粉體的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于稀土永磁材料領(lǐng)域，具體是一種制備稀土永磁Sm2Fe17Nx粉體的工藝， 以Fe-M合金和純Sm粉為原料，通過固-液相擴(kuò)散反應(yīng)方法制備Sm2Fe17合金，后通過氣體 氮化制備出Sm2Fe17Nx(x= 2. 7~3)粉體。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，第三代稀土永磁體NdFeB已經(jīng)獲得了前所未有的磁性能，被人們稱為 "磁王"。由于其優(yōu)異的磁學(xué)性能和我國豐富的釹資源，使其研究、開發(fā)及生產(chǎn)飛速發(fā)展。特 別是近年來，隨著計(jì)算機(jī)、電子通訊、電動車、風(fēng)力發(fā)電、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展， 高性能稀土永磁材料的應(yīng)用范圍和重要性越來越大。但是，NdFeB仍存在著一些缺點(diǎn)，極大 地限制它的推廣應(yīng)用。首先，NdFeB的居里溫度為583K，作為永磁體功能而使用的上限溫度 約為400K，磁體穩(wěn)定性較差；其次，隨著NdFeB磁體產(chǎn)量的急劇增加，Nd的價(jià)格隨之劇漲，目 前高性能NdFeB的價(jià)格也達(dá)到了一個高位。此外，NdFeB熱穩(wěn)定性和耐蝕性差。因此，人們 一直希望找到性能更高、成本更低的永磁材料。
[0003]Sm2Fe17N3是繼NdFeB之后受到人們重視的又一種稀土永磁材料。SmFeN永磁體具 有優(yōu)異內(nèi)稟磁性能，相對于NdFeB系永磁體，雖然它的理論磁能積略低，但是各向異性場卻 是NdFeB的3倍。更為重要的是SmFeN系永磁體的居里溫度可達(dá)740K，比NdFeB系永磁體 的居里溫度高200K左右。此外，SmFeN的抗氧化性和耐腐蝕性也較好。因此，由于SmFeN熱 穩(wěn)定性和耐腐蝕性好，成本較低，很有可能成為繼NdFeB之后又一代實(shí)用的新型永磁體。
[0004]Sm2Fe17N3是于1990年首次通過氣固反應(yīng)法合成的。到目前，已經(jīng)發(fā)展了多種 Sm2Fe17Nx磁粉制備方法，包括：粉末冶金、快淬、機(jī)械合金化、還原擴(kuò)散法等。無論哪種方法， 首先需要制備SmFe合金。再經(jīng)過后續(xù)的破碎、晶化、HDDR(吸氫-歧化-解吸-再化合）和氮 化等工藝，可以制備SmFeN各向異性或各向同性粉。上述幾種方法的區(qū)別主要在于Sm2Fe17 合金制備工藝不同。高純度Sm2Fe17合金的制備是保證Sm2Fe17N3磁性能的最關(guān)鍵步驟。因 為Sm2Fe17屬于亞穩(wěn)定相，高溫下Sm蒸汽壓大，極易揮發(fā)，從而使得合金出現(xiàn)大量軟磁性的 a_Fe，會顯著降低Sm2Fe17N^磁性能。雖然采用補(bǔ)償?shù)霓k法即多加入Sm(如要比理論值多 18%~24% )可以改善合金的純度，但仍會因工藝參數(shù)的波動造成合金成分的偏差。其次， 依據(jù)Fe-Sm二元相圖，F(xiàn)e-Sm間存在多個相，除了Sm2Fe17外，還有311價(jià)9、311^3、311^ 5等。因 此發(fā)展能夠抑制Sm揮發(fā)進(jìn)而保證5111；^617單相的制備工藝，對于制備高性能Sm2Fe17N3磁粉 并保證其性能的穩(wěn)定性是非常有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種制備稀土永磁Sm2Fe17Nx粉體的工藝，該工藝極大地改 善了Sm2Fe17^金制備的工藝可控性，獲得高純度Sm2Fe17合金，并最終提高了Sm2Fe17Nx粉體 的磁性能和性能穩(wěn)定性，制備工藝適于工業(yè)規(guī)模批量化生產(chǎn)應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種制備稀土永磁Sm2Fe17Nx粉體的工藝，按照如下步驟進(jìn)行：
[0008] (1)以Fe-M合金粉和Sm粉為原料粉；
[0009] (2)將原料粉均勻混合；
[0010] (3)混合后的原料粉冷壓成型；
[0011] ⑷冷壓后的素胚進(jìn)行固_液相擴(kuò)散反應(yīng)，制備成Sm2Fe17單相塊體；
[0012] (5)Sm2Fe17單相塊體粗破碎和細(xì)磨；
[0013] (6)在含隊(duì)或順3氣氛中進(jìn)行氮化。
[0014] 所述步驟⑴是Fe-M合金粉中，M=Hf，Zr，Co,Nb，Ta，Cr，V，Ti，Ga之一種或兩 種以上組合；Sm及其類金屬與Fe及其類金屬的摩爾比為（2. 1~2. 4) :17,M元素總含量 彡10&七％;其中，3!11類金屬為：1^，2^?6類金屬為 ：(：〇，他，1&，0，￥，11，6&。？6-1合金粉 的粒度為5~10ym，Sm粉的粒度為10~30ym，雜質(zhì)含量〈0? 5wt%。
[0015] 所述步驟（2)是利用行星式或滾筒式球磨機(jī)在ArSN2保護(hù)氣氛下，進(jìn)行干法或 濕法球磨，時間5~10h。
[0016] 所述步驟（3)是將經(jīng)球磨混合后并經(jīng)干燥的混合粉在石墨模具或硬質(zhì)合金模具 中冷壓成型，單軸壓力5~12MPa。
[0017] 所述步驟（4)是將冷壓后的素胚在Ar氣氛保護(hù)下進(jìn)行固-液相擴(kuò)散反應(yīng)，溫度 1100°C~1300°C，保溫時間1~10h。
[0018] 所述步驟（5)是采用錘式或鍔式破碎機(jī)，將熱壓燒結(jié)后的合金塊體破碎至平均粒 徑為0. 1~0. 5mm的粗粉；然后利用氣流磨將粗粉細(xì)磨至平均粒徑為20~40ym的細(xì)粉。
[0019] 所述步驟（6)是將所制備的合金細(xì)粉在含隊(duì)或NH3氣氛中進(jìn)行氮化處理，氣氛壓 力1. 2~2. 0X105Pa，溫度420°C~500°C，時間3~10h。所制備的Sm2Fe17Nx，氮含量12. 4~ 13.6at. % (原子百分比，對應(yīng)于x= 2. 7~3)。
[0020] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是：
[0021] 以Fe-M粉（M=Hf，Zr，Co,Nb，Ta，Cr，V，Ti，Ga等其中的一種或兩種以上組合） 和Sm粉為原料，采用固-液相擴(kuò)散反應(yīng)法制備Sm2Fe17金屬間化合物。即在1100°C~1300°C 下，Sm呈液態(tài)（Sm的熔點(diǎn)為1072°C)，F(xiàn)e通過液相快速溶液和擴(kuò)散，最終反應(yīng)形成固溶合金 元素的金屬間化合物Sm2Fe17 (即（Sm，R)2(Fe，T)17,R為添加的Sm類金屬，T為添加的Fe類 金屬）。后通過氮化，N滲入Sn^Fei^成Sm2Fe17N3。所制備的磁粉具有各向異性，依此制得 的粘結(jié)磁體具有高的各向異性磁性能。其中，添加M元素，可以起到改善Sm2Fe17^金組織 均勻性和純度，并提高Sm2Fe17N3磁粉的性能。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：
[0023] 1、本發(fā)明主要采用固-液相擴(kuò)散反應(yīng)制備Sm2Fe17合金，即以Fe-M粉（M=Hf，Zr， Co,Nb，Ta，Cr，V，Ti，Ga等其中的一種或兩種以上組合）和Sm粉為原料，通過充分混合并 冷壓成塊狀，在高溫下發(fā)生固-液相擴(kuò)散反應(yīng)，Sm揮發(fā)少，相成分容易控制。
[0024] 2、本發(fā)明工藝重現(xiàn)性好，效率高，綠色環(huán)保。
[0025] 3、本發(fā)明適于大規(guī)模批量化生產(chǎn)應(yīng)用，將獲得的磁粉制成各向異性磁體，最大磁 能積（BH) nax= 270 ~366kJ/m3 (34 ~46MG0e)，矯頑力Hej= 9 ~13X106A/m(9 ~13kGs)， 剩磁Br= 8 ~15X105A/m(0. 8 ~1. 5kGs)。
【附圖說明】
[0026]圖1為實(shí)施例1所制備的Sm2Fe17金屬間化合物粉末的XRD圖譜。圖中，橫坐標(biāo) 2Theta(Degree)代表衍射角（度）；縱坐標(biāo)Intensity(A.U.)代表強(qiáng)度。
[0027] 圖2為實(shí)施例1所制備的Sm2Fe17Nx粉末的XRD圖譜。圖中，橫坐標(biāo)2Theta(Degree) 代表衍射角（度）；縱坐標(biāo)Intensity(A.U.)代表強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 在【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明稀土永磁Sm2Fe17Nx(x= 2. 7~3)粉體的制備工藝，其 工藝步驟為：（1)以Fe-M合金粉和Sm粉為原料粉；（2)將原料粉均勻混合；（3)混合后的 原料粉冷壓成型；(4)冷壓后的素胚進(jìn)行固-液相擴(kuò)散反應(yīng)，制備成Sm2Fe17單相塊體；（5) Sm2Fe17單相塊體粗破碎和細(xì)磨；(6)在含1或順3氣氛中進(jìn)行氮化。其具體過程如下：
[0029] 首先，選取原料粉：Fe-M合金粉（M=Hf，Zr，Co,Nb，Ta，Cr，V，Ti，Ga等其中的一 種或兩種以上組合）和Sm粉。然后進(jìn)行配料，Sm及其類金屬（如Hf，Zr等）與Fe及其類 金屬（如Co，Nb等）的摩爾比為（2. 1~2. 4) :17，M元素總含量彡10at%。利用行星式或 滾筒式球磨機(jī)在Ar或N2保護(hù)氣氛下，進(jìn)行干法或濕法球磨，時間5~10h。將經(jīng)球磨混合后 并經(jīng)干燥的混合粉在石墨模具或硬質(zhì)合金模具中冷壓成型，單軸壓力5~12MPa。然后將冷 壓后的素胚放置進(jìn)真空氣氛熱處理爐里，抽真空到~l〇Pa，充入Ar氣，如此反復(fù)三次將熱 處理爐腔體內(nèi)的氧盡可能去除，然后升溫至ll〇〇°C~1300°C，并保持Ar氣氛壓力在1. 2~ 2.OX105Pa，保溫1~10h后