e的原子百分比為100-a-b-c-x-y-z，其中，0彡a彡30 at. %，5 彡 b 彡 12 at. %，0 彡 c 彡 5 at. %，0. 1 彡 χ 彡 10 at. %，8 彡 y 彡 30 at. %，0 彡 ζ 彡 10 at. %，剩下為Fe含量。
所述永磁合金塊體的最大磁能積(BH)max為3 20MG0e。永磁合金塊體的制備方法的步驟如下
步驟一將原料金屬 Fe，Co, Nd, Pr, Nb, Ti, Zr, Mo, Cr, V, W, Ta, Cu, Al, Zn, Ni, Ga, Ge, Sr, Si，Y，Tb, Dy, La，Ce, Hf，Sm，Ho，C，VN 合金，B 或 FeB 合金，根據(jù) Fe100_a_b_c_x丁zCoANcCJyMz 合金成分按照原子百分比稱量并配料，將稱得的目標成分原料多次熔煉，獲得成分均勻的 Fe100-a-b-e-x-y-zCoaRbNcCxByMz 合金錠子；步驟二 把步驟一獲得的Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金錠子去除氧化皮后破碎成小塊狀 ^1(ι(^_。_ΧτΖ(:。ΑΝ。(；ByMz 合金；
步驟三用步驟二得到的小塊狀Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金裝入下端開口且孔徑為 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空后，在腔體內(nèi)充入惰性氣體作為保護氣，采用高頻感應線圈加熱使合金熔化，調(diào)節(jié)電流由小增大，待合金完全熔融后噴鑄或吸鑄到模具中急冷，直接制得i^n-bn—zCoAN。(；ByMz永磁合金塊體。所述永磁合金塊體的尺寸為0. 3mnT20mm。本發(fā)明給出了一個制備永磁合金塊體的新方法及合金體系。該方法工藝簡單，能耗低，易成型，所制備的永磁合金塊體結(jié)構致密，硬磁性能優(yōu)良，耐腐蝕性能高，具有良好的工業(yè)應用前景。
具體實施例方式永磁合金塊體化學分子通式為FeiQQ_a_b_。_x_y_zC0aRbN。CxByMz，其中R為Nd和ft·中的一種或兩種，M 為 Nb，Ti, Zr, Mo, Cr, V, W, Ta, Cu, Al, Zn, Ni, Ga, Ge, Sr, Si, Y, Tb, Dy, La, Ce，Hf，Sm, Ho元素中的一種或多種，a, b，c，x，y和ζ分別為Co元素，R元素，N元素，C元素，B元素和M元素的原子百分比，F(xiàn)e的原子百分比為100-a-b-c-x-y-z，其中，0彡a彡30 at. %，5 彡 b 彡 12 at. %，0 彡 c 彡 5 at. %，0. 1 彡 χ 彡 10 at. %，8 彡 y 彡 30 at. %，0 彡 ζ 彡 10 at. %，剩下為Fe含量。
所述永磁合金塊體的最大磁能積(BH)max為3 20MG0e。永磁合金塊體的制備方法的步驟如下
步驟一將原料金屬 Fe，Co, Nd, Pr, Nb, Ti, Zr, Mo, Cr, V, W, Ta, Cu, Al, Zn, Ni, Ga, Ge, Sr, Si，Y，Tb, Dy, La，Ce, Hf，Sm，Ho，C，VN 合金，B 或 FeB 合金，根據(jù) Fe100_a_b_c_x丁zCoANcCJyMz 合金成分按照原子百分比稱量并配料，將稱得的目標成分原料多次熔煉，獲得成分均勻的 Fe100-a-b-e-x-y-zCoaRbNcCxByMz 合金錠子；
步驟二 把步驟一獲得的Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金錠子去除氧化皮后破碎成小塊狀 ^1(ι(^_。_ΧτΖ(:。ΑΝ。(；ByMz 合金；
步驟三用步驟二得到的小塊狀Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金裝入下端開口且孔徑為 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空后，在腔體內(nèi)充入惰性氣體作為保護氣，采用高頻感應線圈加熱使合金熔化，調(diào)節(jié)電流由小增大，待合金完全熔融后噴鑄或吸鑄到模具中急冷，直接制得i^n-bn—zCoAN。(；ByMz永磁合金塊體。所述永磁合金塊體的尺寸為0. 3mnT20mm。下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施例1 制備Nd7Fe64Y4Mo4C4B17永磁合金塊體
該實施例采用銅模吸鑄法制備了直徑為4mm，長度在1. 5cm-3cm的圓柱狀 Nd7Fe64Y4Mo4C4B17永磁合金塊體。步驟1 按原子百分比Nd7Fii64Y4Mo4C4B17稱量純度為99. 9%的Fe，純度為99. 5%的 Nd，純度為99. 5%的Y，純度為99. 9%的Mo，純度為99. 9%的C，以及FeB合金，將稱得的目標成分原料放入真空電弧熔煉爐中，抽真空后利用電弧使原料熔化，并反復熔煉5次以獲得成分均勻的Nd7Fe564Y4Mo4C4B17合金錠子。
步驟2 把步驟1獲得的Nd7Fi564Y4Mo4C4B17合金錠子去除氧化皮后破碎成小塊。步驟3 用步驟2得到的Nd7Fi564Y4Mo4C4B17小塊合金裝入下端開口且孔徑為 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空至4. O X lO^Pa后，在甩帶爐的腔體內(nèi)充入高純氬氣保護，采用高頻感應線圈加熱，調(diào)節(jié)電流由小增大，待合金完全熔融后吸鑄到銅模中，直接快淬得到永磁合金塊體。按上述工藝制得的Nd7Fi564Y4Mo4C4B17永磁合金塊體經(jīng)過XRD檢測，表明合金組成為 Nd2Fe14B和!^e3B,晶粒細小，磁滯回線呈現(xiàn)單相特征，表明軟硬磁相實現(xiàn)充分交換耦合，飽和磁化強度 Ms=L 3T，矯頑力 Hci=7. 71K0e，磁能積(BH)max=9. lMGOe。實施例2 制備Nd6F^1Co6Y3Nb4C6B1PlC磁合金塊體
該實施例采用銅模噴鑄法制備了厚度為3mm，寬度為7mm的Nd6F^Co6Y3Nb4C6B15片狀永磁合金塊體。步驟1 按原子百分比Nd6F^1Co6Y3Nb4C6B15稱量純度為99. 9%的狗，純度為99. 9% 的Co，純度為99. 5%的Nd，純度為99. 5%的Y，純度為99. 9%的Nb，純度為99. 9%的C以及 FeB合金，將稱得的目標成分原料放入真空電弧熔煉爐中，抽真空后利用電弧使原料熔化， 并反復熔煉5次以獲得成分均勻的Ndf^e6ciCo6Y3Nb4C6B15合金錠子。步驟2 :把步驟1獲得的Ndf^e6ciCo6Y3Nb4C6B15合金錠子去除氧化皮后破碎成小塊。
步驟3 用步驟2得到的Ndf^e6ciCo6Y3Nb4C6B15小塊合金裝入下端開口且孔徑為 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空至4. O X lO^Pa后，在甩帶爐的腔體內(nèi)充入高純氬氣保護，采用高頻感應線圈加熱，調(diào)節(jié)電流由小增大，待合金完全熔融后將其噴射并注入銅模中，直接快淬得到永磁合金塊體。按上述工藝制得的Nd6Fii6ciCo6Y3Nb4C6B15永磁合金塊體經(jīng)過XRD檢測，表明合金主要相組成為Nd2Fe14B,并且晶粒細小均勻，飽和磁化強度Ms=L 5T，矯頑力Hei=7. 98K0e，磁能積 (BH)max=9. 4 MGOe。實施例3 制備I^r4Ndfe66Y4V3C7B1PlC磁合金塊體
該實施例采用銅模噴鑄法制備了直徑為5mm，長度為1. 5cm-3cm的Pr4Nd3F^5Y4V3C7B13 柱狀永磁合金塊體。步驟1 按原子百分比Pr4Nd3Fii66Y4V3C7B13稱量純度為99. 9 %的狗，純度為99. 5%的 Pr,純度為99. 5%的Nd，純度為99. 5%的Y，純度為99. 9%的V，純度為99. 9%的C以及FeB 合金，將稱得的目標成分原料放入真空電弧熔煉爐中，抽真空后利用電弧使原料熔化，并反復熔煉5次以獲得成分均勻的Pr4Nd3Fi566Y4V3C7B13合金錠子。步驟2 :把步驟1獲得的Pr4Nd3Fi566Y4V3C7B13合金錠子去除氧化皮后破碎成小塊。步驟3 用步驟2得到的Pr4Nd3F^6Y4V3C7B13小塊合金裝入下端開口且孔徑為 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空至4. O X lO^Pa后，在甩帶爐的腔體內(nèi)充入高純氬氣保護，采用高頻感應線圈加熱，調(diào)節(jié)電流由小增大，待合金完全熔融后噴射并注入內(nèi)徑為5mm的銅模中，直接快淬得到永磁合金塊體。按上述工藝制得的I^r4Nd3Fii66Y4V3C7B13永磁合金塊體經(jīng)過XRD檢測，表明合金由 (Nd, Pr) 2Fe14B和!^e3B兩相組成，晶粒細小，磁滯回線呈現(xiàn)單相特征，表明軟硬磁相實現(xiàn)充分交換耦合，飽和磁化強度Ms=L 3T，矯頑力Hei=9. 12K0e，磁能積(BH)max=9. 2 MGOe。上述實施例獲得的永磁合金塊體的各項性能如表1總結(jié)所示。
表 1 i^1QQ_a_b_。_x_y_zCoaRbN。(；ByMz 永磁合金塊體的磁性能
權利要求
1.一種永磁合金塊體，其特征在于其化學分子通式為 ^1(1(1_“_。_χ_”&)^Ν。(:ΛΜζ，其中 R 為 Nd 禾口 Pr 中的一種或兩種，M 為 Nb，Ti, Zr, Mo, Cr, V, W, Ta, Cu, Al, Zn, Ni, Ga, Ge, Sr, Si，Y，Tb，Dy，La，Ce，Hf，Sm, Ho元素中的一種或多種，a, b，c，x，y和ζ分別為Co元素，R 元素，N元素，C元素，B元素和M元素的原子百分比，F(xiàn)e的原子百分比為100-a-b-c_x-y-z， 其中，0 彡 a 彡 30 at. %，5 彡 b 彡 12 at. %，0 彡 c 彡 5 at. %，0. 1 彡 χ 彡 10 at. %，8 彡 y 彡 30 at. %,0彡ζ彡10 at. %，剩下為Fe含量。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種永磁合金塊體，其特征在于所述永磁合金塊體的最大磁能積(BH)max為3 20MG0e。
3.—種如權利要求1所述的一種永磁合金塊體的制備方法，其特征在于它的步驟如下步驟一將原料金屬 Fe，Co, Nd, Pr, Nb, Ti, Zr, Mo, Cr, V, W, Ta, Cu, Al, Zn, Ni, Ga, Ge, Sr, Si，Y，Tb, Dy, La，Ce, Hf，Sm，Ho，C，VN 合金，B 或 FeB 合金，根據(jù) Fe100_a_b_c_x丁zCoANcCJyMz 合金成分按照原子百分比稱量并配料，將稱得的目標成分原料多次熔煉，獲得成分均勻的 Fe100-a-b-e-x-y-zCoaRbNcCxByMz 合金錠子；步驟二 把步驟一獲得的Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金錠子去除氧化皮后破碎成小塊狀 ^1(ι(^_。_ΧτΖ(:。ΑΝ。(；ByMz 合金；步驟三用步驟二得到的小塊狀Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金裝入下端開口且孔徑為 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空后，在腔體內(nèi)充入惰性氣體作為保護氣，采用高頻感應線圈加熱使合金熔化，調(diào)節(jié)電流由小增大，待合金完全熔融后噴鑄或吸鑄到模具中急冷，直接制得i^n-bn—zCoAN。(；ByMz永磁合金塊體。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種永磁合金塊體的制備方法，其特征在于所述永磁合金塊體的尺寸為0. 3mnT20mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁合金塊體成分及其制備方法。永磁合金塊體的化學分子通式為Fe100-a-b-c-x-y-zCoaRbNcCxByMz，其中R為Nd和Pr中的一種或兩種，M為Nb，Ti，Zr，Mo，Cr，V，W，Ta，Cu，Al，Zn，Ni，Ga，Ge，Sr，Si，Y，Tb，Dy，La，Ce，Hf，Sm，Ho元素中的一種或多種，a，b，c，x，y和z分別為Co元素，R元素，N元素，C元素，B元素和M元素的原子百分比，F(xiàn)e的原子百分比為100-a-b-c-x-y-z。其制備方法是將各原料合金按化學分子式配料，將其多次熔煉制備成分均勻的合金錠子，然后采用模具噴鑄或吸鑄使其急速冷卻，直接得到性能優(yōu)良的永磁合金塊體。本發(fā)明工藝簡單，能耗小，磁體結(jié)構致密，硬磁性能優(yōu)良，耐腐蝕性能高，可以廣泛應用于信息、通訊、計算機等領域。
文檔編號C22C1/02GK102304663SQ20111027957
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權日2011年9月20日
發(fā)明者嚴密, 簡紅 申請人:浙江大學