专利名称：一种SmCoAl1:7型纳米晶永磁材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种含有钐Sm、钴Co、铝Al的具有TbCu7结构的SmCo^纳
米晶永磁材料。
背景技术：
永磁材料作为一种重要的功能材料，已经广泛应用到计算机技术、微波通信技术、 汽车工业、航空工业、自动化技术、仪表技术等各个重要领域。永磁材料的发展经历 了碳钢、AlMCo系合金、硬磁铁氧体、稀土永磁合金等几个发展阶段。其中稀土永 磁合金的发展又经历了第一代SmCo系1:5型合金、第二代SmCo系2:17型合金、 第三代NdFeB系合金，到目前的SmFeN、 SmFeC系及双相纳米永磁合金。
是否具有大的磁化强度和磁晶各向异性是决定一种合金化合物能否发展成为具
有高矫顽力、高剩余磁化强度和大的磁能积永磁材料的基础条件。目前已大量生产和 使用的SmCo系1:5型和2:17型永磁合金分别是在对具有CaCus结构的SmCo5 化合物和具有Th2Znn结构的311120317化合物的研究基础上开发出来的。在SmCo 二元合金中，SmCos和311120}17成分之间还存在一个具有化(^17结构的SmCo7金 属间化合物。
虽然TbCu7结构的SmCol:7型合金有有望发展成为一种新型永磁材料，但是 二元的SmCo7是一种高温亚稳相，在较高温度就分解为SmCos和Sm2Co17。其 TbCu7结构的室温稳定性是该型合金研究必须解决的首要问题。
在专利申请号200710034603.3中公开了一种颗粒尺寸小于20"w的SmCo7 永磁合金的制备方法，该SmCo7永磁合金的表达式为RE (CobalFexCuYTw) z，其 中RE是稀土元素Sm、 Gd、 Pr、 Nd、 Dy、 Ho、 Er中的物质或其混合物，T为金 属Zr、 Hf、 Ti、 Mn、 Mo中的物质或其混合物。Fe的原子含量为0.01 0.35， Cu 的原子含量为0.01~0.20，金属元素T的原子含量为0.005~0.1。
3发 明 内 容
本发明的目的是提供一种SmCoAll:7型纳米晶永磁材料，该纳米晶永磁材料的 表达式为SmCoxAlY，本发明的SmCoxAly纳米晶永磁材料不含有Fe、 Cu元素、通 过添加Al得到较为稳定的TbCu7结构，并且饱和磁化强度、剩余磁化强度、室温内
禀矫顽力、居里温度也有所改善。
本发明的一种不含有Fe、 Cu元素的、且具有TbCu7结构的SmCoxAlY纳米晶 永磁材料，该纳米晶永磁材料的表达式为SmCoxAlY， X的原子个数为6.0 8.5， Y 的原子个数为0.1 2.0。
本发明制备不含有Fe、 Cu元素的、且具有TbCu7结构的SmCoxAlY纳米晶永
磁材料的方法，包括有下列步骤 第一步配制目标成分母合金
釆用纯度为99.95。/。以上的稀土元素Sm、纯度为99.9%以上的Co、纯度为 99.9%以上的Al配制成目标成分的母合金；
在本发明中，目标成分是指根据化学式SmCoxAlY中要求的原子个数进行配比称
取各元素单质。
第二步熔炼铸,定
将第一步配制的目标成分母合金放于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，调节真空 室的真空度达到2X10—3 Pa 4x10-3 Pa，然后充高纯氩气至0.1X105 Pa 0.8X105 Pa，经电弧熔炼20 90 s，待合金元素完全熔化后，断弧形成合金锭； 翻转合金锭，反复熔炼3 5次，保证合金锭内部成分均匀；
第三步初破碎及高能球磨
在充有高纯氩气至1.01 X 105 Pa的手套箱中，将第二步制得的合金锭子用铁研 钵捣碎后过筛，得到颗粒尺寸^1.0mm的粗粉，然后使用高能球磨机在高纯氩气保 护下球磨20 180min，得到非晶结构粉体；
球磨过程中球料的重量比为1:1 20:1，且研磨体为直径10mm和直径5mm 的两种钢球；
第四步晶化热处理
将第三步制得的非晶结构粉体放入真空热处理炉的炉膛内，调节真空热处理炉内 真空度到2X 10-3Pa~4X 10—3Pa，通入高纯氩气至0.05X 105 Pa~0.1 X 105 Pa， 在500 100CTC，进行10 300min保温热处理后，接着以0.1 5 。C/min的降 温速度缓慢冷却到200~400°C，然后气淬冷却至室温，制得具有TbCu7结构的 SmCoxAlY纳米晶永磁材料。
图1是本发明SmCoxAly材料的X射线衍射图。
图2是本发明SmCOxAlY材料的室温磁滞回线。
图3是本发明SmCoe.5Al。.5材料的扫描电镜显微结构。
具体实施例方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明的一种不含有Fe、 Cu元素的、且具有TbCu7结构的SmCoxAlY纳米晶 永磁材料，该纳米晶永磁材料的表达式为SmCoxAlY， X的原子个数为6.0 8.5， Y 的原子个数为0.1 2.0。
一种制备不含有Fe、 Cu元素的、且具有TbCu7结构的SmCoxAlY纳米晶永磁 材料的方法，包括有下列步骤
第一步配制目标成分母合金
采用纯度为99.95% (质量百分比纯度)以上的稀土元素Sm、纯度为99.9% (质量百分比纯度)以上的Co、纯度为99.9% (质量百分比纯度)以上的Al配制
成目标成分的母合金；
在本发明中，目标成分是指根据化学式SmCoxAlY中要求的原子个数进行配比称
取各元素单质。
第二步熔炼铸锭
将第一步配制的目标成分母合金放于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，调节真空 室的真空度达到2X10—3 Pa 4x10-3 Pa，然后充高纯氩气至0.1xl05 Pa 0.8X105 Pa，经电弧熔炼20 90 s,待合金元素完全熔化后，断弧形成合金锭； 翻转合金锭，反复熔炼3 5次，保证合金锭内部成分均匀；
第三步初破碎及高能球磨
在充有髙纯氩气至l.OlxlOSPa的手套箱中，将第二步制得的合金锭子用铁研 钵捣碎后过筛，得到颗粒尺寸《1.0mm的粗粉，然后使用高能球磨机在高纯氩气保 护下球磨20~ 180 min，得到非晶结构粉体；
球磨过程中球料的重量比为1:1 20:1，且研磨体为直径10 mm和直径5 mm 的两种钢球；
5第四步晶化热处理
将第三步制得的非晶结构粉体放入真空热处理炉的炉膛内，调节真空热处理炉内 真空度到2 X 10_3Pa 4 X l(T3Pa，通入高纯氩气至0.05 X 105 Pa 0.1 X 105 Pa， 在500 1000°C，进行10 300min保温热处理后，接着以0.1 5 °C/min的降 温速度缓慢冷却到200 400°C，然后气淬冷却至室温，制得具有TbOi7结构的 SmCoxAlY纳米晶永磁材料。
采用上述本发明制备方法制得的SmCoxAlY纳米晶永磁材料，其室温内禀矫顽力 为700 1900kA/m，饱和磁化强度为0.5~ 1.1 T，剩余磁化强度为0.3~0.9 T， 居里温度为700~900°C。
实施例 1 : SmC06,5Al。.5纳米晶永磁材料 第一步配制目标成分母合金
采用纯度99.95%的稀土元素Sm、纯度99.9%的Co、纯度99.9%的Al单质，
按SmCo6.5Al。.5化学式配制母合金； 第二步熔炼铸锭
将第一步配制的目标成分母合金放于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，调节真空 室的真空度达到4X10—3Pa，然后充高纯氩气至0.lXlOSpa，经电弧熔炼30s，
待合金元素完全熔化后，断弧形成合金锭；翻转合金锭，反复熔炼5次，保证合金
锭内部成分均匀；
第三步初破碎及高能球磨
在充有高纯氩气至1.01XlOSPa的手套箱中，将第二步制得的合金锭子用铁研 钵捣碎后过筛，得到颗粒尺寸《1.0mm的粗粉，然后使用高能球磨机在高纯氩气保 护下球磨100 min，得到非晶结构粉体；
球磨过程中球料的重量比为20:1 ，且研磨体为直径10 mm和直径5 mm的两 种钢球；
第四步晶化热处理
将第三步制得的非晶结构粉体放入真空热处理炉的炉膛内，调节真空热处理炉内 真空度到4X10—3Pa，通入高纯氩气至0.1X105 Pa，在750 。C，进行120 min 保温热处理后，接着以2 °C/min的降温速度缓慢冷却到400 °C，然后、气淬冷却至 室温，制得SmCo6.5Al。.5纳米晶永磁材料。制得的SmCo6.5Al。.5纳米晶永磁粉材经X射线衍射显示为TbCu7型SmCo 1:7 相结构(如图l所示)，平均晶粒尺寸约为120 nm (如图3所示)。对该磁粉磁性 能测试过程中发现，大量存在的纳米晶晶界对磁畴壁的移动产生强烈的钉扎作用，因 此导致大的矫顽力；并且纳米晶粒之间存在强的交换作用，表现为明显的剩磁增强效 应。合金居里温度为740°C。该SmCo6.5Al。.5纳米晶永磁粉材的室温内禀矫顽力达 971kA/m (如图2所示)，饱和磁化强度为0.81T，剩余磁化强度为0.59 T。 实施例 2 : SmCOe.eAl。.4纳米晶永磁材料
第一步配制目标成分母合金
采用纯度99.95。/。的稀土元素Sm、纯度99.9%的Co、纯度99.9%的Al单质， 按SmCo6.6Al。.4化学式配制母合金； 第二步熔炼铸锭
将第一步配制的目标成分母合金放于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，调节真空 室的真空度达到2Xl(TSpa，然后充高纯氩气至0.1XlOSpa，经电弧熔炼20s，
待合金元素完全熔化后，断弧形成合金锭；翻转合金锭，反复熔炼5次，保证合金 锭内部成分均匀；
第三步:初破碎及高能球磨
在充有高纯氩气至l.OlxlOSPa的手套箱中，将第二步制得的合金锭子用铁研 钵捣碎后过筛，得到颗粒尺寸《1.0mm的粗粉，然后使用高能球磨机在高纯氩气保 护下球磨50min，得到非晶结构粉体；
球磨过程中球料的重量比为lS:l，且研磨体为直径10 mm和直径5 mm的两 种钢球； '
第四步晶化热处理
将第三步制得的非晶结构粉体放入真空热处理炉的炉膛内，调节真空热处理炉内 真空度到4 X l(T3Pa,通入高纯氩气至0.1 X 105 Pa，在800°C ，进行120 min保 温热处理后，接着以2 °C/min的降温速度缓慢冷却到400°C，然后气淬冷却至室 温，制得TbCu7型SmCo6.6Al。.4纳米晶永磁材料(如图l所示)。
观峰SmCo6.6Al。.4纳米晶永磁材料的室温内禀矫顽力达937 kA/m (如图2所 示)，饱和磁化强度为0.87T，剩余磁化强度为0.63T，居里温度达774 。C，晶粒 尺寸约为120 nm。
7实施例3 : SmCo8.5AlL5纳米晶永磁材料 第一步配制目标成分母合金
釆用纯度99.95。/。的稀土元素Sm、纯度99.9%的Co、纯度99.9%的Al单质， 按SmCo8.sAlL。化学式配制母合金； 第二步熔炼铸j定
将第一步配制的目标成分母合金放于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，调节真空 室的真空度达到2X10—3Pa，然后充高纯氩气至0.1XlOSpa，经电弧熔炼90s，
待合金元素完全熔化后，断弧形成合金锭；翻转合金锭，反复熔炼5次，保证合金 锭内部成分均匀；
第三步初破碎及高能球磨
在充有高纯氩气至1.01XlOSpa的手套箱中，将第二步制得的合金锭子用铁研 钵捣碎后过筛，得到颗粒尺寸^1.0mm的粗粉，然后使用高能球磨机在高纯氩气保 护下球磨20min，得到非晶结构粉体；
球磨过程中球料的重量比为16:1，且研磨体为直径10 mm和直径5 mm的两 种钢球；
第四步晶化热处理
将第三步制得的非晶结构粉体放入真空热处理炉的炉膛内，调节真空热处理炉内 真空度至U2XlO-3Pa，通入高纯氩气至0.05X105 Pa，在600。C，进行200 min 保温热处理后，接着以5 。C/min的降温速度缓慢冷却到20(TC,然后气淬冷却至 室温，制得TbCu7型SmCo8,5AlLo纳米晶永磁材料。
测得SmCo8.5AlL。纳米晶永磁材料的室温内禀矫顽力达796 kA/m，饱和磁化 强度为1.1 T，剩余磁化强度为0.71 T，居里温度达889。C，晶粒尺寸约为130 nm。 实施例4 : SmCo5.5Al。.8纳米晶永磁材料
第一步配制目标成分母合金
采用纯度99.95%的稀土元素Sm、纯度99.9%的Co、纯度99.9%的Al单质， 按SmCo5.5Al。.8化学式配制合金，合金总质量约为50g,用电子天平准确称量各组分。 第二步熔炼铸锭
将第一步配制的目标成分母合金放于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，调节真空 室的真空度达到4XlCrSpa，然后充高纯氩气至0.8xlOSPa，经电弧熔炼45，待
合金元素完全熔化后，断弧形成合金锭；翻转合金锭，反复熔炼4次，保证合金锭
内部成分均匀；
8第三步初破碎及高能球磨
在充有高纯氩气至1.01 X 105 Pa的手套箱中，将第二步制得的合金锭子用铁研 钵捣碎后过筛，得到颗粒尺寸^1.0mm的'粗粉，然后使用高能球磨机在髙纯氩气保 护下球磨180min，得到非晶结构粉体；
球磨过程中球料的重量比为10:1，且研磨体为直径10 mm和直径5 mm的两 种钢球；
第四步晶化热处理
将第三步制得的非晶结构粉体放入真空热处理炉的炉膛内，调节真空热处理炉内 真空度到4X10—3Pa，通入高纯氩气至0.1X105 Pa，在700 。C，进行300 min 保温热处理后，接着以0.1 °C/min的降温速度缓慢冷却到400°C，然后气淬冷却 至室温，制得SmCo5.5Al。.8纳米晶永磁材料。
测得SmCo5.5Al。.8纳米晶永磁材料的室温内禀矫顽力达967 kA/m，饱和磁化 强度为0.59T，剩余磁化强度为0.44 T，居里温度达705 °C，晶粒尺寸约为140
实施例5 : SmCo7.oAl。j纳米晶永磁材料 第一步配制目标成分母合金
采用纯度99.95。/。的稀土元素Sm、纯度99.9%的Co、纯度99.9%的Al单质， 按SmCo7.。Al。.i化学式配制母合金； 第二步熔炼铸锭
将第一步配制的目标成分母合金放于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，调节真空 室的真空度达到3X10—Pa，然后充高纯氩气至0.6xlOSpa，经电弧熔炼70s， 待合金元素完全熔化后，断弧形成合金锭；翻转合金锭，反复熔炼4次，保证合金 锭内部成分均匀；
第三步初破碎及高能球磨
在充有高纯氩气至1.01xl0spa的手套箱中，将第二步制得的合金锭子用铁研 钵捣碎后过筛，得到颗粒尺寸《1.0mm的粗粉，然后使用高能球磨机在高纯氩气保 护下球磨180 min，得到非晶结构粉体；
球磨过程中球料的重量比为2:1 ，且研磨体为直径10 mm和直径5 mm的两种 钢球；
9第四步晶化热处理
将第三步制得的非晶结构粉体放入真空热处理炉的炉膛内，调节真空热处理炉内 真空度到4X 10-3Pa，通入高纯氩气至0.08 X 105 Pa，在1000 。C，进行10 min 保温热处理后，接着以5 °C/min的降温速度缓慢冷却到300 。C，然后气淬冷却至 室温，制得TbCu7型SmCo7.。AlQ1纳米晶永磁材料(如图1所示)。测得SmCo7.QAlai 纳米晶永磁材料的室温内禀矫顽力达1015.7 kA/m (如图2所示)，饱和磁化强度 为0.89 T，剩余磁化强度为0.69 T，居里温度达867°C，晶粒尺寸约为270 nm。 实施例 6 : SmCo6.6Al。.6纳米晶永磁材料
第一步配制目标成分母合金
采用纯度99.95。/。的稀土元素Sm、纯度99.9%的Co、纯度99.9%的Al单质， 按SmCo66Al。.6化学式配制母合金； 第二步熔炼铸锭
将第一步配制的目标成分母合金放于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，调节真空 室的真空度达到4X10—3Pa,然后充高纯氩气至0.1Xl0Spa,经电弧熔炼20，待
合金元素完全熔化后，断弧形成合金锭；翻转合金锭，反复熔炼3次，保证合金锭
内部成分均匀；
第三步初破碎及高能球磨
在充有高纯氩气至1.01Xl0Spa的手套箱中，将第二步制得的合金锭子用铁研 钵捣碎后过筛，得到颗粒尺寸《1.0mm的粗粉，然后使用高能球磨机在高纯氩气保 护下球磨100 min，得到非晶结构粉体；
球磨过程中球料的重量比为19:1，且研磨体为直径10 mm和直径5 mm的两 种钢球；
第四步晶化热处理
将第三步制得的非晶结构粉体放入真空热处理炉的炉膛内，调节真空热处理炉内 真空度到4 X 10—3 Pa，通入高纯氩气至0.1 X 105 Pa，在670 °C ，进行300 min 保温热处理后，接着以l °C/min的降温速度缓慢冷却到400 。C，然后气淬冷却至 室温，制得SmC06.6Al。.6纳米晶永磁材料(如图l所示)。测得SmCo6,6Al。.6纳米晶 永磁材料的室温内禀矫顽力达1857 kA/m (如图2所示)，饱和磁化强度为0.86 T， 剩余磁化强度为0.57 T，居里温度达7S0。C，晶粒尺寸约为45 nm。
10实施例7 : SmCouAl。.45纳米晶永磁材料 第一步配制目标成分母合金
采用纯度99.95。/。的稀土元素Sm、纯度99.9。/。的Co、纯度99.9%的Al单质， 按SmCo^Al。.45化学式配制母合金； 第二步熔炼铸锭
将第一步配制的目标成分母合金放于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，调节真空 室的真空度达到4X10—3Pa，然后充高纯氩气至0.lXlOSPa，经电弧熔炼20，待
合金元素完全熔化后，断弧形成合金锭；翻转合金锭，反复熔炼3次，保证合金锭 内部成分均匀；
第三步初破碎及高能球磨
在充有高纯氩气至1.01Xl0spa的手套箱中，将第二步制得的合金锭子用铁研 钵捣碎后过筛，得到颗粒尺寸《1.0mm的粗粉，然后使用高能球磨机在高纯氩气保 护下球磨180min，得到非晶结构粉体；
球磨过程中球料的重量比为1:1，且研磨体为直径10 mm和直径5 mm的两种 钢球；
第四步晶化热处理
将第三步制得的非晶结构粉体放入真空热处理炉的炉膛内，调节真空热处理炉内 真空度到4xlO_3Pa，通入高纯氩气至0.1Xl05 Pa，在850 °C，进行120 min 保温热处理后，接着以2 °C/min的降温速度缓慢冷却到300 °C，然后气淬冷却至 室温，制得SmCouAl。.化纳米晶永磁材料。测得SmCo7.iAl。.45纳米晶永磁材料的室 温内禀矫顽力达790kA/m，饱和磁化强度为0.91T，剩余磁化强度为0.72 T，居 里温度达84rC，晶粒尺寸约为100nm。
权利要求
1、一种SmCoAl1:7型纳米晶永磁材料，其特征在于该纳米晶永磁材料的表达式为SmCoXAlY，X的原子个数为6.0～8.5，Y的原子个数为0.1～2.0。
2、 根据权利要求1所述的SmCoAll:7型纳米晶永磁材料，其特征在于SmCOxAlY 纳米晶永磁材料室温内禀矫顽力为700 1900 kA/m，饱和磁化强度为0.5~ 1.1 T，剩余磁化强度为0.3 0.9T，居里温度为700 90CTC。
3、 一种制备如^t利要求1所述的SmCoAll:7型纳米晶永磁材料的方法，其特征在 于有下列步骤第」步配制目标成分母合金采用纯度为99.95。/。以上的稀土元素Sm、纯度为99.9%以上的Co、纯度为 99.9%以上的Al配制成目标成分的母合金；该目标成分是指根据化学式SmCoxAlY中要求的原子个数进行配比称取各元素 单质；第二步熔炼铸锭将第一步配制的目标成分母合金放于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，调节真空 室的真空度达到2X10—3 Pa 4x10-3 Pa，然后充高纯氩气至O.lXlO5 Pa 0.8X105 Pa，经电弧熔炼20 90 s，待合金元素完全熔化后，断弧形成合金锭； 翻转合金锭，反复熔炼3 5次，保证合金锭内部成分均匀；第三步初破碎及高能球磨在充有髙纯氩气至1.01Xl0spa的手套箱中，将第二步制得的合金锭子用铁研 钵捣碎后过筛，得到颗粒尺寸^1.0mm的粗粉，然后使用高能球磨机在高纯氩气保 护下球磨20 180min，得到非晶结构粉体；球磨过程中球料的重量比为1:1 20:1，且研磨体为直径10mm和直径5mm 的两种钢球；第四步晶化热处理将第三步制得的非晶结构粉体放入真空热处理炉的炉膛内，调节真空热处理炉内 真空度到2 X 10—3Pa 4 X 10-3Pa，通入高纯氩气至0.05 X 105 Pa~0.1X 105 Pa， 在500~1000°C，进行10 300min保温热处理后，接着以0.1 ~5 °C/min的降 温速度缓慢冷却到200~400°C，然后气淬冷却至室温，制得具有TbCu7结构的 SmCoxAlY纳米晶永磁材料。
全文摘要
本发明公开了一种SmCoAl1:7型纳米晶永磁材料，该纳米晶永磁材料的表达式为SmCo<sub>X</sub>Al<sub>Y</sub>，X的原子个数为6.0～8.5，Y的原子个数为0.1～2.0。该纳米晶永磁材料通过高温电弧或高频感应熔炼、粗破碎、高能球磨和非晶热处理晶化制得。SmCo<sub>X</sub>Al<sub>Y</sub>纳米晶永磁材料室温内禀矫顽力为700～1900kA/m，饱和磁化强度为0.5～1.1T，剩余磁化强度为0.3～0.9T，居里温度为700～900℃。
文档编号C22C1/03GK101552059SQ200810240900
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者赞 姚, 张天丽, 徐惠彬, 蒋成保 申请人:北京航空航天大学