专利名称：一种稀土永磁合金纳米片状粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种制备稀土永磁合金纳米片状粉体的方法，特别是通过表面活性剂辅助高能球磨来制备稀土永磁合金纳米片状粉体的方法，本发明还涉及由此方法制备的稀土永磁合金纳米片状粉体。
背景技术：
稀土永磁作为一种高性能功能材料，已广泛应用到 能源、交通、机械、医疗、IT、家电等领域，成为高新技术产业的基础。目前，绝大多数的稀土永磁材料产品都是采用粉末冶金工艺进行生产。其主要制粉工艺步骤是合金制备一预制粉末一粉末精磨，即真空感应熔炼合金原料，浇铸成块状铸锭；然后于氮气气氛中，用高能锤式粉碎机进行破碎，直至原料的粒子直径小于500 iim为止。Nd-Fe-B合金也可以采用氢爆工艺破碎。对于破碎后的粉料精磨，传统的方法是在惰性气体保护下装入装有有机液体例如环乙烷的特制球磨机中进行球磨，或者采用气流磨装置进行干磨。如此制备得到的是颗粒状粉末，为等轴的各项同性的粉末颗粒，性能难以进一步提闻。本发明提供了一种通过表面活性剂辅助高能球磨来制备稀土永磁纳米片状粉体的方法，可以获得具有高各向异性、高矫顽力、性能优异的稀土永磁纳米片状粉体。
发明内容
本发明提供了一种制备稀土永磁合金纳米片状粉体的方法，是通过表面活性剂辅助高能球磨来进行，包括如下步骤(I)将稀土永磁合金锭子破碎,至其粒径小于200 V- m ；(2)将适合的球磨介质加满球磨罐，用钢球作为磨球，加入辅助球磨的表面活性齐U，在高能球磨机中将混合料进行球磨，获得具有纳米晶微观结构的纳米片状粉体；其中，所述表面活性剂选自油酸、油胺、三辛胺、己酸、或它们的混合物；(3)过滤出去球磨介质，将所得粉体进行干燥处理。在本发明的制备方法的步骤(3)之后，部分表面活性剂留在球磨介质溶剂中，通过过滤而除去，部分表面活性剂留在片状粉体表面，起到一定程度的保护、防氧化的作用。高能球磨过程中所用电机转速例如可以1200-1500转/分(rpm),优选1425rpm,高能球磨时间为1-10小时。其中，所述球磨用钢球为三种不同粒径的钢球，例如GCr 15钢球，其粒径优选分别为(p4mm、(p8mm> (pl2mm。球磨用的钢球与稀土永磁合金原料的重量比为10 1-30 1，进行球磨时三种不同粒径的钢球一起使用。可以使用的球磨介质选自能溶解所用的表面活性剂的非极性溶剂，例如庚烷或己烷。所用庚烷或己烷的纯度优选为99. 8以上。所述表面活性剂的加入量为2 100重量份，以合金粉末重量为基础。本发明的制备稀土永磁合金纳米片状粉体方法适用于例如SmCo5、PrCo5, Nd-Fe-B等稀土永磁合金，特别是SmCo5永磁合金。本发明通过表面活性剂辅助高能球磨，制备了一种具有取向织构的稀土永磁合金纳米片状合金粉体。本发明的纳米晶微观结构片状合金粉体在保持原有优越性的基础上，具有高各向异性和高矫顽力。例如，在各向异性方面，得到的SmCo5片状粉体的易磁化轴垂直于片表面，Nd-Fe-B片状粉体的易磁化轴平行片表面；在矫顽力方面，例如SmCo5球磨15分钟达到10. 5k0e，球磨5小时达到20. 5k0e。本发明还涉及通过所述表面活性剂辅助高能球磨方法制备的稀土永磁纳米片状粉体。根据本发明方法所得到的稀土永磁纳米片状粉体优选为SmCo5稀土永磁纳米片状粉体。根据本发明方法得到的片状粉体材料具有纳米晶微结构，该片状材料厚度约5-210nm,宽度约0. 2-13 u m,晶粒尺寸为9_21nm。所述材料具有高的各向异性和高矫顽力。 所述材料具有001取向织构。例如，SmCo5的矫顽力通常为10. 5k0e-20. 5k0e。本发明的方法不仅可以改变稀土永磁材料的形貌和性能，还可进一步提高其矫顽力，获得各向异性的纳米片状粉体。所得纳米片状粉末例如可通过热压法和放电等离子烧结技术制成层片结构的永磁体，用于伺服电机、泵联接器和传感器等，在交换耦合双相硬/软纳米复合磁体方面也具有广阔的应用前景。附图
简述图I是实施例4中10重量％油胺作为表面活性剂的情况下高能球磨5小时所得的SmCo5纳米片状粉体在扫描电镜下观察到的形貌照片。图2是实施例I中以15重量％己酸作为表面活性剂的情况下高能球磨5小时所得的SmCo5的高分辨透射电镜照片。图3是实施例I中以15重量％己酸作为表面活性剂的情况下高能球磨5小时所得的SmCo5纳米片状粉体在扫描电镜下观察到的形貌照片。
具体实施例方式以下结合实例进一步示例性地详细说明本发明。实施例I :在SPEX8000M型球磨机的高能球磨罐中放入5g SmCo5稀土永磁合金，以相比于稀土永磁合金原料为10 : I的重量比放入<p4mm、f8mm、f 12mm三种不同粒径的球磨钢球，加入以稀土永磁合金原料重量为基准15重量份的己酸作为表面活性剂，加入庚烷作为球磨介质，密封后装到球磨机上，以1425rpm的电机转速进行高能球磨2小时,得到SmCo5稀土永磁纳米片状粉体，用振动样品磁强计测定其矫顽力He为17. 2k0e，饱和磁化强度Ms为75. lemu. g'该纳米片状粉体具有垂直于纳米片表面的
取向织构。其晶粒尺寸为21nm,片厚度约210nm。实施例2 在SPEX8000M型球磨机的高能球磨罐中放入5g PrCo5稀土永磁合金，以相比于该稀土永磁合金原料为10 : I的重量比放入(p4mm、(p8mm、(pl2mm三种不同粒径的球磨钢球，加入以稀土永磁合金原料重量为基准15重量份的油酸作为表面活性剂，加入庚烧作为球磨介质，密封后装到球磨机上，以1425rpm的电机转速进行高能球磨4小时,得到PrCo5稀土永磁纳米片状粉体,测定其矫顽力He为5. 5k0e,饱和磁化强度札为65. 3emu. g'该纳米片状粉体具有垂直于纳米片表面的
取向织构。其晶粒尺寸为20nm，片厚度约160nmo实施例3 在SPEX8000M型球磨机的高能球磨罐中放入5g SmCo5稀土永磁合金，以相比于该稀土永磁合金原料为10 : I的重量比放入(p4mrn、(p8mm、<pl2mrn三种不同粒径的球磨钢球，加入以稀土永磁合金原料重量为基准100重量份的三辛胺作为表面活性剂，力口入庚烧作为球磨介质，密封后装到球磨机上，以1425rpm的电机转速进行高能球磨I. 5小时，得到SmCo5稀土永磁纳米片状粉体，测定其矫顽力He为17. 3k0e,饱和磁化强度Ms为76. 5emu. g'该纳米片状粉体具有垂直于纳米片表面的
取向织构。其晶粒尺寸为21nm,片厚度约210nm。
实施例4 在SPEX8000M型球磨机的高能球磨罐中放入5g Nd2Fe14B永磁合金，以相比于该稀土永磁合金原料为30 : I的重量比放入(p4mm、三种不同粒径的球磨钢球，加入以稀土永磁合金原料重量为基准15重量份的油胺作为表面活性剂，加入庚烧作为球磨介质，密封后装到球磨机上，以1425rpm的电机转速进行高能球磨4小时,得到Nd2Fe14B稀土永磁纳米片状粉体，测定其矫顽力He为3. IkOe，饱和磁化强度Ms为76. 8emu.g'该纳米片状粉体具有纳米片面内
取向织构。其晶粒尺寸为14nm，片厚度约150nm。实施例5 在SPEX8000M型球磨机的高能球磨罐中放入5g SmCo5永磁合金，以相比于该稀土永磁合金原料为10 : I的重量比放入(p4mra、<p8mm、fl2mm三种不同粒径的球磨钢球，加入以稀土永磁合金原料重量为基准2重量份的油酸作为表面活性剂，加入己烷作为球磨介质，密封后装到球磨机上，以1425rpm的电机转速进行高能球磨10小时,得到SmCo5稀土永磁纳米片状粉体，测定其矫顽力He为20. IkOe,饱和磁化强度Ms为56. 2emu.g1。该纳米片状粉体具有垂直于纳米片表面的
取向织构。其晶粒尺寸为IOnm,片厚度约40nm。由上述可见，通过本发明的表面活性剂辅助高能球磨方法制备的稀土永磁纳米片状粉体，在保持原有结构和优越性的基础上，具有各向异和高的矫顽力。以上实施例仅用于示例性地说明本发明，并不构成对本发明的任何限制。任何在本发明精神范围内的变化和改变，均落入本发明的范围。
权利要求
1.一种制备稀土永磁合金纳米片状粉体的方法，包括如下步骤 (1)将稀土永磁合金锭子破碎，至其粒径小于200y m ; (2)将适合的球磨介质加满球磨罐，用钢球作为磨球，加入辅助球磨的表面活性剂，在高能球磨机中将混合料进行球磨，获得具有纳米晶微观结构的纳米片状粉体；其中，所述表面活性剂选自油酸、油胺、三辛胺、己酸、或它们的混合物； (3)过滤除去球磨介质，将所得粉体进行干燥处理。
2.如权利要求I所述的方法，其中球磨用钢球与稀土永磁合金原料的重量比为10:1-30:1。
3.如权利要求I或2所述的方法，其中所述球磨用钢球为三种不同粒径的钢球，其粒径分别为(p4nim、(p8mm、<pl2mm。
4.如权利要求I所述的方法，其中高能球磨过程所用电机转速为1200-1500rpm,优选为1425rpm ;高能球磨时间为I 一 10小时。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述球磨介质选自能溶解所用的表面活性剂的非极性溶剂，例如庚烷或己烷。
6.如权利要求I所述的方法，其中表面活性剂的加入量为2 100重量份，以合金粉末重量为基础。。
7.根据上述权利要求1-6中任一项所述的方法制备的稀土永磁合金纳米片状粉体。
8.根据权利要求7所述的稀土永磁合金纳米片状粉体，其中所述稀土永磁合金纳米片状粉体为SmCo5粉体。
9.根据权利要求7或8所述的稀土永磁合金纳米片状粉体，其中所述片状粉体为各向异性的。
10.根据权利要求7或8中任一项所述的稀土永磁合金纳米片状粉体，其中所述片状粉体厚度为5-210nm，宽度为0. 2-13 u m,晶粒尺寸为9_21nm。
全文摘要
本发明公开了一种制备稀土永磁合金纳米片状粉体的方法，步骤如下(1)将稀土永磁合金锭子破碎至粒径小于200μm；(2)将适合的球磨介质加满球磨罐，用钢球作为磨球，加入辅助球磨的表面活性剂，在高能球磨机中将混合料进行球磨，获得具有纳米晶微观结构的纳米片状粉体；(3)过滤除去球磨介质，将所得粉体进行干燥。本发明的方法不仅可改变合金粉体的形貌和性能，还能获得具有高矫顽力和高各向异性的纳米片状粉体。所得纳米片状粉末可用于伺服电机、泵联接器和传感器等，在双相硬/软纳米复合磁体方面也有广阔的应用前景。
文档编号B22F9/04GK102784920SQ20121025036
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者赵立新, 郑立允 申请人:河北工程大学