块状纳米晶SmCo系永磁材料的制备方法

专利名称：：块状纳米晶SmCo系永磁材料的制备方法
技术领域：
：本发明属于磁性材料
技术领域：
，具体涉及一种全致密块体SmCo系纳米晶永磁材料的制备方法。技术背景SmCo系(1:5和2:17系)稀土永磁具有优异的高温磁性能，主要用于航空、航天和军工等高温永磁领域。这类材料的制备工艺较为严格和复杂，如SmC05需要高温烧结后先慢冷、再快冷才能得到高矫顽力，工艺条件比较苛刻，处理不好则矫顽力不高；二元的Sm2Co17矫顽力很低(2K0e左右)，通过添加Fe、Cu、Zr等元素经过复杂的沉淀硬化处理后得到胞状结构，才使Sm(Co,Cu,Fe，Zrh合金获得高矫顽力。而目前的研究发现，当晶粒尺寸接近单畴粒子时材料具有最大的矫顽力。因此，只要使材料微结构纳米化，不需要复杂的工艺，材料就容易获得高矫顽力。人们已采用熔体快淬法和机械合金化法等手段制备出了纳米晶的Nd2Fe"B永磁(KnellerEF,etal.IEEE.Trans.Magn.,1991，27:3588;国际电子电气工程协会^t学专刊)和矫顽力高达5T的纳米晶SmCo5(J.Ding,etal.LAlloysCompd.，1993，191:197)等多种纳米晶永磁材料。然而，目前制备的这类材料多为薄带或者粉末，采用传统烧结工艺制备致密块体时会造成晶粒长大，矫顽力严重下降，从而显著降低i兹性能，因此只能制作成粘结磁体，这是此类永/磁材料在实用化过程中存在的一个难题。
发明内容本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种利用放电等离子烧结技术制备高致密度、晶粒组织细小(晶粒小于100纳米)、高矫顽力和使用温度高的块状SmCo系納米晶永磁材料的方法。本发明提供的块状SmCo系纳米晶永磁材料的制备方法，包括以下步骤1)将成分为SfflCo5、SnhCon和Sm(Co,Cu,Fe,Zr)7.5的合金在电弧炉中熔炼成母合金，再用熔体快淬法将母合金制成纳米晶态的快淬薄带，熔体快淬的线速度为40-50米/秒；2)将步骤1)中制备的快淬薄带，在惰性气体保护下，高能球磨5-10h,球料比为15:1，得到非晶粉末；3)将步骤2)制备的非晶粉末装入WC硬质合金模具并预压成型，压力范围10-30MPa;4)利用放电等离子烧结技术将步骤3)中经预压成型的非晶粉末进行烧结得到块状纳米晶SmCo系永/磁材料；其中，烧结温度为650-75(TC,烧结压力为300-1000MPa，升温速率为50-200°C/min,保温时间为0-10min。步骤4)中所述的块状纳米晶StnCo系永磁材料为SmCo5、Sm2Co17和Sm(Co,Cu,Fe，Zr)7.5。放电等离子烧结技术(SparkPlasmaSintering,简称SPS技术)是一种利用直流脉冲电流通电烧结的加压烧结方法(装置示意图如图1所示)。其基本原理是通过对电极通入直流脉冲电流，瞬时产生的表面活化，在加压的同时实现烧结。这种技术具有如下特点(1)烧结温度低，一般比普通烧结温度低200-300°C;(2)烧结保温时间短，只需3-10分钟；(3)烧结时可以加压力，最高可达1000MPa;(4)能获得高致密度材料；(5)可获得细小、均匀的晶粒组织。因此，采用SPS烧结方法可以在实现SmCo系粉末致密化的同时，有效的抑制材料内部的晶粒长大，乂人而保证》兹体获得纳米晶组织和理想的-兹性能。这对于进一步拓展此类材料的应用领域具有重要意义。与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果1)本发明方法所制备的永磁材料致密度达到同成分合金理论密度98%以上，很好的解决了粘结磁体密度低的问题，使磁体磁性能有大幅度提高；2)本发明方法所制备的永磁材料具有高矫顽力(见表1)和良好的高温磁性能；3)本发明方法所制备的永磁材料显微组织均匀、晶粒细小，晶粒尺寸小于IOO纳米(见图2、3、4)。图l、放电等离子烧结设备结构示意图。图2、实施例1制备的块状纳米晶SmCos永磁材料的透射电镜和选区衍射照片。图3、实施例3制备的块状纳米晶Sni2Co,7永磁材料的透射电镜和选区衍射照片。图4、实施例5制备的块状纳米晶Sm(Co,Cu，Fe,Zr)7.5永磁材料的透射电镜和选区衍射照片。图5、实施例1制备的块状纳米晶SmCo5永磁材料的磁滞回线(a)和不同温度下的退^兹曲线(b)图。图6、实施例3制备的块状纳米晶SnhCon永磁材料的磁滞回线图。图7、实施例5制备的块状纳米晶Sm(Co，Cu，Fe,Zr)7.5永磁材料的^f兹滞回线图。其中，图5至7中ji。H(T):外加磁场的大小，单位为特斯拉(T);m。Hc(T):材料矫顽力的大小，单位为特斯拉(T);4丌M(T):材料磁化强度的大小，单位为特斯拉(T);4ttMs(T):材料饱和磁化强度的大小，单位为特斯拉(T);4ttMi:(T):材料剩余-兹化强度的大小，单位为特斯拉(T)。以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。具体实施方式实施例11)将成分为SmCo5的合金采用电弧炉熔炼后进行熔体快淬，快淬的线速度为50米/秒；2)将快淬合金在惰性气体保护下高能球磨5h，得到非晶粉末，球料比为15:1;3)将非晶粉末装入WC硬质合金模具并预压成型，压力为10MPa;4)将预压成型的非晶粉末利用放电快速烧结技术烧结成为SmCos块体材料(性能见表l)，具体烧结工艺为在烧结压力1000MPa下，从室温以50°C/min的升温速率升温至650。C后，保温Omin。实施例21)将成分为SmC05的合金采用电弧炉熔炼后进行熔体快淬，快淬的线速度为50米/秒；2)将快淬合金在惰性气体保护下高能球磨5h,得到非晶粉末，球料比为15:1;3)将非晶粉末装入WC硬质合金模具并预压成型，压力为lOMPa;4)将预压成型的非晶粉末利用放电快速烧结技术烧结成为SmCo5块体材料(性能见表l),具体烧结工艺为在烧结压力500MPa下，从室温以5(TCAaiti的升温速率升温至70(TC后，4呆温3mm。实施例31)将成分为Sni2C(^的合金采用电弧炉熔炼后进行熔体快淬，快淬的线速度为40米/秒；2)将快淬合金在惰性气体保护下高能球磨8h,得到非晶粉末，球料比为15:1;3)将非晶粉末装入WC硬质合金模具并预压成型，压力20MPa;4)将预压成型的非晶粉末利用放电快速烧结技术烧结成为SnbC(^块体材料(性能见表l),具体烧结工艺为在烧结压力800MPa下，从室温以10(TC/min的升温速率升温至70(TC后，保温10min。实施例41)将成分为SflhC(h7的合金采用电弧炉熔炼后进行熔体快淬，快淬的线速度为40米/秒；2)将快淬合金在惰性气体保护下高能球磨8h,得到非晶粉末，球料比为15:1;3)将非晶粉末装入WC硬质合金模具并预压成型，压力20MPa;4)将预压成型的非晶粉末利用放电快速烧结技术烧结成为SrihCon块体材料(性能见表l),具体烧结工艺为在烧结压力500MPa下，从室温以100°C/min的升温速率升温至75(TC后，保温5min。实施例51)将成分为Sm(Co,Cu，Fe,Zr),5的合金采用电弧炉熔炼后进行熔体快淬，快淬的线速度为45米/秒；2)将快淬合金在惰性气体保护下高能球磨10h，得到非晶粉末，球料比为15:1;3)将非晶粉末装入WC硬质合金模具并预压成型，压力30MPa;4)将预压成型的非晶粉末利用放电快速烧结技术烧结成为Sm(Co,Cu,Fe，Zr)7.5块体材料(性能见表1)，具体烧结工艺为在烧结压力300MPa下，从室温以200°C/min的升温速率升温至75(TC后,保温5min。<table>tableseeoriginaldocumentpage0</column></row><table>表l本发明所制备的块状纳米晶SiriCo系永磁材料的性能权利要求1、一种块状纳米晶SmCo系永磁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)将成分为SmCo5、Sm2Co17和Sm(Co，Cu，Fe，Zr)7.5的合金在电弧炉中熔炼成母合金，再用熔体快淬法将母合金制成纳米晶态的快淬薄带，熔体快淬的线速度为40-50米/秒；2)将步骤1)中制备的快淬薄带，在惰性气体保护下，高能球磨5-10h，球料比为15∶1，得到非晶粉末；3)将步骤2)制备的非晶粉末装入WC硬质合金模具并预压成型，压力范围10-30MPa；4)利用放电等离子烧结技术将步骤3)中经预压成型的非晶粉末进行烧结得到块状纳米晶SmCo系永磁材料；其中，烧结温度为650-750℃，烧结压力为300-1000MPa，升温速率为50-200℃/min，保温时间为0-10min。2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述的块状纳米晶SmCo系永磁材料为SmCo5、SrrhCo"或Sm(Co，Cu，Fe,Zr)7.5。全文摘要块状纳米晶SmCo系永磁材料的制备方法属于磁性材料
技术领域：
。现有方法仅能制备粉末样品，不能制备块状纳米晶SmCo系永磁体。本发明所提供的方法是将成分为SmCo₅、Sm₂Co₁₇和Sm(Co，Cu，Fe，Zr)_7.5的合金熔炼成母合金，然后以40-50米/秒的速度快淬成纳米晶薄带；将薄带高能球磨5-10h后得到非晶粉末，将其装入模具于10-30MPa预压成型，利用SPS技术烧结得到永磁材料，烧结温度为650℃-750℃，烧结压力为300-1000MPa，升温速率为50-200℃/min，保温时间为0-10min。本发明制备的永磁材料致密度好、矫顽力高，高温磁性能良好，晶粒尺寸小于100纳米。文档编号B22F3/12GK101265529SQ20081010613公开日2008年9月17日申请日期2008年5月9日优先权日2008年5月9日发明者刘卫强,明岳,张东涛,张久兴,杨建军,刚许申请人:北京工业大学