一种通过电脱氯制备钐钴合金磁性材料的方法与流程

本发明涉及制备钐钴合金磁性材料的方法。

背景技术：

钐钴永磁材料具有高的居里温度，优越的综合磁性能和良好的环境稳定性，在永磁微特电机，高端电动汽车中，涡轮机械，行波光管场磁铁，台式核磁共振光谱仪等领域具有重要应用。钐钴永磁材料有很强的抗腐蚀和抗氧化性能，通常不需要涂层可广泛应用在高温和恶劣的工作条件。明显的磁各向异性和较强的矫顽力是永磁材料区别于其他磁性材料的两个非常重要的指标。钐钴永磁材料有SmCo₅和Sm₂Co₁₇两种，SmCo₅的储存能范围16-25MGOe等于128-200kJ/m³，可逆温度系数为-0.05％/℃，比Sm₂Co₁₇更容易调整到一个特定的磁场；Sm₂Co₁₇的储能范围20-32MGO等于160-260kJ/m³，可逆的温度系数的是-0.03％/℃,作为“第二代”材料可以在更高的温度下使用。

钐钴合金的制备方法，一种是使用金刚石砂轮湿磨，同时用水基冷却剂冷却，但是磨削时产生的废弃物燃点很低并且完全干燥，一个小火花，如静电，就很容易使其燃烧，燃烧放出大量热量，难以控制，危险性高；另一方法为烧结方法，该方法是把原材料融化在一个充满氩气的感应炉内，混合均匀后倒入模具中，水冷却形成一个锭，锭粉进一步研磨成小尺寸颗粒；接着将粉末压模成型，在1100-1250℃温度下烧结，在700-900℃温度下回火，最后再进一步磁化增加其磁性。这种烧结法工艺复杂，而且得到的材料内部容易产生裂缝，影响机械完整性。

技术实现要素：

本发明是要解决现有的钐钴合金的制备方法危险性高、工艺复杂、内部易产生裂纹的技术问题，而提供一种通过电脱氯制备钐钴合金磁性材料的方法。

本发明的通过电脱氯制备钐钴合金磁性材料的方法，按以下步骤进行：

一、按LiCl、KCl、SmCl₃、CoCl₂的质量比为(44～45)：(44～45)：(2～10)：3称取LiCl、KCl、SmCl₃和CoCl₂，先把LiCl、KCl加入到电解炉的电解槽中，加热熔融，然后再加入SmCl₃和CoCl₂，继续加热熔融，得到LiCl-KCl-SmCl₃-CoCl₂电解质体系；

二、以金属钼为工作电极，石墨为辅助电极，在电解温度为640～850℃、电流为1.55～5.90Acm^-2的条件下电解1～2小时，将电解槽沉积出的物质取出，降至常温，将固相物过滤出来，洗涤、烘干，得到钐钴合金磁性材料。

本发明在LiCl-KCl-SmCl₃-CoCl₂电解质体系中，以惰性金属钼为工作电极，石墨为辅助电极，进行恒电流电解，电解后在电解槽中于工作电极附近沉积出钐钴合金磁性材料。本发明既不用纯金属钐，也不用纯金属钴，而是采用稀土氯化物为原料，在低于金属钐、钴熔点的温度下，通过熔盐恒电流电解的方法一步得到钐钴合金。本发明的方法可显著降低反应器温度，降低能耗；易于控制磁性材料中稀土钐的含量，通过控制电解质配比，即得到不同系的钐钴合金永磁材料，可高效制备湿法冶金和火法冶金难以制备的钐钴合金；钐钴合金内部无缺陷，永磁材料的磁各向异性高，矫顽力强，高温电化学电解过程中可实现钐钴合金的可控制备，工艺简单高效；整个工艺流程设备简单，成本较低，可实现连续化生产，整个过程不存在污染，二氧化碳排放低，实现绿色冶金。

附图说明

图1是试验1制备的钐钴合金XRD谱图；

图2是试验1中制备的钐钴合金样品的外貌照片；

图3是试验1中制备的钐钴合金的低倍率扫描电镜照片；

图4是试验1中制备的钐钴合金的EDS能谱中Co元素的面扫描照片；

图5是试验1中制备的钐钴合金的EDS能谱中Sm元素的面扫描照片；

图6是试验1中制备的钐钴合金通过振动样品磁强计(VSM)测试的磁滞回线图；

图7是试验2中制备的钐钴合金XRD谱图；

图8是试验2中制备的钐钴合金通过振动样品磁强计(VSM)测试的磁滞回线图；

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种通过电脱氯制备钐钴合金磁性材料的方法，按以下步骤进行：

一、按LiCl、KCl、SmCl₃、CoCl₂的质量比为(44～45)：(44～45)：(2～10)：3称取LiCl、KCl、SmCl₃和CoCl₂，先把LiCl、KCl加入到电解炉的电解槽中，加热熔融，然后再加入SmCl₃和CoCl₂，继续加热熔融，得到LiCl-KCl-SmCl₃-CoCl₂电解质体系；

二、以金属钼为工作电极，石墨为辅助电极，在电解温度为640～850℃、电流为1.55～5.90Acm^-2的条件下电解1～2小时，将电解槽沉积出的物质取出，降至常温，将固相物过滤出来，洗涤、烘干，得到钐钴合金磁性材料。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中LiCl、KCl、SmCl₃、CoCl₂的质量比为(44～45)：(44～45)：4：3。其它与具体实施方式一相同。

在本实施方式的电解质比例条件下得到的钐钴合金为Sm₂Co₁₇。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中LiCl、KCl、SmCl₃、CoCl₂的质量比为(44～45)：(44～45)：6：3。其它与具体实施方式一或二相同。

在本实施方式的电解质比例条件下得到的钐钴合金为Sm₂Co₁₇。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中LiCl、KCl、SmCl₃、CoCl₂的质量比为(44～45)：(44～45)：(8～10)：3。其它与具体实施方式一至三之一相同。

在本实施方式的电解质比例条件下得到的钐钴合金为SmCo₅与Sm。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中电解温度为750～800℃、电解电流为3.5～4.5Acm^-2、电解时间为1.2～1.8小时。其它与具体实施方式一至四之一相同。

用以下的试验验证本发明的有益效果：

试验1：本试验的通过电脱氯制备钐钴合金磁性材料的方法，按以下步骤进行：

一、称取45克LiCl、45克KCl、4克SmCl₃和3克CoCl₃，先把LiCl、KCl加入到电解炉的电解槽中，加热熔融，然后再加入SmCl₃和CoCl₂，继续加热熔融，得到LiCl-KCl-SmCl₃-CoCl₂电解质体系；

二、以金属钼为工作电极，石墨为辅助电极，在电解温度为650℃、电流为1.55Acm^-2的条件下电解1小时，将电解槽沉积出的物质取出，降至常温，将固相物过滤出来，洗涤、烘干，得到钐钴合金磁性材料。

本试验制备的钐钴合金磁性材料的XRD谱图如图1所示，从图1可以看出，本试验制备的钐钴合金为Sm₂Co₁₇，XRD谱图中，衍射峰强度高，衍射峰尖锐并且半高宽小，表明了Sm₂Co₁₇的结晶好，产物纯净。进一步通过傅里叶变换的方法，运用计算机运算，结果表明没有晶格畸变。

本试验制备的钐钴合金Sm₂Co₁₇样品外貌图如图2所示，从图2可知，钐钴合金为块状，内部无裂纹等缺陷；图3是本试验制备的钐钴合金的SEM照片；图4是本试验制备的钐钴合金的EDS能谱中Co元素的面扫描照片，图5是本试验制备的钐钴合金的EDS能谱中Sm元素的面扫描照片，从图4和图5可以看出，稀土金属钐元素均匀分布在钐钴金属间化合物相中。

本试验制备的Sm₂Co₁₇的结晶好，产物纯净，无杂质，所有的磁域与易磁化轴方向保持一致，在这种情况下，所有的磁畴壁都是180°，使材料具有很强的磁性。图6是本试验制备的钐钴合金样品的磁滞回线，从图6可知，磁滞回线呈现“S”形，没有磁滞现象。饱和磁矩为122Am²/k，矫顽力为5.2T。

试验2：本试验的通过电脱氯制备钐钴合金磁性材料的方法，按以下步骤进行：

一、称取45克LiCl、45克KCl、8克SmCl₃和3克CoCl₃，先把LiCl、KCl加入到电解炉的电解槽中，加热熔融，然后再加入SmCl₃和CoCl₂，继续加热熔融，得到LiCl-KCl-SmCl₃-CoCl₂电解质体系；

二、以金属钼为工作电极，石墨为辅助电极，在电解温度为800℃、电流为5.55Acm^-2的条件下电解1小时，将电解槽沉积出的物质取出，降至常温，将固相物过滤出来，洗涤、烘干，得到钐钴合金磁性材料。

本试验制备的钐钴合金磁性材料的XRD谱图如图7所示，从图7可以看出，本试验制备的钐钴合金为SmCo₅与金属Sm的混合物，在XRD谱图中，SmCo₅的衍射峰强度高，衍射峰尖锐并且半高宽小，表明了SmCo₅的结晶好。进一步通过傅里叶变换的方法，运用计算机运算，结果表明没有晶格畸变。

本试验制备的钐钴合金磁性材料的磁滞回线如图8所示，从图8可知，磁滞回线呈现“S”形，没有磁滞现象。饱和磁矩为115Am²/k，矫顽力为4.9T。