高性能SmCo永磁体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种钐钴永磁体，特别是一种高性能SmCo永磁体，尤其是高铁含量高性能2:17型SmCo磁体。
【背景技术】
[0002]近年来，功能材料的不断发展有力地促进了人类社会的社会进步，永磁材料是功能材料中的一种，由于其具有能量转化功能和各种磁物理效应，目前已经广泛用于当今信息社会。稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它比磁钢的磁性能高100多倍，比铁氧体、铝镍钴性能优越得多。由于稀土永磁材料的使用，不仅促进了永磁器件向小型化发展，提高了产品的性能，而且促使某些特殊器件的产生，所以稀土永磁材料一出现，立即引起各国的极大重视，发展极为迅速。稀土永磁材料按成分可主要分为:1.稀土钴永磁材料，包括稀土钴(1-5型)永磁材料SmCo5和稀土钴(2-17型)永磁材料Sm2Col7两大类；
2.稀土钕永磁材料，NdFeB永磁材料;3.稀土铁氮(RE_Fe_N系)或稀土铁碳(RE_Fe_C系)永磁材料。
[0003]钐钴永磁体出现于20世纪60年代，依据成份的不同分为SmCo5和Sm2Col7，分别为笫一代和笫二代稀土永磁材料，其具有较高的磁能积和可靠的矫顽力，虽然由于其原料是储量稀少的钐和战略金属钴，原料稀缺、价格昂贵而使其发展受到限制，随着钕铁硼材料的发展，其应用领域逐渐减少，但由于钐钴永磁体在稀土永磁系列中表现出良好的温度特性。与钕铁硼相比，钐钴更适合工作在高温环境中，因此在军工技术等高温严苛环境中仍然应用广泛。
[0004]钐钴磁体的磁性能与磁粉的组织和粒度密切相关。对于各向异性永磁体来说，磁体中的磁晶都按照易磁化轴的方向排列，磁体的各向异性强，磁性能好;另外永磁合金由于晶粒的尺寸效应具有较高的矫顽力，制备晶粒尺寸较小的永磁合金，从而提高矫顽力也是钐钴永磁材料的发展方向之一，对于硬磁材料来说，得到高剩余磁化强度的重要条件是磁晶的各向异性强。
[0005]Sm2Col7磁体具有30MG0e(240kJ/m3)的最大磁能积，其机加工难度很大，其含钴比率比SmCo5更低，原材料成本更低;Sm2Col7磁体具有优良的耐腐蚀性和磁性能高温稳定性，其它稀土永磁比较，其Br可逆温度系数最低，典型值为-0.03%/°C。主要应用在伺服马达、水栗连接器和传感器;特别是用在磁体工作温度高，高温高湿或其它的高腐蚀的环境里。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明公开的高性能SmCo永磁体，主要目的在于现有的技术与工艺的基础上，引入速凝、氢破、气流磨等先进的制备工艺，实现钐钴磁体成分和微观组织结构的精细化调控，提升钐钴磁体的磁性能;解决新技术和现有钐钴磁体工业生产的兼容性冋题，基于衫钻磁体工业化制备技术的跃升，完成尚磁能积、尚剩磁、尚耐温性衫钻磁钢的批量、稳定化生产，实现电动汽车驱动电机的有效应用。
[0007]本发明公开的高性能SmCo永磁体，SmCo磁体中具有Sm(CobaiFe0.3Cu().()43Zr().()3)^溶态磁体，其中，z取值范围为7.60-8.06(优选z取值为以下任一:7.60,7.84,8.06);
[0008]固溶态磁体中具有Sm203(这是在磁体制备过程中氧的引入所造成的)；
[0009]高性能SmCo永磁体的加工工艺包括合金铸锭、氢破碎、气流磨、压制成型、烧结固溶、时效处理，其中:烧结固溶为将压制成型得到的毛坯于1170°C_1220°C下烧结0.3-1小时，随后于1155°C_1185°C固溶2_6小时，并快速风冷到室温，得到烧结坯。
[0010]本发明方案通过调控Sm含量来抑制高铁含量磁体固溶后产生的杂相，最终获得了较为均匀一致的胞状结构，提高了磁体的磁性能。
[0011]本发明公开的高性能SmCo永磁体的一种改进，(当Z取值为7.60时)固溶态磁体中包括有结晶A和结晶B，其中结晶B离散分布于结晶A中(结晶B占固溶态磁体总体积的5-12% )』DS表征结果表明，结晶A区域中的Sm含量比结晶B区域高，而结晶A区域中Fe含量比结晶B区域略低。
[0012]本发明公开的高性能SmCo永磁体的一种改进，结晶A的元素组成包括(wt%): Sm26.5% ；Co 46.3% ；Fe 21.0% ；Cu 3.4%;Zr2.8%。
[0013]本发明公开的高性能SmCo永磁体的一种改进，结晶B的元素组成包括(wt%): Sm23.4% ；Co 47.4% ；Fe 22.8% ；Cu 3.5%;Zr2.9%。
[OOM]本发明公开的高性能SmCo永磁体的一种改进，结晶A为TbCm型结构的1: 7H相，其晶带轴为[1-1-1]方向。
[0015]本发明公开的高性能SmCo永磁体的一种改进，结晶B为Th2Zrm型结构的2:17R相和Th2Nin型结构的2:17H相。
[0016]同时TEM表征显示，结晶A区域没有明显的片状相，其黑色条纹为样品厚度信息，电子衍射斑点显示其为TbCm型结构的1:7H相，其晶带轴为[1-1-1]方向。结晶B区域存在明显的片状相，电子衍射斑点显示其为Th2Zm7型结构的2:17R相和Th2Nin型结构2:17H相，由于2:17H相的衍射斑点很弱，其含量较少，其片状相可能为2:17H相。另外，2:17R相的(-101)，(-102)，(-201)，(-202)和(-204)斑点都明显被拉长，这说明这些晶面存在大量面缺陷，SP无序的2:17R相。另外由于Co-Co哑铃型结构对随机取代0&&15型3111(:05中部分的Sm原子则形成了 TbCm型结构，若该取代为完全有序取代则形成Th2Zrm型结构或者Th2Nin型结构，如该取代为部分有序则可能形成含有许多面缺陷的2:17R。可见，B区域为部分有序2:17R相和少量2:17H相的混合体。
[0017]XRD图谱也表明，z = 7.60磁体XRD图显示出明显的两相特征，2:17R相和1: 7H相都是在1:5相的基础上衍生而来，两者的许多晶面间距都非常相近，所以很多晶面衍射峰重叠在一起，但仍有些晶面的面间距存在较大的差别，因此在XRD图谱上的某些衍射峰位置出现了明显分峰现象。由于代表(204)2:17R晶面的(-204)衍射斑点出现了拉长，即(204)2:17R晶面存在许多面缺陷，这将导致XRD中(204)2:17R晶面衍射峰的弱化，故而在其XRD图谱上(204)2:17R晶面衍射峰很弱。(204)2:17R晶面衍射峰的高低在一定程度上反应了Th2Zni7型结构2:17R相的有序化程度，当(204)2:m晶面衍射峰完全消失时，物相为完全无序取代的2:17相，即为1: 7H相。当z增加到7.84时，磁体表现出1: 7H相的特征，可见，提高z值即降低Sm含量可有效的抑制相分离，从而获得单一的1:7H相固溶体。但当z值近一步升高到8.06时，合金成分偏向2:17的化学计量比，此时固溶态磁体由于Sm含量过低而难以形成均匀的1:7H相；另外，由于速冷的原因，固溶态磁体形成部分有序的2:17R相，在XRD图谱上表现出(204)2: m晶面衍射峰的弱化，但此时2:17R相的有序度明显大于z = 7.60固溶态磁体中的2:17R相。可见Sm含量过低也不利于均匀1: 7H相固溶体的形成。
[0018]本发明公开的高性能SmCo永磁体的一种改进，结晶B中2:17R相是沿ABCABC的方式堆垛的。
[0019]本发明公开的高性能SmCo永磁体的一种改进，结晶B中2:17H相是沿ABAB的方式堆垛的。
[0020]本方案中，采用1190°C_1220°C的烧结温度，主要是基于如下考虑，高温烧结(>1210°C)虽然略微提高了磁体的剩磁和矫顽力，但明显恶化了磁体的方向度，由图可知，方形度在烧结温度为1200°C以上时明显恶化，方向度的恶化可能是Sm挥发造成微观结构不均匀的结果。结合剩磁、矫顽力和方形度的情况，合适的烧结温度应该为1200°C。
[0021 ]本发明公开的高性能SmCo永磁体，其性能均不低于以下检测值:
[0022]l)BH(max)> 30MG0e；
[0023]2)Br>llKGs；
[0024]3)Hcj > 16K0e；
[0025]4)200°C工作温度下，剩磁温度系数2 _4.5%%/°C。
[0026]本发明方案中，磁体的剩磁随z值的升高而增加，矫顽力随z值的增加先增高后降低，最大磁能积受两者影响表现出一个先增后降的趋势。剩磁的单调增加可能是钐含量降低和取向度提高的结果，钐含量降低将增加时效后2:17R相的比例，取向度提高是由于形成了均匀的单一物相，导致剩磁提高。由于在过高和过低的钐含量下都形成了部分无序的2:17R相，破坏了胞状组织结构的均匀一致性，从而恶化了磁体矫顽力。
【附图说明】
[0027]图1、本发明公开的高性能SmCo永磁体的固溶态磁体的SEM图