稀土合金永磁材料制备装置制造方法
【专利摘要】稀土合金永磁材料制备装置，包括原料处理部分、沉淀槽、电解炉、研磨机构、压模机构及真空烧结炉；其中，原料处理部分包括稀土金属处理槽与调配槽，同时在稀土金属处理槽上设置有输送管，输送管与调配槽连接，且调配槽通过络合溶液输送管与沉淀槽连接，沉淀槽与电解炉连接，并在电解炉一侧设置有进料口，而电解炉尾端设置有浇铸室，浇铸室与冷却室连接，冷却室通过输出管与研磨机构连接，研磨机构与压模机构连接，压模机构与真空烧结炉连接。本实用新型有效解决了合金锭产生偏析的问题，Sc的加入有利于提高合金锭的高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能，且采用Nd Pr·Dy·Sc络合后的混合物熔炼合金锭使用普通电解炉即可。
【专利说明】稀土合金永磁材料制备装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及稀土永磁材料【技术领域】，尤其涉及一种稀土合金永磁材料制备装 置。
【背景技术】
[0002] 稀土永磁材料是目前综合性能最高的一种永磁材料，广泛应用于电子通讯、汽车、 家用电器、电子仪表、核磁共振成像仪、音响设备、微型电机、移动电话等领域，比铁氧体、铝 镍钴性能更优越；而由于稀土永磁材料的使用，不仅促进了永磁器件向小型化、集成化发 展，而且提高了产品的性能。钪作为一种过渡族元素以及稀土元素添加至合金中，不仅能够 显著细化铸态合金晶粒、提高再结晶温度从而提高钪合金的强度和韧性，而且能显著改善 钪合金的可焊性、耐热性、抗蚀性、热稳定性和抗中子辐照损伤的作用，因此，钪合金被认为 是新一代航天航空、舰船、兵器用高性能合金结构永磁材料。
[0003] 然而传统制备稀土合金永磁材料的工艺是将前道的稀土金属氧化物，在后道经配 比冶炼等各道工艺后得到，但是在生产过程中人为因素较多，难以控制，进而影响批量生产 的质量。以钕铁硼为例，将经过萃取分离出的镨、钕和铁、硼及其他成分混合后添加至真空 熔炼炉熔炼，熔炼后得到合金锭，在此过程中因为各成分的熔点不同，且受到前道混合搅拌 是否均匀及人工添加时间间隔与量的控制等因素影响，易造成熔炼后的合金锭材料偏析， 从而影响合金锭材料的性能与后续工艺效果，同时在生产过程中对操作人员的技术要求较 高，且需要采用真空还原熔炼炉，这对企业的生产设备要求比较高，导致前期生产投入比较 大。
[0004] 此外，目前生产的稀土永磁材料实际矫顽力低、工作温度稳定性较低，且抗腐蚀性 能弱，成为限制其在航天航空、舰船及兵器发展和应用的主要因素。而钪已被广泛应用于铝 合金的掺杂，在铝中仅需加入千分之几的钪就会生成Al 3Sc新相，对铝合金起变质作用，使 得合金的结构和性能发生明显变化，如加入〇. 2%?0. 4%的Sc可使合金的再结晶温度提 高150°C?200°C，高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高，可避免高温 下长期工作时合金产生脆化现象。因此，如何在不改变稀土永磁材料特性的前提下提高永 磁材料的实际矫顽力，将钪加入合金中以提高合金的抗腐蚀性能，同时避免后续熔炼时的 合金锭材料产生偏析，并降低对生产设备的技术要求与操作人员的劳动强度，已经成为本 领域技术人员亟待解决的重要问题。 实用新型内容
[0005] 本实用新型所解决的技术问题在于提供一种稀土合金永磁材料制备装置，以解决 上述【背景技术】中的缺点。
[0006] 本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0007] 稀土合金永磁材料制备装置，包括原料处理部分、沉淀槽、电解炉、研磨机构、压模 机构及真空烧结炉；其中，原料处理部分包括稀土金属处理槽与调配槽，稀土金属处理槽用 于处理稀土原料以获得单一稀土金属氯化物，同时在稀土金属处理槽上设置有输送管，输 送管与调配槽连接，调配槽用于将各种单一稀土金属氯化物调配成氯化物络合溶液，且调 配槽通过络合溶液输送管与沉淀槽连接，沉淀槽与电解炉连接，并在电解炉一侧设置有进 料口，而电解炉尾端设置有浇铸室，浇铸室与冷却室连接，冷却室通过输出管与研磨机构连 接，研磨机构与压模机构连接，压模机构与真空烧结炉连接。
[0008] 在本实用新型中，沉淀槽上设置有吊装环。
[0009] 在本实用新型中，电解炉内设置有电加热部分、石墨槽、阳极导电管及阴极导电 棒；此外，电解炉内还设置有电流传感器，稀土金属氯化物在沉淀槽内进行沉降处理后，被 输送至电解炉进行电解熔融生成合金液，而后进入浇铸室浇铸，最后在冷却室冷却为合金 锭。
[0010] 在本实用新型中，电解炉内还设置有隔热层，保温防止热量流失，有利于提高电流 利用率，节省能源消耗。
[0011] 在本实用新型中，电解炉尾端与浇铸室连接处设置有挡板，挡板上安装有电磁阀， 当石墨槽内生成的合金液达到一定高度时，电磁阀自动开启，挡板上升，合金液输入浇铸室 进行浇铸，待合金液输入完毕后，挡板回归初始位置，电解炉进行下一轮的合金液合成。
[0012] 在本实用新型中，冷却室内设置有温度传感器，用于检测冷却室的温度。
[0013] 在本实用新型中，输出管上设置有自动送料输送带，自动送料输送带上安装有感 应器，在合金锭下落至冷却室出口时，启动输送，将合金锭送至研磨机构破碎成细粉末。
[0014] 在本实用新型中，研磨机构为一封闭箱体，其箱体上部安装有空气输送管，在进行 气流磨时通过放入定量的空气进行钝化。
[0015] 在本实用新型中，真空烧结炉为双层结构，上层为预热层，下层为煅烧层，预热层 可吸收煅烧层部分热量用于对新进入的压坯预热，有效降低电加热所需消耗的电能。
[0016] 稀土合金永磁材料制备工艺，具体步骤如下：
[0017] 1)首先在稀土金属处理槽内将稀土原料经预处理、酸解、过滤、萃取分离以获得单 一稀土金属氯化物，再按照后道稀土合金永磁材料的稀土组分与比例要求将各种单一稀土 金属氯化物在调配槽中调配成氯化物络合溶液；
[0018] 2)对步骤1)中获得的氯化物络合溶液在沉淀槽进行沉降处理，以提取Nd Pr · Dy · Sc混合共成体；
[0019] 3)将步骤2)中获得的Nd Pr · Dy · Sc混合共成体与其他组分配好的原料通过进 料口投入电解炉中进行熔炼使原料形成熔融的合金液，然后将熔融的合金液输送至浇铸室 浇铸，最后进入冷却室冷却为合金锭；
[0020] 4)将步骤3)中获得的合金锭通过研磨机构破碎成细粉末，且在进行破碎时通过 空气输送管充入定量的空气进行钝化，并对前后磨出的粉进行混合搅拌；
[0021] 5)将步骤4)中获得的细粉末通过压模机构压制成压坯，且压坯密度为4. 2? 4. 9g/cm3 ；
[0022] 6)将步骤5)中获得的压坯置于真空烧结炉中烧结并进行保温；
[0023] 7)将步骤6)中烧结后的压坯在真空烧结炉中降温至280°C?330°C，在升温至第 一段热处理并进行保温，而后继续降温至280°C?330°C，最后升温至第二段热处理并进行 保温，并对两段热处理分别进行回火，以获得稀土合金永磁材料坯体，回火可消除稀土合金 永磁材料坯体中的组织缺陷，改善组织中富稀土相的分布，有利于提高永磁材料的性能；
[0024] 8)将步骤7)中获得的稀土合金永磁材料坯体，根据实际需求进行机械加工切割 并精磨，同时预留进行电镀的尺寸，即得稀土合金永磁材料。
[0025] 在本实用新型中，所述步骤1)中，单一稀土金属氯化物包括氯化钕、氯化镨、氯化 镝和氯化钪。
[0026] 在本实用新型中，所述步骤3)中，熔炼温度为1495°C?1535°C。
[0027] 在本实用新型中，所述步骤4)中，细粉末平均粒度为2. 2?2. 9 μ m。
[0028] 在本实用新型中，所述步骤5)中，压模机构等静压的压力为200?260MPa。
[0029] 在本实用新型中，所述步骤6)中，烧结温度为1065°C?1095°C。
[0030] 在本实用新型中，所述步骤6)中，保温时间为160分钟。
[0031] 在本实用新型中，所述步骤7)中，第一段热处理温度为880°C?920°C，保温时间 为90分钟。
[0032] 在本实用新型中，所述步骤7)中，第二段热处理温度为510°C?620°C，保温时间 为180分钟。
[0033] -种稀土合金永磁材料，组成为 ReaRe' eRe' η' BsCo5Al EFeY, Re 为 Nd、Pr, Re'为Dy, Re"为Sc, Fe为Fe及不可避免的杂质，α、β、η、δ、ζ、ε、γ为各组分质量 百分比含量；其中，32彡α+β + η彡35,7彡β + η彡15,4彡η彡9，1·06彡δ彡I. 12， 0 彡 ζ 彡 0· 35,0· 48 彡 ε 彡 〇· 91，γ = 100-α - β - δ - ζ - ε。
[0034] 在本实用新型中，Sc的加入有利于提高合金锭的实际矫顽力，其制备出的永磁材 料产品，在抗腐蚀性、热稳定性、加工性能等方面更加优越；且在后续熔炼过程中不会因为 各自熔点不同和人为操作因素而导致熔炼后得的合金锭产生偏析，而采用Nd Pr · Dy · Sc 络合物熔炼合金锭不再需要真空还原熔炼炉，使用普通电解炉即可，有效降低企业的生产 成本，此外，还可避免影响永磁材料性能a - Fe的出现。
[0035] 有益效果：本实用新型有效解决了传统熔炼过程中各组分的熔点不同和人为操作 因素而导致熔炼后得的合金锭产生偏析的问题，Sc的加入有利于提高合金锭的实际矫顽 力，且采用Nd Pr · Dy · Sc络合后的混合物熔炼合金锭使用普通电解炉即可，进而降低企 业的生产成本与操作人员的劳动强度，此外，还可有效避免影响永磁材料性能a -Fe的出 现，在高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 图1为本实用新型的较佳实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0037] 为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0038] 参见图1的稀土合金永磁材料制备装置，包括稀土金属处理槽1、调配槽2、络合溶 液输送管3、沉淀槽4、吊装环5、电解炉6、电加热部分7、石墨槽8、阳极导电管9、阴极导电 棒10、隔热层11、进料口 12、浇铸室13、挡板14、冷却室15、输出管16、研磨机构17、压模机 构18、真空烧结炉19及空气输送管20。
[0039] 在本实施例中，稀土金属处理槽1用于处理稀土原料以获得单一稀土金属氯化 物，同时在稀土金属处理槽1上设置有输送管，输送管与调配槽2连接，调配槽2用于将各 种单一稀土金属氯化物调配成氯化物络合溶液，且调配槽2通过络合溶液输送管3与沉淀 槽4连接，吊装环5设置在沉淀槽4上，沉淀槽4与电解炉6连接，并在电解炉6 -侧设置 有进料口 12,而电解炉6内设置有电加热部分7、石墨槽8、阳极导电管9及阴极导电棒10， 并在其尾端设置有浇铸室13,挡板14设置在电解炉6尾端与浇铸室13连接处，浇铸室13 与冷却室15连接，冷却室15通过输出管16与研磨机构17连接，研磨机构17与压模机构 18连接，压模机构18与真空烧结炉19连接。
[0040] 此外，电解炉6内还设置有电流传感器，稀土金属氯化物在沉淀槽4内进行沉降处 理后，被输送至电解炉6进行电解熔融生成合金液，而后进入浇铸室13浇铸，最后在冷却室 15冷却为合金锭。
[0041] 电解炉6内还设置有隔热层11，保温防止热量流失，有利于提高电流利用率，节省 能源消耗。
[0042] 挡板14上安装有电磁阀，当石墨槽8内生成的合金液达到一定高度时，电磁阀自 动开启，挡板14上升，合金液输入浇铸室13进行浇铸，待合金液输入完毕后，挡板14回归 初始位置，电解炉6进行下一轮的合金液合成。
[0043] 输出管16上设置有自动送料输送带，自动送料输送带上安装有感应器，在合金锭 下落至冷却室15出口时，启动输送，将合金锭送至研磨机构17破碎成细粉末。
[0044] 研磨机构17为一封闭箱体，其箱体上部安装有空气输送管20,在进行气流磨时通 过放入定量的空气进行钝化。
[0045] 以下为稀土合金永磁材料制备工艺具体实施例：
[0046] 实施例1
[0047] -种稀土合金永磁材料，按如下表1-1进行配料：
[0048] 表I-I实施例1配方表
【权利要求】
1. 稀土合金永磁材料制备装置，包括原料处理部分、沉淀槽、电解炉、研磨机构、压模机 构及真空烧结炉；其特征在于，原料处理部分包括稀土金属处理槽与调配槽，同时在稀土金 属处理槽上设置有输送管，输送管与调配槽连接，且调配槽通过络合溶液输送管与沉淀槽 连接，沉淀槽与电解炉连接，并在电解炉一侧设置有进料口，而电解炉尾端设置有浇铸室， 浇铸室与冷却室连接，冷却室通过输出管与研磨机构连接，研磨机构与压模机构连接，压模 机构与真空烧结炉连接。
2. 根据权利要求1所述的稀土合金永磁材料制备装置，其特征在于，电解炉内设置有 电加热部分、石墨槽、阳极导电管及阴极导电棒；此外，电解炉内还设置有电流传感器。
3. 根据权利要求1所述的稀土合金永磁材料制备装置，其特征在于，电解炉内还设置 有隔热层。
4. 根据权利要求1所述的稀土合金永磁材料制备装置，其特征在于，电解炉尾端与浇 铸室连接处设置有挡板，挡板上安装有电磁阀。
5. 根据权利要求1所述的稀土合金永磁材料制备装置，其特征在于，冷却室内设置有 温度传感器。
6. 根据权利要求1所述的稀土合金永磁材料制备装置，其特征在于，输出管上设置有 自动送料输送带，自动送料输送带上安装有感应器。
7. 根据权利要求1所述的稀土合金永磁材料制备装置，其特征在于，研磨机构为一封 闭箱体，其箱体上部安装有空气输送管。
8. 根据权利要求1所述的稀土合金永磁材料制备装置，其特征在于，真空烧结炉为双 层结构，上层为预热层，下层为煅烧层。
【文档编号】B22F3/16GK204148506SQ201420630284
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】张祝 申请人:南京萨伯工业设计研究院有限公司