专利名称：一种添加碳的永磁合金块体及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁合金，尤其涉及一种添加碳的永磁合金块体及制备方法。
背景技术：
以钕铁硼为代表的稀土铁系永磁材料是能量密度最高，应用最广，发展速度最快的新一代永磁材。稀土铁系永磁材料已广泛应用于能源，机械，交通，计算机，家电，医疗等领域，其生产和开发应用程度已成为衡量一个现代国家经济发展水平和综合国力的重要标志之一。传统的永磁体的制备方法主要有烧结法和粘结法两种。烧结法是通过一定的制粉工艺得到磁粉，在磁场中取向成型，在压机中压成毛坯，然后烧结成型得到永磁体。这种方法工艺复杂，能耗高，并且不能满足复杂形状的需求。粘结法也是通过一定制粉工艺得到磁粉，将磁粉与粘结剂混合成型，经过固化处理后得到永磁体。由于粘结剂的引入使得磁体磁性能被稀释，因此该方法不利于得到高性能的永磁体。此外，传统的制备方法并不适合制备小尺寸的块状磁体，因此有必要探索一种节能高效的永磁体制备方法。近年来，一些研究者采用铜模喷铸法直接值得圆柱状，圆环状及片状永磁体。这种方法是将熔融的合金喷铸到一定尺寸的铜模中，直接得到纳米晶永磁体，或者先得到非晶合金，再将其热处理得到永磁体。这种方法具有工艺简单，低成本，易成型，易加工，结构致密，耐蚀性强等优点。然而，由于非晶形成能力的限制，到目前为止文献中报道用该法制备的磁体尺寸不超过1. 5mm。本实验室在稀土铁系永磁合金体系中，通过元素添加和调节元素比例，采用模具喷铸快淬法直接制得尺寸为0. 3mnT20mm，性能优良的永磁合金块体，这对于永磁体的推广应用至关重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种添加碳的永磁合金块体及制备方法。添加碳的永磁合金块体化学分子通式为i^1QQ_a_b_。_x_y_zC0aRbN。CxByMz，其中R为Nd和 Pr 中的一种或两种，M 为 Nb，Ti, Zr, Mo, Cr, V, W, Ta, Cu, Al, Zn, Ni, Ga, Ge, Sr, Si, Y, Tb, Dy, La，Ce，Hf，Sm, Ho元素中的一种或多种，a, b，c，x，y和ζ分别为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，Fe的原子百分比为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 ^ ζ ^ 10 at. %，剩下为 Fe 含量。
所述添加碳的永磁合金块体的最大磁能积(BH)max为;T20MG0e。添加碳的永磁合金块体的制备方法的步骤如下
步骤一将原料金属 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，根据 Fe100_a_b_c_x丁zCoANcCJyMz 合金成分按照原子百分比称量并配料，将称得的目标成分原料多次熔炼，获得成分均勻的 Fe100-a-b-e-x-y-zCoaRbNcCxByMz 合金锭子；步骤二 把步骤一获得的Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金锭子去除氧化皮后破碎成小块状 ^1(ι(^_。_ΧτΖ(:。ΑΝ。(；ByMz 合金；
步骤三用步骤二得到的小块状Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金装入下端开口且孔径为 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空后，在腔体内充入惰性气体作为保护气，采用高频感应线圈加热使合金熔化，调节电流由小增大，待合金完全熔融后喷铸或吸铸到模具中急冷，制得块体 i^.a-bn—zCoAN。(；ByMz 合金。步骤四将获得的i^1QQ_a_b_。_x_y_zC0aRbN。CxByMz块体合金在真空环境中退火， 以5 30°C /min的升温速率加热至50(Tl00(rC，保温5 60 min，然后冷水中急冷，得到 Fe100-a-b-e-x-y-zCoaRbNcCxByMz 添加碳的永磁合金块体。所述添加碳的永磁合金块体的尺寸为0. 3mnT20mm。本发明工艺简单，能耗低，易成型，所制备的添加碳的永磁合金块体结构致密，硬磁性能优良，耐腐蚀性能高，具有良好的工业应用前景。
具体实施例方式添加碳的永磁合金块体化学分子通式为i^1QQ_a_b_。_x_y_zC0aRbN。CxByMz，其中R为Nd和 Pr 中的一种或两种，M 为 Nb，Ti, Zr, Mo, Cr, V, W, Ta, Cu, Al, Zn, Ni, Ga, Ge, Sr, Si, Y, Tb, Dy, La，Ce，Hf，Sm, Ho元素中的一种或多种，a, b，c，x，y和ζ分别为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，Fe的原子百分比为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 ^ ζ ^ 10 at. %，剩下为 Fe 含量。
所述添加碳的永磁合金块体的最大磁能积(BH)max为;T20MG0e。添加碳的永磁合金块体的制备方法的步骤如下
步骤一将原料金属 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，根据 Fe100_a_b_c_x丁zCoANcCJyMz 合金成分按照原子百分比称量并配料，将称得的目标成分原料多次熔炼，获得成分均勻的 Fe100-a-b-e-x-y-zCoaRbNcCxByMz 合金锭子；
步骤二 把步骤一获得的Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金锭子去除氧化皮后破碎成小块状 ^1(ι(^_。_ΧτΖ(:。ΑΝ。(；ByMz 合金；
步骤三用步骤二得到的小块状Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金装入下端开口且孔径为 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空后，在腔体内充入惰性气体作为保护气，采用高频感应线圈加热使合金熔化，调节电流由小增大，待合金完全熔融后喷铸或吸铸到模具中急冷，制得块体 i^.a-bn—zCoAN。(；ByMz 合金。步骤四将获得的i^1QQ_a_b_。_x_y_zC0aRbN。CxByMz块体合金在真空环境中退火， 以5 30°C /min的升温速率加热至50(Tl00(rC，保温5 60 min，然后冷水中急冷，得到 Fe100-a-b-e-x-y-zCoaRbNcCxByMz 添加碳的永磁合金块体。所述添加碳的永磁合金块体的尺寸为0. 3mnT20mm。下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例1 制备Ndfr2Fii64Y3Mo3C1B^永磁合金块体
该实施例采用铜模吸铸法制备了直径为2mm，长度在1. 5cm-3cm圆柱状的3/4页
Nd5Pr2Fe64Y3Mo3C1B22 永磁合金块体。步骤1 按原子百分比Nd5Pr2Fii64Y3Mo3Cp22称量纯度为99. 9%的Fe，纯度为99. 5% 的Nd，纯度为99. 5%的Pr，纯度为99. 5%的Y，纯度为99. 9%的Mo，纯度为99. 9%的C，以及 FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空后利用电弧使原料熔化， 并反复熔炼5次以获得成分均勻的Nd5Pr2Fii64Y3Mo3Cp22合金锭子。步骤2 :把步骤1获得的Nd5Pr2FA4Y3Mo3Cp22合金锭子去除氧化皮后破碎成小块。步骤3 用步骤2得到的Nd5Pr2FA4Y3Mo3Cp22小块合金装入下端开口且孔径为 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空至4. O X lO^Pa后，在甩带炉的腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热，调节电流由小增大，待合金完全熔融后吸铸到铜模中，制得圆柱状合
^^ ο步骤4 将获得的Nd5ft^e64Y3M03C^2圆柱状合金在石英管中真空封装后，在箱式退火炉中以10°c /min的升温速率加热至740°C，保温lOmin，在1(T20°C水中急冷。按上述工艺制得的Nd5ft^e64Y3M03C^2永磁合金块体在热处理之前为完全非晶， 经过热处理后析出硬磁相(Nd，Pr)2Fe14B和软磁相Fi^B，且软硬磁相晶粒细小均勻，软硬磁相实现充分交换耦合，得到良好的硬磁性能，饱和磁化强度Ms=L 4T，矫顽力Hei=8. 1 IKOe，磁能积(BH)max=8. 9MG0e。实施例2 制备Nc^r2Fii69Ti3CA6永磁合金块体
该实施例采用铜模喷铸法制备了外径为3mm，厚度为0. 5mm圆环状的Nd7PrJe69Ti3CA6 永磁合金块体。步骤1 按原子百分比Nc^r2Fii69Ti3CA6称量纯度为99. 9%的Fe，纯度为99. 5%的 Nd，纯度为99. 5%的Pr，纯度为99. 9%的Ti，纯度为99. 9%的C，以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空后利用电弧使原料熔化，并将其反复熔炼5次以获得成分均勻的Nd7Pr2Fe69Ti3C3B16合金锭子。步骤2 :把步骤1获得的Nd7Pr2F^3Ti3C3B16合金锭子去除氧化皮后破碎成小块。步骤3 用步骤2得到的Nd7Pr2F^9Ti3C3B16小块合金装入下端开口且孔径为 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空至4. O X lO^Pa后，在甩带炉的腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热，调节电流由小增大，待合金完全熔融后喷射并注入铜模中，制得环状
I=I 巫 O步骤4 将获得的Nd7Pr2Fe69Ti3CA6环状合金在石英管中真空封装后，在箱式退火炉中以10°C /min的升温速率加热至730°C，保温lOmin，在1(T20°C冷水中急冷。按上述工艺制得的Nd7Pr2F^Ti3C3B16环状永磁合金块体在热处理之前为完全非晶，经过热处理后主要相组成为Nd#ei4B。合金硬磁性能良好，饱和磁化强度Ms=L 4T，矫顽力 Hci=7. 56K0e，磁能积(BH)max=8. 5MGOe。实施例3 制备Pr7Nd2Fii7c^r3C5B13永磁合金块体
该实施例采用铜模喷铸法制备了直径为2mm，长度为1. 5cm-3cm的ft>Nd2Fi57(^r3C5B13柱状永磁合金块体。步骤1 按原子百分比I3r7Nd2Fii7c^r3C5B13称量纯度为99. 9%的狗，纯度为99. 5%的 Pr,纯度为99. 5%的Nd，纯度为99. 9%的Zr，纯度为99. 9%的C，以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空后利用电弧使原料熔化，并将其反复熔炼5次以获得成分均勻的Pr7Nd2Fe7tlZr3C5B13合金锭子。步骤2 :把步骤1获得的Pr7Nd2Fe7tlZr3C5B13合金锭子去除氧化皮后破碎成小块。步骤3 用步骤2得到的Pr7Nd2Fe7tlZr3C5B13小块合金装入下端开口且孔径为 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空至4. 0 X lO^Pa后，在甩带炉的腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热，调节电流由小增大，待合金完全熔融后喷射并注入内径为2mm的铜模中，制得柱状合金。步骤4 将获得的Pr7Nd2Fe7tlZr3C5B13柱状合金在石英管中真空封装后，在箱式退火炉中以10°C /min的升温速率加热至760°C，保温15min，在1(T20°C冷水中急冷。按上述工艺制得的押7而2狗7(1&3(^13永磁合金块体在热处理之前为部分非晶，有少量析出，经过热处理后使得剩余非晶晶化，主要相组成为ft^e14B，得到良好的硬磁性能，饱和磁化强度Ms=L 3T，矫顽力Hei=8. 86K0e，磁能积(BH)max=8. 6MG0e。上述实施例获得的添加碳的永磁合金块体的各项性能如表1总结所示。表1 i^1QQ_a_b_。_x_y_zCoaRbN。(；ByMz 永磁合金块体的磁性能
权利要求
1.一种添加碳的永磁合金块体，其特征在于其化学分子通式为 Γ^,Μ-^-Χο^ν^ΑΒγΜζ，其中 R 为 Nd 和 ft·中的一种或两种，M 为 Nb，Ti，Zr，Mo, Cr，V, W, Ta, Cu, Al, Zn, Ni, Ga, Ge, Sr, Si, Y, Tb, Dy, La, Ce, Hf，Sm, Ho 元素中的一种或多种，a, b, c, χ，y和ζ分别为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，Fe的原子百分比为 100-a-b-c-x-y-z，其中，0 彡 a ^ 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 ^ ζ ^ 10 at. %，剩下为 Fe 含量。
2.根据权利要求1所述的一种添加碳的永磁合金块体，其特征在于所述添加碳的永磁合金块体的最大磁能积(BH)max为3 20MG0e。
3.—种如权利要求1所述的添加碳的永磁合金块体的制备方法，其特征在于它的步骤如下步骤一将原料金属 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，根据 Fe100_a_b_c_x丁zCoANcCJyMz 合金成分按照原子百分比称量并配料，将称得的目标成分原料多次熔炼，获得成分均勻的 Fe100-a-b-e-x-y-zCoaRbNcCxByMz 合金锭子；步骤二 把步骤一获得的Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金锭子去除氧化皮后破碎成小块状 ^1(ι(^_。_ΧτΖ(:。ΑΝ。(；ByMz 合金；步骤三用步骤二得到的小块状Fe1(1(1_a_b_。_x_y_zCoaRbN。CxByMz合金装入下端开口且孔径为 0. 4mnTlmm的石英管中，抽真空后，在腔体内充入惰性气体作为保护气，采用高频感应线圈加热使合金熔化，调节电流由小增大，待合金完全熔融后喷铸或吸铸到模具中急冷，制得块体 i^.a-bn—zCoAN。(；ByMz 合金；步骤四将获得的i^aaibmzCoJ^NAB^块体合金在真空环境中退火，以 5 30 0C /min的升温速率加热至500 1000 °C，保温5 60 min，然后冷水中急冷，得到 Fe100-a-b-e-x-y-zCoaRbNcCxByMz 添加碳的永磁合金块体。
4.根据权利要求3所述的一种添加碳的永磁合金块体的制备方法，其特征在于所述添加碳的永磁合金块体的尺寸为0. 3mnT20mm。
全文摘要
本发明公开了一种添加碳的永磁合金块体及制备方法。其化学分子通式为Fe100-a-b-c-x-y-zCoaRbNcCxByMz，其中R为Nd和Pr中的一种或两种，M为Nb，Ti，Zr，Mo，Cr，V，W，Ta，Cu，Al，Zn，Ni，Ga，Ge，Sr，Si，Y，Tb，Dy，La，Ce，Hf，Sm，Ho元素中的一种或多种，a，b，c，x，y和z分别为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，Fe的原子百分比为100-a-b-c-x-y-z。其制备方法是将原料合金按化学分子式配料，将其多次熔炼制备成分均匀的合金锭子，然后采用喷铸或吸铸使其急速冷却，并热处理5~60min，优化合金相组成和显微结构，得到性能优良的永磁合金块体。本发明工艺简单，能耗小，磁体结构致密，硬磁性能优良，耐蚀性能高，可以广泛应用于信息、通讯、计算机等领域。
文档编号C22C33/04GK102296228SQ20111027957
公开日2011年12月28日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者严密, 任元月, 简红 申请人:东阳市中元磁业有限公司, 浙江大学