一种钕铁氮磷永磁材料及制备方法
【专利摘要】本发明提供一种钕铁氮磷永磁材料及制备方法，该合金薄带材料具有高的剩余磁感应强度。该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料中成分的重量百分含量为：Sc?0.3-0.6％，Zr?1-3％，Si?1-5％，Ce?0.1-0.2％，Lu?0.1-0.2％，Ge?0.1-0.3％，V?0.8-1.6％，N?0.1-0.2％，C?0.1-0.2％，B?1-2％，Nd?22-25％，Pb?0.7％～0.9％，P?0.5％～1.15％，其余为Fe。
【专利说明】一种钕铁氮磷永磁材料及制备方法
[0001]【技术领域】:
本发明属于金属材料领域，涉及一种钕铁氮磷永磁材料及制备方法。
[0002]【背景技术】:
CN201210380046.1号申请提供了一种高致密度细晶烧结钕铁硼的制备方法，其生产方法包括:母合金冶炼浇铸制成速凝薄带，通过氢破气流磨制粉，并取向压型后，通过热等静压烧结致密化，最后经过回火处理，得到产品。该方法中，通过在烧结过程中施加不低于0.5MPa的气体压力，不仅使磁体致密度增加，而且可以降低烧结温度、缩短烧结时间，使晶粒得到明显细化，晶间富钕相分布更加均匀，从而提高磁体的剩磁和矫顽力，综合性能显著提升。但制得的材料剩磁偏低。
[0003]
【发明内容】
:
本发明针对上述技术缺陷，提供一种钕铁氮磷永磁材料，该合金薄带材料具有高的剩余磁感应强度。
[0004]本发明的另一目的是提供上述钕铁氮磷永磁材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种钕铁氮磷永磁材料，该材料中成分的重量百分含量为=Sc 0.3-0.6%, Zrl-3%，Si 1-5%, Ce 0.1-0.2%, Lu 0.1-0.2%, Ge 0.1-0.3%, V 0.8-1.6%, N 0.1-0.2%, C0.l-0.2%, B 1-2%, Nd 22-25%, Pb 0.7%~ 0.9%, P 0.5%~ 1.15%，其余为 Fe。
[0006]上述材料的制备方法包括以下步骤:
O首先按照上述上述成份进行配料，原料Sc、Zr、S1、Ce、Lu、Ge、Nd、Pb、P、Fe的纯度均大于99.9% ；P采用含P重量百分比为24%的磷铁合金形式加入'N、N、C以重量比为V:N:C=8:1:1的钒氮合金形式加入；B以含B重量百分比为24%的硼铁合金形式加入；
2)将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1550?1580°C，得到母合金锭；然后采用破碎机将母合金锭碎化成合金碎块；
3)合金碎块置于液氮中进行低温处理，处温度为_196°C，保温20?25分钟；取出放在室温条件下静置0.5?2小时；再将合金碎块放入真空度为0.05?0.0.8Pa，炉内气压为0.6?1.0atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热到250?320°C，氢碎40?60分钟后使碎块变为粗粉；
4)然后将粗粉放入气流磨中磨成细粉，气流磨制粉压力6?7atm;接着将细粉放入模具中压制成块，成型压力为0.02?0.06MPa ；
5)取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.01?0.04Pa，温度为1070?1100°C的烧结电炉内烧结，保温80?120分钟后断电，随炉自然冷却至800?900°C，再接电保温2?3h ;后再断电降温至490?500°C，再接电保温3?5h，然后随炉冷却至室温出炉，即得到钕铁氮磷永磁材料。
[0007]本发明的进一步设计在于:
步骤2)中破碎机将母合金锭碎化到3?6mm尺寸合金碎块。[0008]步骤3)中粗粉粒度为20?40微米。
[0009]步骤4)中细粉粒度为3?5微米。
[0010]本发明具有如下有益效果:
本发明材料中的Ge、Pb可以减少富Nd相与主相的湿润角，抑制主相的长大，使主相界面缺陷密度减少，反磁化畴在界面形核困难。因此提高了材料的剩磁。本发明在Fe中加入Pr和N，可形成PrFe12NX永磁主相；在Fe中加入Nd和B，可形成永磁主相Nd2Fel4B。这两个主相复合存在，强化了合金的永磁性能。
[0011]材料中的Pb、P取代部分B原子。合金材料中Ce、Lu元素进入主相。这是因为溶解于主相的元素降低了有效退磁因子和细化了主相，这些都可有效提高磁体的磁性能。Sc、Zr、C改善内禀矫顽力的原因是形成的晶粒间副相，抑制了晶粒交汇处颗粒的长大，细化了主相晶粒，因此就抑制了它们周围杂散场的增强，进而提高了内禀矫顽力。
[0012]本发明所得产品具有优异磁性能。本发明制备中所用稀有元素微量其它原料成本较低；另外制备过种中合金经过快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，保证了合金的质量。该合金制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明的制备方法中，将原料放入真空感应炉中熔炼，然后采用破碎机将母合金锭碎化到3_6mm尺寸,置于液氮中进行低温处理，再将合金碎块进行氢碎。氢碎利用稀土金属间化合物的吸氢特性，将合金置于氢气环境下，氢气沿相薄层进入合金，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂。氢碎使小块变为粗粉。本发明采用合金成分优化和深冷结合。本申请工艺的特点在于有效地使晶粒得到细化，容易得到高性能的产品。本发明的材料性能见表I。
[0013]本案技术适用于电机行业，也适合于其它电器行业。
[0014]【专利附图】
【附图说明】:
图1为本发明实施例一制备的钕铁氮磷永磁材料。
[0015]由图1可见，该材料的组织均匀致密。
[0016]【具体实施方式】:
实施例一:
本发明钕铁氮磷永磁材料，的制备方法包括以下步骤:
1)首先按照重量百分含量为:Sc0.3%, Zr 1% , Si 1% , Ce 0.%, Lu 0.1%, Ge0.1% , V 0.8%，N 0.1%，C 0.1% ,B 1%，Nd 22% ,Pb 0.7%，P 0.5% ,其余为 Fe 进行配料，原料Sc、Zr、S1、Ce、Lu、Ge、Nd、Pb、P、Fe的纯度均大于99.9% ；P采用含P重量百分比为24%的磷铁合金形式加入'N、N、C以重量比为V:N:C=8:1:1的钒氮合金形式加入；B以含B重量百分比为24%的硼铁合金形式加入；
2)将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1550°C，得到母合金锭；然后采用破碎机将母合金锭碎化到3?6mm尺寸合金碎块；
3)合金碎块置于液氮中进行低温处理，处温度为_196°C，保温20分钟；取出放在室温条件下静置0.5小时；再将合金碎块放入真空度为0.05Pa，炉内气压为0.6atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热到250°C，氢碎40分钟后使碎块变为粗粉，粗粉粒度为20?40微米；
利用稀土金属间化合物的吸氢特性，将钕铁硼合金置于氢气环境下，氢气沿富钕相薄层进入合金，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂。[0017]4)然后将粗粉放入气流磨中磨成细粉，用高压气流将搅拌后的粗粉吹起，通过相互之间的碰撞使力度变小，细粉粒度为3?5微米。气流磨制粉压力6atm ;接着将细粉放入模具中压制成块，成型压力为0.02MPa ；
5)取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.0lPa，温度为1070°C的烧结电炉内烧结，保温80分钟后断电，随炉自然冷却至800°C，再接电保温2h;后再断电降温至490°C，再接电保温3h，然后随炉冷却至室温出炉，即得到钕铁氮磷永磁材料。
[0018]实施例二:
本发明钕铁氮磷永磁材料，的制备方法包括以下步骤:
1)首先按照重量百分含量为:Sc0.6%, Zr 3%，Si 5% , Ce 0.2%, Lu 0.2%, Ge0.3% , V 1.6%,N 0.2%,C 0.2% ,B 2%,Nd 25% ,Pb 0.9% , P 1.15% ,其余为 Fe 进行配料，原料Sc、Zr、S1、Ce、Lu、Ge、Nd、Pb、P、Fe的纯度均大于99.9% ；P采用含P重量百分比为24%的磷铁合金形式加入'N、N、C以重量比为V:N:C=8:1:1的钒氮合金形式加入；B以含B重量百分比为24%的硼铁合金形式加入；
2)将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1580°C，得到母合金锭；然后采用破碎机将母合金锭碎化到3?6mm尺寸合金碎块；
3)合金碎块置于液氮中进行低温处理，处温度为_196°C，保温25分钟；取出放在室温条件下静置2小时；再将合金碎块放入真空度为0.0.8Pa，炉内气压为1.0atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热到320°C，氢碎60分钟后使碎块变为粗粉，粗粉粒度为20?40微米；
利用稀土金属间化合物的吸氢特性，将钕铁硼合金置于氢气环境下，氢气沿富钕相薄层进入合金，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂。
[0019]4)然后将粗粉放入气流磨中磨成细粉，用高压气流将搅拌后的粗粉吹起，通过相互之间的碰撞使力度变小，细粉粒度为3?5微米。气流磨制粉压力7atm ;接着将细粉放入模具中压制成块，成型压力为0.06MPa ；
5)取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.04Pa，温度为1100°C的烧结电炉内烧结，保温120分钟后断电，随炉自然冷却至900°C，再接电保温3h;后再断电降温至500°C，再接电保温5h，然后随炉冷却至室温出炉，即得到钕铁氮磷永磁材料。
[0020]实施例三:
本发明钕铁氮磷永磁材料，的制备方法包括以下步骤:
1)首先按照重量百分含量为:Sc0.5%,Zr 2% , Si 3% , Ce 0.15%,Lu 0.15%,Ge0.2% , V 1.2%, N 0.15%, C 0.15% ,B 1.5%, Nd 24% ,Pb 0.8% , P 0.8%，其余为Fe进行配料，原料Sc、Zr、S1、Ce、Lu、Ge、Nd、Pb、P、Fe的纯度均大于99.9% ；P采用含P重量百分比为24%的磷铁合金形式加入；V、N、C以重量比为V:N:C=8:1:1的钒氮合金形式加入；B以含B重量百分比为24%的硼铁合金形式加入；
2)将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1560°C，得到母合金锭；然后采用破碎机将母合金锭碎化到3?6mm尺寸合金碎块；
3)合金碎块置于液氮中进行低温处理，处温度为_196°C，保温25分钟；取出放在室温条件下静置I小时；再将合金碎块放入真空度为0.06Pa，炉内气压为0.8atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热到300°C，氢碎50分钟后使碎块变为粗粉，粗粉粒度为20?40微米；
利用稀土金属间化合物的吸氢特性，将钕铁硼合金置于氢气环境下，氢气沿富钕相薄层进入合金，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂。
[0021]4)然后将粗粉放入气流磨中磨成细粉，用高压气流将搅拌后的粗粉吹起，通过相互之间的碰撞使力度变小，细粉粒度为3~5微米。气流磨制粉压力6atm ;接着将细粉放入模具中压制成块，成型压力为0.05MPa ；
5)取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.03Pa，温度为1000°C的烧结电炉内烧结，保温100分钟后断电，随炉自然冷却至850°C，再接电保温2h;后再断电降温至500°C，再接电保温4h，然后随炉冷却至室温出炉，即得到钕铁氮磷永磁材料。
[0022]实施例四:(成份配比不在本发明设计方案内)
钕铁氮磷永磁材料中各成份按重量百分含量:Sc 0.2%, Zr 0.5% , Si 3% , Ce0.15%, Lu 0.15%, Ge 0.2% , V 0.4%, N 0.05%, C 0.05% ,B 0.5%, Nd 21% ,Pb
0.5% , P 0.4%，其余Fe进行配料，制备过程同实施例一。
[0023]实施例五:(成份配比不在本发明设计方案内)
钕铁氮磷永磁材料中各成份按重量百分含量:Sc 0.8%, Zr 4%, Si 6%, Ce 0.3%,Lu 0.3%,Ge 0.4% , V 2.4%,N 0.3%,C 0.3% ,B 3%,Nd 26% ,Pb 1.2% , P 1.3% ,其余Fe进行配料，制备过程同实施例一。
[0024]表1
【权利要求】
1.一种钕铁氮磷永磁材料，其特征是:该材料中成分的重量百分含量为:Sc0.3-0.6 %, Zr 1-3 % , Si 1-5 %, Ce 0.1-0.2 %, Lu 0.1-0.2 %, Ge 0.1-0.3 %, V0.8-1.6 %, N 0.1-0.2%, C 0.1-0.2 %, B 1-2 %，Nd 22-25 %, Pb 0.7 % ?0.9 %，P0.5%~ 1.15%，其余为 Fe。
2.权利要求1所述钕铁氮磷永磁材料的制备方法，其特征是:该方法包括以下步骤: O首先按照上述成份进行配料，原料SC、Zr、S1、Ce、Lu、Ge、Nd、Pb、P、Fe的纯度均大于99.9% ；P采用含P重量百分比为24%的磷铁合金形式加入；V、N、C以重量比为V:N:C=8:I:1的钒氮合金形式加入以含B重量百分比为24%的硼铁合金形式加入； 2)将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1550?1580°C，得到母合金锭；然后采用破碎机将母合金锭碎化成合金碎块； 3)合金碎块置于液氮中进行低温处理，处温度为_196°C，保温20?25分钟；取出放在室温条件下静置0.5?2小时；再将合金碎块放入真空度为0.05?0.0.8Pa，炉内气压为0.6?1.0atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热到250?320°C，氢碎40?60分钟后使碎块变为粗粉； 4)然后将粗粉放入气流磨中磨成细粉，气流磨制粉压力6?7atm;接着将细粉放入模具中压制成块，成型压力为0.02?0.06MPa ； 5)取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.01?0.04Pa，温度为1070?1100°C的烧结电炉内烧结，保温80?120分钟后断电，随炉自然冷却至800?900°C，再接电保温2?3h ;后再断电降温至490?500°C，再接电保温3?5h，然后随炉冷却至室温出炉，即得到钕铁氮磷永磁材料。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征是:步骤2)中破碎机将母合金锭碎化到3?6mm尺寸合金碎块。
4.根据权利要求2所述制备方法，其特征是:步骤3)中粗粉粒度为20?40微米。
5.根据权利要求2所述制备方法，其特征是:步骤4)中细粉粒度为3?5微米。
【文档编号】C22C33/04GK103871704SQ201410075568
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】赵浩峰, 王玲, 陶昭灵, 郑泽昌, 陆阳平, 何晓蕾, 潘子云, 徐小雪, 王贺强, 赵佳玉, 王冰, 邱奕婷, 柯维雄, 宋超, 谢艳春 申请人:南京信息工程大学