用于制备金属粉末的方法和金属粉末与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0148269号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

本发明涉及用于制备金属粉末的方法和金属粉末。更具体地，本发明涉及用于制备基于nd2fe14b的合金粉末的方法和基于nd2fe14b的合金粉末。

背景技术：

基于ndfeb的磁体是具有nd2fe14b(nd(稀土元素)、铁和硼(b)的化合物)组成的永磁体，自从1983年被开发以来，其已被用作通用永磁体30年。这样的基于ndfeb的磁体被用于各种领域，例如电子信息领域、汽车工业领域、医疗设备领域、能源领域和运输领域。特别地，根据近来轻量化和小型化的趋势，其被用于各种产品，例如机床、电子信息装置、家用电器、移动电话、机器人电动机、风力发电机、汽车用小型电动机和驱动电动机。

已知通常通过基于金属粉末冶金的带铸造/模铸造法或熔融纺丝法制备基于ndfeb的磁体。带铸造/模铸造法包括以下过程：通过加热使金属例如nd、铁或硼(b)熔融以制备铸块，将颗粒粗粉碎，以及通过精制过程制备微颗粒。重复该过程以获得粉末，然后使其在磁场下经历压制和烧结过程以生产各向异性烧结的磁体。

熔融纺丝法是这样的方法：使金属元素熔融，然后将其倒入高速旋转的轮中，对其进行淬火，并对其进行喷射研磨，然后将其与聚合物共混以形成粘结磁体或者对其进行压制以制备磁体。

然而，这些方法必然需要粉碎过程，需要长时间来进行粉碎，并且需要包覆经粉碎的粉末的表面的过程。

技术实现要素：

技术问题

本公开内容致力于提供用于制备金属粉末的方法以及在其表面上可以具有氟化物绝缘膜的金属粉末，在所述方法中可以省略粉碎过程。更具体地，本发明致力于提供用于制备基于nd2fe14b的合金粉末的方法，以及在其表面上设置有氟化物绝缘膜的基于nd2fe14b的合金粉末。

技术方案

本发明的一个示例性实施方案提供了用于制备金属粉末的方法，其包括：通过将第1族元素的氟化物、第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物、氧化钕、硼、铁和还原剂混合来制备混合物；以及将混合物加热至800℃至1100℃的温度。

将混合物加热至800℃至1100℃的温度可以在惰性气体气氛下进行30分钟至6小时。

所制备的金属粉末可以为nd2fe14b。

所制备的金属粉末的尺寸可以为0.5μm至10μm。

第1族元素的氟化物可以为naf、lif、kf和rbf中的至少一种。

第2族元素的氟化物可以为caf2、mgf2、srf2、baf2和raf2中的至少一种。

过渡金属氟化物可以为alf3、cof2、crf3、fef2、nif2和zrf4中的至少一种。

还原剂可以为钙、氢化钙和碳化钙中的至少一种。

第1族元素的氟化物和第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物的总含量，可以为最终制备的金属粉末的1重量％至5重量％。

金属粉末的表面上可以形成有氟化物绝缘膜。

用于制备金属粉末的方法还可以包括在通过将第1族元素的氟化物、第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物、氧化钕、硼、铁和还原剂混合来制备混合物与将混合物加热至800℃至1100℃的温度之间对混合物进行模制以制备模制体，其中经加热的混合物可以为模制体。

用于制备金属粉末的方法还可以包括在将混合物加热至800℃至1100℃的温度之后将模制体粉碎。

根据本发明的一个示例性实施方案的金属粉末可以通过以下过程制备：通过将第1族元素的氟化物、第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物、氧化钕、硼、铁和还原剂混合来制备混合物；以及将混合物加热至800℃至1100℃的温度。

本发明的另一个示例性实施方案提供了包含nd2fe14b的金属粉末，其中其尺寸可以为0.5μm至10μm，并且其表面上可以设置有氟化物绝缘膜。

氟化物绝缘膜可以为第1族元素的氟化物、第2族元素的氟化物、过渡金属氟化物和ndf3中的至少一种。

有益效果

根据本发明的示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法，可以省略粉碎过程和表面处理过程，这是经济的。此外，由于根据本实施方案的示例性实施方案的金属粉末在其表面上设置有氟化物绝缘膜，因此可以防止金属粉末的团聚并改善耐腐蚀性和电阻。当将具有改善的电阻的金属粉末应用于电动机时，可以减少电动机中产生的热，从而提高电动机效率。

附图说明

图1示出了根据实施例1制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像和x射线衍射图案。

图2示出了根据实施例2制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像和x射线衍射图案。

图3示出了根据实施例3制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像和x射线衍射图案。

图4示出了根据实施例4制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像。

图5示出了根据实施例5制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像。

图6示出了根据实施例6制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像。

图7示出了根据实施例7制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像。

图8示出了根据实施例8制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像。

图9示出了根据实施例9制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像。

图10示出了根据比较例1制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像。

图11示出了根据比较例2制备的基于nd2fe14b的合金粉末的扫描电子显微镜图像。

具体实施方式

在下文中，将详细地描述根据本公开内容的一个示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法。根据本示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法可以为用于制备nd2fe14b金属粉末的方法。即，根据本示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法可以为用于制备基于nd2fe14b的合金粉末的方法。nd2fe14b合金粉末被称为钕磁体，其为永磁体。

根据本公开内容的用于制备金属粉末的方法包括：通过将第1族元素的氟化物和第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物与氧化钕、硼、铁和还原剂混合来制备混合物，以及将混合物加热至800℃至1100℃的温度。根据本公开内容的金属粉末通过以下过程形成：将第1族元素的氟化物和第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物与原料混合，然后通过还原扩散法处理经混合的材料，然而，不另外需要粉碎过程(例如粗粉碎过程、氢粉碎过程或喷射研磨过程)或表面处理过程。

现在，将详细地描述所述方法的每个过程。

首先，将描述通过将第1族元素的氟化物和第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物与氧化钕、硼、铁和还原剂混合来制备混合物。还原剂可以为钙、氢化钙和碳化钙中的至少一种。氟化物，即第1族元素的氟化物和第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物，在混合物中用作绝缘体。因此，当原料颗粒例如氧化钕、硼、铁和还原剂彼此反应以形成粉末时，可以在颗粒的表面上形成氟化物绝缘膜，并且可以控制合成有作为副产物而形成的cao的颗粒的尺寸。

第1族元素的氟化物可以为naf、lif、kf和rbf中的至少一种。此外，第2族元素的氟化物可以为caf2、mgf2、srf2、baf2和raf2中的至少一种，过渡金属氟化物可以为alf3、cof2、crf3、fef2、nif2和zrf4中的至少一种。然而，本发明不限于此，并且可以使用任何第1族元素的氟化物、以及任何第2族元素的氟化物或任何过渡金属氟化物而没有限制。此外，本发明不限于单一材料，并且可以使用包含第1族元素的氟化物、第2族元素的氟化物和过渡金属氟化物中的全部或一些的混合物。

当使用过渡金属氟化物时，容易控制在与其反应的过程期间合成的基于ndfeb的粉末的颗粒尺寸，并且还可以控制基于ndfeb的粉末的团聚。此外，过渡金属氟化物包覆在基于ndfeb的粉末的表面上，并且其掺杂(5％以内)在ndfeb柱状颗粒中，因此可以改善耐腐蚀性和物理特性例如矫顽力、剩余磁化密度和居里温度。

第1族元素的氟化物和第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物的含量可以为最终制备的金属粉末的1重量％至10重量％。更优选地，其可以为最终制备的金属粉末的2重量％。即，第1族元素的氟化物和第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物的含量可以根据最终制备的金属粉末的重量而变化。

混合物中氧化钕、硼和铁的摩尔比可以为1:14:1至1.5:14:1。氧化钕、硼和铁是用于制备nd2fe14b金属粉末的原料，并且当满足所述摩尔比时，可以高产率地生产nd2fe14b合金粉末。当摩尔比为1:14:1或更小时，nd2fe14b柱状组合物发生变化，或者可能无法形成富nd晶界相；当摩尔比为1.5:14:1或更大时，由于过量的nd而留下还原的nd，并且在后处理过程中剩余的nd可能变为nd(oh)3或ndh2。

接下来，将混合物加热至800℃至1100℃的温度。这样的加热可以在惰性气体气氛中进行30分钟至6小时。当加热时间为30分钟或更短时，可能无法充分合成金属粉末；当加热时间为6小时或更长时，金属粉末粗化并且一次颗粒可能团聚。

因此，所制备的金属粉末可以为nd2fe14b。所制备的金属粉末的尺寸可以为0.5μm至10μm。或者，根据一些示例性实施方案制备的金属粉末的尺寸可以为0.5μm至5μm。

即，通过将原料加热至800℃至1100℃的温度来形成nd2fe14b合金粉末，并且其作为钕磁体表现出优异的磁特性。通常，为了形成nd2fe14b合金粉末，使原料在1500℃至2000℃的高温下熔融，然后淬火以形成原料块，并将原料块粗粉碎和氢粉碎以获得nd2fe14b合金粉末。

然而，所述方法需要高温来使原料熔融，并且需要用于使原料冷却然后将其粉碎的过程，因此过程时间长并且过程复杂。此外，需要单独的表面处理过程来增强和改善经粗粉碎的nd2fe14b合金粉末的耐腐蚀性和电阻。

然而，在根据本示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法中，将原料和氟化物，即原料和第1族元素的氟化物、和第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物混合，并且通过使原料在800℃至1100℃的温度下还原和扩散来形成nd2fe14b合金粉末。在这种情况下，由于合金粉末形成为数微米的尺寸，因此不需要单独的粉碎过程。更具体地，本示例性实施方案中制备的金属粉末的尺寸可以为0.5μm至10μm。特别地，通过控制用作原料的铁粉末的尺寸，可以控制待制备的合金粉末的尺寸。

此外，在根据本示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法中，由于混合物包含第1族元素的氟化物和第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物，因此最终制备的nd2fe14b金属粉末的表面可以包覆有氟化物绝缘膜。因此，不需要单独的表面处理过程。即，根据本示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法不需要比常规方法更高的温度，不需要单独的粉碎过程，并且可以省略表面处理过程，因此是经济的。

然而，根据本公开内容的用于制备金属粉末的方法可以包括使混合物形成为模制体，然后将模制体粉碎。即，根据另一个示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法可以包括：通过将第1族元素的氟化物和第2族元素的氟化物或过渡金属氟化物与氧化钕、硼、铁和还原剂混合来制备混合物；通过对混合物进行模制形成模制体；将模制体加热至800℃至1100℃的温度；以及将经加热的模制体粉碎。还原剂可以为钙、氢化钙和碳化钙中的至少一种。此外，所述方法还可以包括用弱酸水溶液(例如乙酸或乙酸铵)除去作为在制备过程中产生的副产物的氧化钙。根据本示例性实施方案的制备方法与根据前述示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法相同，不同之处在于将混合物模制为模制体，然后再粉碎。将省略对相同构成要素的详细描述。

由于根据本示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法使混合物成为模制体，因此在合成过程期间可以进行均匀的还原扩散反应。此外，在根据本示例性实施方案的用于制备金属粉末的方法中，模制体的粉碎比熔体块的粉碎简单得多。此外，在根据一些示例性实施方案的制备方法中，可以通过将原料混合，然后在不进行模制的情况下使粉末形式的混合物硬化，然后在非氧化条件下对其进行加热来制备合金粉末。

在下文中，将描述根据示例性实施方案的金属粉末。可以通过上述制备方法来制备根据本示例性实施方案的金属粉末。根据本示例性实施方案的金属粉末可以包括nd2fe14b，其尺寸可以为0.5μm至10μm，并且其表面上可以包覆有氟化物绝缘膜。氟化物绝缘膜可以为第1族元素的氟化物、第2族元素的氟化物、过渡金属氟化物和ndf3中的至少一种。

在下文中，将参照具体实施例来描述根据本公开内容的用于制备金属粉末的方法。

实施例1

将0.2053gcaf2(基于产物的2重量％)、3.4299gnd2o3、0.1000gb、7.2299gfe和1.8345gca均匀混合，并模制成直径为约1cm的圆柱形。将经模制的混合物在管式炉中在惰性气体(ar、he)气氛中在950℃的温度下热处理6小时。然后，在变为真空气氛条件之后，将经模制的混合物处理约1小时，以通过将其移动至蒸气状态的低温区域来分离未反应的ca。

在反应完成之后，将模制产物用研钵研磨以获得粉末，并用乙酸铵水溶液除去cao副产物。接下来，将粉末用丙酮洗涤，然后真空干燥以获得nd2fe14b金属粉末。

所制备的金属粉末的扫描电子显微镜图像和x射线衍射图案示于图1中。

实施例2

以与实施例1中相同的方法制备nd2fe14b金属粉末，不同之处在于使用相同重量的mgf2代替0.2053gcaf2(基于产物的2重量％)。所制备的金属粉末的扫描电子显微镜图像和x射线衍射图案示于图2中。

实施例3

以与实施例1中相同的方法制备nd2fe14b金属粉末，不同之处在于使用相同重量的kf代替0.2053gcaf2(基于产物的2重量％)并使经模制的混合物在900℃下反应6小时。所制备的金属粉末的扫描电子显微镜图像和x射线衍射图案示于图3中。

实施例4

以与实施例1中相同的方法制备nd2fe14b金属粉末，不同之处在于包含caf2和kf的0.2053g混合物代替0.2053gcaf2(基于产物的2重量％)并使经模制的混合物在900℃下反应6小时。所制备的金属粉末的扫描电子显微镜图像示于图4中。

实施例5

将0.2053gcaf2(基于产物的2重量％)、3.4299gnd2o3、0.1000gb、7.2299gfe、1.8345gca和0.1113gmg均匀混合，然后模制成直径为约1cm的圆柱形。之后，以与实施例1中相同的方法制备nd2fe14b金属粉末。所制备的金属粉末的扫描电子显微镜图像示于图5中。

参照实施例1至5，确定根据各个实施例制备的nd2fe14b金属粉末即使未经历单独的粉碎过程也具有数微米的尺寸。

实施例6

以与实施例1中相同的方法制备nd2fe14b金属粉末，而将caf2的含量变为基于产物的5重量％、10重量％和30重量％。结果示于图6中。参照图6，随着caf2的含量增加，确定金属粉末的颗粒粗化。

即，当caf2的含量大于10重量％时，确定金属粉末的颗粒尺寸不是优选的，因为其为5μm或更大。

实施例7

以与实施例1中相同的方法制备nd2fe14b金属粉末，不同之处在于包含0.1506gzrf4代替0.2053gcaf2(基于产物的2重量％)并使经模制的混合物在950℃下反应6小时。所制备的金属粉末的扫描电子显微镜图像示于图7中。

实施例8

以与实施例1中相同的方法制备nd2fe14b金属粉末，不同之处在于包含0.1553galf3代替0.2053gcaf2(基于产物的2重量％)并使经模制的混合物在950℃下反应6小时。所制备的金属粉末的扫描电子显微镜图像示于图8中。

实施例9

以与实施例1中相同的方法制备nd2fe14b金属粉末，不同之处在于包含0.2053gcof3代替0.2053gcaf2(基于产物的2重量％)并使经模制的混合物在950℃下反应6小时。所制备的金属粉末的扫描电子显微镜图像示于图9中。

比较例1

将0.2053gcacl2(基于产物的2重量％)、3.4299gnd2o3、0.1000gb、7.2299gfe和1.8345gca依次均匀混合，并模制成直径为约1cm的圆柱形。将经模制的混合物在管式炉中在惰性气体(ar、he)气氛中在950℃的温度下热处理6小时。在反应完成之后，将模制产物用研钵研磨以获得粉末，用水和乙酸的水溶液除去cao副产物。接下来，将粉末用丙酮洗涤，然后真空干燥以获得nd2fe14b金属粉末。所制备的金属粉末的扫描电子显微镜图像示于图10中。作为结果，发生了oswald熟化并且确定金属粉末的颗粒粗化为具有等于或大于5μm的尺寸。即，由于根据本比较例的用于制备金属粉末的方法不包含第1族或第2族元素的氟化物，可以确定金属粉末未如本发明中一样形成为0.5μm至5μm的尺寸。

比较例2

将3.4299gnd2o3、0.1000gb和7.2299gfe依次均匀混合，并模制成直径为约1cm的圆柱形。将经模制的混合物在管式炉中在惰性气体(ar、he)气氛中在950℃的温度下热处理2小时。在热处理之后，将烧结的圆柱体粉碎，然后在手套箱中与1.8345gca均匀混合以模制成直径为约1cm的圆柱形。将经模制的混合物在管式炉中在950℃下热处理6小时。在反应完成之后，将模制产物用研钵研磨以获得粉末，并用水和乙酸的水溶液除去cao副产物。接下来，将粉末用丙酮洗涤，然后真空干燥以获得nd2fe14b金属粉末。所制备的金属粉末的扫描电子显微镜图像示于图11中。作为结果，确定金属粉末之间发生团聚。即，金属粉末聚集在一起以形成粗块。由于根据比较例2的用于制备金属粉末的方法不包含第1族或第2族元素的氟化物，可以确定金属粉末未如本发明中一样形成为0.5μm至5μm的尺寸。

如上所述，其中混合有第1族或第2族元素的氟化物的根据本公开内容的用于制备金属粉末的方法不需要比常规方法更高的温度，不需要单独的粉碎过程并且可以省略表面处理过程，因此是经济的。此外，由于根据本公开内容的金属粉末的表面上包覆有氟化物绝缘膜，因此可以控制金属粉末的颗粒尺寸以抑制其聚集，并改善耐腐蚀性和电阻。

虽然已经结合目前被认为是实用的示例性实施方案描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的实施方案，而是相反地，旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。