專利名稱：一種稀土鈷基永磁體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于稀土永磁材料的制造領(lǐng)域，特別適用于低膨脹低溫度系數(shù)稀土鈷基永磁體及其制備方法。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)60年代末以來，具有高磁能積、高矯頑力的稀土永磁材料得到迅速發(fā)展。特別是2-17型稀土鈷基永磁材料由于其具有良好的磁性能和溫度特性，可以在較高的環(huán)境溫度下使用，被廣泛應(yīng)用于航天航空、國防軍工等行業(yè)。永磁材料是航空航天領(lǐng)域中慣性元器件的關(guān)鍵材料，是其測試量程(分辨率)、線性度和穩(wěn)定性的保證。為了減小這些敏感元件的固有誤差，要求磁路中的永磁材料具有低膨脹系數(shù)、低溫度系數(shù)和高性能?，F(xiàn)有的永磁材料，因膨脹系數(shù)與低膨脹導(dǎo)磁材料不匹配，及剩磁溫度系數(shù)大等，限制了器件性能的進(jìn)一步提高。中國發(fā)明專利(公開號CN 1494092A) “高溫稀土永磁材料及制備方法”，涉及采用粉末冶金法制備Sm2 (Co, Fe, Cu，Zr) 17稀土永磁材料。是用Fe、Cu、Zr部分取代鈷，其高溫磁體的成分配比(重量百分?jǐn)?shù))特征在于狗含量為14 16 %，Cu含量為6 9 %，經(jīng)過合金熔煉、制粉、成型、燒結(jié)和時(shí)效處理制得使用溫度達(dá)到400°C以上的高溫稀土永磁材料。 該材料主要是為了提高使用溫度而進(jìn)行的成分設(shè)計(jì)，雖然可以在一定程度上降低磁體的矯頑力溫度系數(shù)，提高使用溫度，但是此種合金成分并不能改善磁體的熱膨脹性能從而獲得低膨脹系數(shù)永磁體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種低膨脹、低溫度系數(shù)的稀土鈷基永磁體。本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述低膨脹、低溫度系數(shù)的稀土鈷基永磁體的制備方法。溫度特性良好并具有較高使用溫度的永磁體包括(1)鋁鎳鈷，磁性能和矯頑力偏低，其線膨脹系數(shù)為IlX 10_6/°c，與導(dǎo)磁的因瓦合金相差一個(gè)數(shù)量級，因此，影響尺寸穩(wěn)定性和磁場穩(wěn)定性；⑵商業(yè)Sm2 (Co，F(xiàn)e, Cu，Zr) 17型永磁體，其磁性能和矯頑力均較高，但線膨脹系數(shù)為9 12X10_6/°C左右，與導(dǎo)磁的因瓦合金的匹配性仍然較差，難以滿足高精度磁性元器件的要求。本發(fā)明制備的低膨脹低溫度系數(shù)的稀土鈷基永磁體的熱膨脹及剩磁溫度系數(shù)比商業(yè)磁體有顯著改善，熱穩(wěn)定性好，提高了相關(guān)元器件的分辨率、線性度和穩(wěn)定性。本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種低膨脹低溫度系數(shù)的稀土鈷基永磁體，永磁體的化學(xué)成分按重量百分比為(SmHRe) m 28.5TM62 7具 1Q，其中HRe為Gd、Dy、Er、Tb、Ho的一種或更多種重稀土元素，TM為!^e和Co，M為選自Cu、Zr的微量添加元素，其余為不可避免的微量雜質(zhì)。該低膨脹稀土永磁體具有胞狀結(jié)構(gòu)，胞狀結(jié)構(gòu)的尺寸為50 150nm。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種低膨脹低溫度系數(shù)的稀土鈷基永磁體的制備方法，包括配料、合金熔煉、球磨或氣流磨制粉、取向成型、燒結(jié)和熱處理。該低膨脹稀土磁體按重量百分比的化學(xué)成分為(SmHRe) m 28.5TM62 7具 1Q，其中HRe為Gd、Dy、Er、Tb、Ho的一種或更多種重稀土元素，TM為!^e和Co，M為選自Cu、Zr的微量添加元素，其余為不可避免的微量雜質(zhì)。該制備方法包括如下幾個(gè)步驟(1)合金熔煉將配好的原料放入真空感應(yīng)爐中或電弧爐中在氬氣保護(hù)下在進(jìn)行熔煉，然后澆注到水冷銅模中得到合金鑄錠；(2)制粉合金經(jīng)粗破碎后，在保護(hù)介質(zhì)中球磨或氣流磨至粉末粒度達(dá)到3 5 μ m ；(3)取向成型上述合金粉末在1200kA/m 1500kA/m磁場中垂直取向、壓制成
型，并進(jìn)一步冷等靜壓使毛坯致密化；(4)燒結(jié)將毛坯制品在1180°C 1220°C預(yù)燒30分鐘；然后在氬氣保護(hù)氣氛下 1200°C 1250°C燒結(jié)1 2小時(shí)，再在1175°C 1210°C進(jìn)行固溶處理2 5小時(shí)后冷卻至
室溫；(5)熱處理800°C 850°C保溫10 M小時(shí)，然后控速冷卻至400°C，在400°C保溫10 M小時(shí)后冷卻至室溫。合金熔煉步驟的熔煉溫度為1320°C 1450°C，保溫時(shí)間為5_30分鐘。燒結(jié)步驟包括預(yù)燒、燒結(jié)及固溶處理共三步。熱處理步驟的控速冷卻速度為0. 50C /min 1. 0°C /min。綜上所述，根據(jù)上述目的，本發(fā)明提出的解決方案是利用永磁合金的熱膨脹反?，F(xiàn)象及2-17型HRE-Co高熔點(diǎn)的特性。一方面通過改變合金成分、添加重稀土元素，降低稀土鈷基永磁體的膨脹系數(shù)；另一方面通過熔煉工藝、燒結(jié)固溶工藝、及回火時(shí)效處理工藝的優(yōu)化調(diào)整，通過微觀組織的控制，實(shí)現(xiàn)低膨脹系數(shù)、低溫度系數(shù)和良好磁性能等方面的要求。2-17型(即Sm2 (Co，F(xiàn)e，Cu，Zr) 17)稀土鈷基永磁體是經(jīng)過復(fù)雜熱處理而形成的以 2 17相(即Sm2(Co，F(xiàn)e, Cu，Zr) 17)為主相的多相系統(tǒng)。合金的亞結(jié)構(gòu)主要為胞狀結(jié)構(gòu) 胞內(nèi)為2 17R(菱方結(jié)構(gòu))主相；胞壁為熱處理過程中形成的沉淀硬化相1 5相(例如 Sm1(Cc^Cu)5)，富^ 的片狀相垂直于2 17R主相c軸鑲嵌于胞狀結(jié)構(gòu)中。2 17型稀土鈷基永磁合金的矯頑力機(jī)制為疇壁釘扎，其磁疇壁沿胞壁相(1 5相)分布。本發(fā)明通過成分設(shè)計(jì)，調(diào)整2-17磁體中胞狀結(jié)構(gòu)的2 17胞內(nèi)主相和胞壁1 5 相的比例，同時(shí)提高基體相2-17的熔點(diǎn)，控制胞狀結(jié)構(gòu)的尺寸在50 150nm，從而有效地降低了 2-17型稀土鈷基磁體的線膨脹系數(shù)，改善其溫度穩(wěn)定性和力學(xué)性能，擴(kuò)大了其在精密儀器儀表中的應(yīng)用。


圖1為低膨脹低溫度系數(shù)稀土鈷基永磁體的燒結(jié)及熱處理工藝流程圖。圖2示出了低膨脹低溫度系數(shù)稀土鈷基永磁體的微結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
下文中，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)施，且不應(yīng)該限于這里闡述的示例性實(shí)施例。相反，提供這些示例性實(shí)施例使得本公開將是徹底和完整的，并可以把示例性實(shí)施例的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人
員O以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。圖1為低膨脹低溫度系數(shù)稀土鈷基永磁體的燒結(jié)及熱處理工藝流程圖。圖2示出了低膨脹低溫度系數(shù)稀土鈷基永磁體的微結(jié)構(gòu)。圖 1中，A為預(yù)燒1180 1220°C，30分鐘；B為燒結(jié)1200 1250°C，1 濁；C為固溶處理 1175 1210°C，2 5h，氣淬；D為回火時(shí)效800 850°C，10 Mh ；E為控速冷卻冷卻速度為0.5 1.0°C /min ；F為回火時(shí)效400°C，10 Mh，氣淬。采用本發(fā)明方法制備的低膨脹低溫度系數(shù)的稀土鈷基永磁體，其化學(xué)成分見表1。 具體地，根據(jù)本發(fā)明的稀土鈷基永磁體的化學(xué)成分按重量百分比為(SmHRe)M 28.5TM62 7具 10，其中HRe為Gd、Dy、Er、Tb、Ho的一種或更多種重稀土元素，TM為Fe和Co，M為選自Cu、Zr的微量添加元素，其余為不可避免的微量雜質(zhì)。參照圖2，根據(jù)本發(fā)明的低膨脹稀土永磁體具有胞狀結(jié)構(gòu)，胞狀結(jié)構(gòu)的尺寸為50 150nm。表2為本發(fā)明低膨脹低溫度系數(shù)的稀土鈷基永磁體的制備工藝。具體地，該制備工藝包括如下幾個(gè)步驟(1)合金熔煉將配好的原料放入真空感應(yīng)爐中或電弧爐中在氬氣保護(hù)下進(jìn)行熔煉，然后澆注到水冷銅模中得到合金鑄錠；(2)制粉合金經(jīng)粗破碎后，在保護(hù)介質(zhì)中球磨或氣流磨至粉末粒度達(dá)到3 5 μ m ；C3)取向成型上述合金粉末在1200kA/m 1500kA/m磁場中垂直取向、壓制成型，
并進(jìn)一步冷等靜壓使毛坯致密化；(4)燒結(jié)將毛坯制品在1180°C 1220°C預(yù)燒30分鐘；然后在氬氣保護(hù)氣氛下 1200°C 1250°C燒結(jié)1 2小時(shí)，再在1175°C 1210°C進(jìn)行固溶處理2 5小時(shí)后冷卻至
室溫；(5)熱處理800°C 850°C保溫10 M小時(shí)，然后控速冷卻至400°C，在400°C保溫10 M小時(shí)后冷卻至室溫。合金熔煉步驟的熔煉溫度為1320°C 1450°C，保溫時(shí)間為5_30分鐘。燒結(jié)步驟包括預(yù)燒、燒結(jié)及固溶處理共三步。熱處理步驟的控速冷卻速度為0. 50C /min 1. 0°C /min。實(shí)施例中各樣品的成分不同、燒結(jié)和時(shí)效處理工藝有差別，其他各工藝環(huán)節(jié)相同。表3為本發(fā)明實(shí)施例的各項(xiàng)性能與現(xiàn)有磁體性能的對比表。具體地，根據(jù)本發(fā)明， 所述的稀土鈷基永磁體特征在于稀土鈷基永磁體的線膨脹系數(shù)為4. 3 5. 5X IO-V0C0 根據(jù)本發(fā)明，所述的稀土鈷基永磁體特征在于稀土鈷基永磁體的溫度系數(shù)為0. 3 1.5X10-4/°C。其中，aM 15(rc表示在25 150°C的溫度下測定的線膨脹系數(shù)，βΜ 15(ι 表示在25 150°C的溫度下測定的剩磁溫度系數(shù)。表4為本發(fā)明實(shí)施例的磁性能與商業(yè)磁體磁性能的對比表。表1根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的稀土鈷基永磁體的化學(xué)成分表(wt% )
權(quán)利要求
1.一種稀土鈷基永磁體，其特征在于該永磁體的化學(xué)成分按重量百分比為(SmHRe) M 28.5TM62 7具 1Q，其中HRe為Gd、Dy、 Er、Tb、Ho的一種或更多種重稀土元素，TM為!^e和Co，M為選自Cu，Zr微量添加元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鈷基永磁體，其特征在于該永磁體具有胞狀結(jié)構(gòu)，胞狀結(jié)構(gòu)的尺寸為50 150nm。
3.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1和2中任意一項(xiàng)所述的稀土鈷基永磁體的方法，該方法采用粉末冶金工藝，包括合金熔煉、制粉、取向成型、燒結(jié)和熱處理，其特征在于該方法包括如下步驟a、合金熔煉將配好的原料放入真空感應(yīng)爐中或電弧爐中在氬氣保護(hù)下進(jìn)行熔煉，然后澆注到水冷銅模中得到合金鑄錠；b、制粉合金經(jīng)粗破碎后，在保護(hù)介質(zhì)中球磨或氣流磨至粉末粒度達(dá)到3 5μπι；c、取向成型上述合金粉末在1200kA/m 1500kA/m磁場中垂直取向、壓制成型，并進(jìn)一步冷等靜壓使毛坯致密化；d、燒結(jié)將毛坯制品在1180°C 1220°C預(yù)燒30分鐘；然后在氬氣保護(hù)氣氛下 1200°C 1250°C燒結(jié)1 2小時(shí)，再在1175°C 1210°C進(jìn)行固溶處理2 5小時(shí)后冷卻至室溫；e、熱處理800°C 850°C保溫10 M小時(shí)，然后冷卻至400°C，在400°C保溫10 M小時(shí)后冷卻至室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述合金熔煉步驟的熔煉溫度為 1320 1450 。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述熱處理步驟的冷卻速度為0.5°C / min 1. 0°C /min。
全文摘要
本發(fā)明屬于稀土永磁材料制造領(lǐng)域。特別適用于低膨脹低溫度系數(shù)稀土鈷基永磁體的制備，其中磁體的合金成分為(重量％)(SmHRe)24～28.5TM62～70M6～10，其中HRe為Gd、Dy、Er、Tb、Ho中的一種或更多種重稀土元素，TM為Fe和Co，M為選自Cu、Zr的微量添加元素；磁體采用粉末冶金方法制備，其微觀組織為胞狀結(jié)構(gòu)，胞狀結(jié)構(gòu)的尺寸為50～150nm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過添加一種或更多種重稀土元素(總添加量5～20wt％)，及控制磁體微觀組織結(jié)構(gòu)，制備得到低膨脹系數(shù)稀土鈷基永磁體，同時(shí)具有低溫度系數(shù)和良好的磁性能，擴(kuò)大了磁體在精密儀器儀表中的應(yīng)用。
文檔編號H01F7/02GK102412050SQ20111030052
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者馮海波, 朱明剛, 李衛(wèi), 李安華, 潘偉, 郭朝暉 申請人:鋼鐵研究總院