一种烧结钐钴磁体制备方法与流程

本发明涉及一种磁体材料加工技术，特别涉及一种钐钴磁体制备方法，属于磁性材料技术领域。

背景技术：

钐钴磁体包括smco5、sm2co17特种稀土磁体，被广泛应用于航空、航天、军事电子、汽车、传感器、石油化工、磁力传动等领域。钐钴磁体具有高磁能积、高矫顽力、高剩磁、极低的温度系数(-0.030％/℃)、很高的使用温度(最高使用温度为550℃)等突出特点。使得钐钴磁体的温度稳定性、化学稳定性均远远超过钕铁硼磁体，能够更好的应用于各种恶劣环境。

现有烧结2:17型sm-co磁体主要通过粉末冶金方法制备，主要工艺流程为配料、熔炼合金、合金破碎制粉、粉末取向成型和热处理。熔炼合金、合金破碎制粉和热处理工艺等是影响钐钴磁体磁性能的关键环节，对于高品质要求的钐钴磁体必须同时确保各个工艺步骤都达到最优控制。

具体而言，通常烧结2:17型钐钴磁体熔炼合金锭，首先是进行机械粗破碎成合金颗粒，然后投入球磨罐内，加入溶剂和研磨球，球磨罐密封后转动球磨罐，研磨球的滚动碰撞使合金颗粒粉碎，获得平均粒度在2～10μm的粉末颗粒，再在磁场中进行取向成型，并进行热处理，制备烧结2:17型钐钴磁体。

其中，球磨制粉工艺，存在以下几个问题：

(1)效率低，成本高。球磨制粉效率低，最主要的问题就在于球磨过程中，每一个球磨机器设备的磨粉量有限，单个球磨机器通常只有几公斤到十几公斤的处理能力，如5kg，必须采用大量球磨机械同步进行球磨加工，才能满足生产需要。如此一来，球磨制粉工艺的效率整体表现较低，大量的设备投入，无论是管理维护，还是生产运行带来生产成本都较高。

(2)需使用易燃溶剂，存在很高的安全隐患。球磨制粉的过程中需要消耗大量的球磨用溶剂，现有生产线溶剂消耗量大，溶剂平均成本5-20元/l不等，对于制粉的成本控制非常不利。而且，溶剂通常都是易燃易爆品，装料、出料、过滤、烘干过程中部分溶剂挥发进入到空气中，有较大的安全隐患。球磨生产线必须对操作人员定期进行安全培训，并设置必要的安全岗、安全监督员、应急情况处理专员等岗位。

(3)粉末均匀性较差。球磨制备的钐钴磁体粉末原料的均匀性较差，虽然可以实现更好的粉末粒度等级，但是钐钴磁体均匀性较差。主要是因为大量球磨设备相互因为每一次装料、球磨溶剂、球磨用的大小磨球的配制等都可能存在波动变化，导致同一批次不同球磨机器加工制备的钐钴磁体粉末相互之间存在较大差异。

(4)必须配制专人专岗。球磨设备的使用需要专门的技术人员进行操作，包括球磨罐装料、加入球磨溶剂等，通常一个操作人员需要大半天的时间完成上述球磨准备工作。而且，球磨需要过夜，才能达到要求的粒度等级(节约生产时间，方便充分利用工作时间)，在次日早上同样需要操作人员将球磨设备中的产品依次倒出，过滤，烘干，然后得到的粉末原料才能进行后续的预压加工。球磨设备的加料、出料都需要专人专岗大量充分操作，导致球磨装料效率低下。

(5)工作调度安排较为困难。如上第4点所述，球磨完成以后，需要专人将物料倒出、过滤、干燥，通常在球磨投料的第二天进行上述操作。这些操作大约需要消耗半天时间，后工序预压工作必须等到粉料干燥以后才能开展。所以，现有的球磨工艺导致了钐钴磁体生产制备的工作安排变得较为困难，生产效率受到影响。

气流磨作为一种高效制粉工艺，广泛应用于nd-fe-b磁粉制备工艺中，钐钴磁体硬度较高，质地较脆，暂未见到采用气流磨进行制粉的报道。气流磨未被应用于钐钴磁体的生产加工，主要原因在于气流磨的技术成熟度不佳，特别是气流磨加工的磁体粉末粗糙度较高，影响粉末的流动性，对于粉末冶金制备钐钴磁体坯料的影响较大。即使进行尝试，也会遇到气流磨加工粉体棱角较多，钐钴合金粉末取向不佳的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中球磨制备钐钴磁体粉末原料过程中所存在的成本、均匀性、安全隐患、调度等问题，提供一种烧结钐钴磁体制备方法。本发明采用全新的气流磨加工制备钐钴磁体粉末，对于钐钴磁体的特点进行针对性优化调整，实现气流磨高效率和钐钴磁体粉末加工高品质要求的全面协调。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种烧结钐钴磁体制备方法，包括以下步骤：

(1)将烧结钐钴合金锭进行破碎，得到钐钴合金颗粒。

(2)将钐钴合金颗粒，投入氮气保护的气流磨设备中，在氮气气流吹动下，粉末颗粒相互碰撞破碎；破碎后的钐钴合金粉末，经过分级轮筛选去除粗颗粒，再经过旋风分离器筛选去除细颗粒，获得平均粒径在2～10μm的钐钴合金粉末。

(3)将钐钴合金粉末在磁场中进行取向并预压成型，然后等静压压制成型，最后在1170-1199℃烧结成型，得烧结钐钴磁体。

本发明制备烧结钐钴磁体的方法，采用气流磨代替现有技术中的球磨设备，气流磨加工过程中避免了球磨技术存在溶剂使用成本高，有安全隐患等不足，同时气流磨加工钐钴合金颗粒的时候，效率非常高，可以快速完成粉末制备，解决了现有技术中球磨加工速度慢，导致调度困难的问题。

对于气流磨加工钐钴磁体粉末的粗糙度控制，本发明将合金粉末颗粒经过分级轮筛选和旋风分离器筛选，钐钴合金粉末的平均粒径范围控制在2～10μm。如此一来，其一可以控制合金粉末粒度均匀度好，测试结果显示整体粒度一致性非常好；其二，筛选以后钐钴合金粉末在磁场中预压成型具有较好的流动性；通过两方面功效的协同，使得气流磨技术和钐钴磁体粉末冶金相互结合达到良好的精确控制意义，提高了气流磨加工钐钴磁体产品的性能表现。

经过气流磨加工处理的钐钴磁体粉末整体均匀性控制更好，同时，结合适当的合金粉末颗粒筛选，克服气流磨粉碎的合金粉末棱角影响混料的问题，使得气流磨和粉末冶金制备钐钴磁体坯料的有机结合，并且最终的磁体烧结成型温度控制一定程度上得到简化。相比于普通的球磨加工而言，本发明气流磨得到钐钴合金粉末原料更加细致，烧结过程中温度降低5-30℃，烧结以后钐钴磁体的整体性能表现得到提升。而且，由于烧结温度降低，烧结过程中的能耗略微减少，对于烧结炉的保温要求也相应的降低，使得设备使用寿命同步得到改善。

进一步，步骤2，气流磨设备采用高纯氮气保护，作为驱动气流吹动钐钴合金颗粒相互碰撞破碎。采用高纯氮气保护的效果非常好，气流磨的氧化问题得到解决，而且物料的温度控制较好，粉末冶金的效率和合金粉末局部温升得到协调，可以很好的保证最终制备粉末冶金钐钴磁体的效率和品质。

优选地，所述高纯氮气是纯度大于99.999v％的氮气。通过优化使用的高纯氮气的纯净度可以有效的控制载气中的氧含量，进而控制气流磨加工的钐钴粉末的氧含量，使得最终烧结成型的钐钴磁体中的氧含量保持在适宜的范围内，确保钐钴磁体的综合性能优良。

进一步，所述气流磨是功率为30-200kw的气流磨。选用功率相对较大的气流磨设备更有利于确保钐钴合金颗粒在气流磨中碰撞粉碎成粉末颗粒的粒度等级，功率越高气流磨的速率越快，加工效率越高。但太高的功率对于生产需求而言，容易造成能源浪费损失。

进一步，粉末颗粒相互碰撞破碎以后，经过旋转分级轮筛选除去粗颗粒。

进一步，所述粗颗粒是尺寸大于工艺规定的粒度的颗粒。粗颗粒用于烧结钐钴磁体对于品质影响较大，将筛选分离的粗颗粒导入气流磨中继续循环破碎。可以采用高速旋转分级轮筛选除去粗颗粒，例如可以采用旋转分级轮筛选除去大于10μm、15μm、20μm的颗粒，颗粒的具体粒径可以根据不同的加工工艺需要进行调整，以实现加工能耗、效率和不同的生产要求之前的协调。

进一步，所述细颗粒是指尺寸小于工艺规定的粒度的颗粒。颗粒粒径太小，容易氧化，压制成型得到的钐钴磁体性能会受到影响，不利于制备高品质钐钴磁体产品。可以采用旋风分离器进行分离，也可以采用其他高效率的分离设备，优选利用旋风分离器，分离效率高，不会引入其他干扰性因素。可以将旋风分离器筛分得到的细颗粒重新用于熔炼烧结得到钐钴合金锭。

进一步，气流磨磨粉的过程中，还加入有机溶剂。有机溶剂的作用是是防氧化、分散并起润滑作用，使得气流磨破碎的过程中钐钴合金粉末氧化程度控制在适宜的范围内，减少粉末的团聚，并对后期压制成型有很好的润滑促进作用。

优选地，所述有机溶剂的用量为相对于钐钴合金颗粒重量比例的0～2％。优选为0.1-1％

进一步，步骤3，在1175-1199℃烧结成型。优选在1175-1195℃烧结成型，例如可以是1180℃、1185℃、1190℃烧结成型。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明钐钴磁体制备方法使用气流磨代替球磨制粉后，制粉成本每公斤降低约20-30％，且不再使用易燃溶剂，排除安全隐患。

2、本发明钐钴磁体制备方法采用气流磨加工制备钐钴合金粉末，具有高效率，高品质的特点，加工得到的钐钴合金粉末粒径范围适宜，粉末均匀性提高。最终烧结得到的磁体磁性能更稳定，可制备高性能和特殊性能要求产品。

3、本发明钐钴磁体制备方法采用气流磨磨粉以后的合金粉末粒径范围控制优秀，使得预压成型和烧结的过程中更加容易控制，烧结温度相比现有技术降低5-30℃，烧结设备温度控制范围扩宽，烧结产品一致性提高，且性质稳定性改善。

4、本发明钐钴磁体制备方法制备得到的钐钴磁体矫顽力、剩磁、最大磁能积等都有不同程度提升/改善，能够获得更高品质等级的钐钴磁体产品。

5、本发明钐钴磁体制备方法加工温度较低，烧结成型设备的负荷更小，减少设备高温损耗，延长烧结设备的使用寿命。

附图说明：

图1是气流磨获得的钐钴合金粉末，放大1000倍的照片。

图2是气流磨获得的钐钴合金粉末，放大2000倍的照片。

具体实施方式

进一步，气流磨磨粉的过程中可以加入有机溶剂是：2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(bht)、bha、异丙醇、溶剂油或6#溶剂油。有机溶剂可以优化烧结钐钴合金在气流磨中粉碎的碰撞难度，对于气流磨过程中大颗粒粉碎具有一定的促进作用，更好的保持合金粉末的均匀性。同时，还可以优化气流磨加工钐钴合金粉末的氧化量，使得钐钴合金粉末压制成坯块烧结以后的磁体产品氧含量更优。并优化钐钴合金粉末压制坯块过程的转向难度，提高坯块取向度，综合改善制成钐钴磁体的品质等级。

本发明钐钴磁体加工方法使用了气流磨加工钐钴合金原料制粉，钐钴合金因为本身较硬，也无合适的预破碎工艺，导致其破碎难度远高于钕铁硼。直接使用常规的气流磨工艺进行加工，会存在加工破碎的颗粒均匀度不佳的缺陷。同时，钐钴合金在气流磨加工过程中容易出现氧含量超标，导致烧结钐钴磁体的品质不佳，所以必须使用球磨工艺。本发明通过优化气流磨的工艺参数，选择适当的载体和有机溶剂，使得气流磨工艺能够很好的应用于钐钴磁体的加工当中，克服种种缺陷，降低钐钴磁体加工的能耗成本。

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。以下实施例中使用的高纯氮气是纯度大于99.999％的氮气。

<对比例1>

采用现有技术球磨法制备钐钴合金粉末，200公斤熔炼好2:17型钐钴合金锭用破碎机，破碎成粒径小于2mm的合金颗粒。然后，将钐钴合金粉末加入球磨罐，加入溶剂油作为球磨溶剂，按比例加入大球、小球，球磨12h过夜。球磨完成后，过滤，干燥，得到钐钴合金粉末，将此粉末在1.5t的磁场中取向，并用12mpa压力预压成型得到钐钴粉末块，将此钐钴粉末块280mpa等静压3分钟，得到坯料。将坯料放入烧结炉，调节烧结温度1200℃，烧结150分钟，制得烧结2:17型钐钴磁体。

<实施例1>

将200公斤熔炼好2:17型钐钴合金锭用破碎机，破碎成粒径小于2mm的合金颗粒。加入0.5wt％的有机溶剂，混合均匀。以高纯n2进行保护气氛和载气，将此钐钴合金颗粒投入的气流磨设备中，在高速n2气流吹动下，粉末颗粒之间相互碰撞破碎，再经过高速旋转分级轮筛选去除粒径10μm以上的粗颗粒，再经过旋风分离器筛选去除粒径2μm以下细颗粒，获得平均粒度在2～10μm的粉末颗粒。整个气流磨过程中，氧含量控制在100～300ppm。将此粉末颗粒在1.5t的磁场中取向，并用12mpa压力预压成型得到钐钴粉末块，将此钐钴粉末块280mpa等静压3分钟，得到坯料。将坯料放入烧结炉，调节烧结温度1195℃，烧结150分钟，制得烧结2:17型钐钴磁体。

现有技术中气流磨被广泛应用于钕铁硼磁体加工当中，具有高效的特点，本发明将其专用于2:17型sm-co磁粉制备工艺中，尚属首次创新试验。

<实施例2>

将200公斤熔炼好2:17型钐钴合金锭用破碎机，破碎成粒径小于2mm的合金颗粒。加入0.05wt％的有机溶剂，混合均匀。以高纯n2进行保护气氛和载气，将此钐钴合金颗粒投入气流磨设备中，在高速n2气流吹动下，粉末颗粒之间相互碰撞破碎，再经过高速旋转分级轮筛选去除粒径10μm以上的粗颗粒，再经过旋风分离器筛选去除粒径2μm以下细颗粒，获得平均粒度在2～10μm的粉末颗粒。整个气流磨过程中，氧含量控制在100～300ppm。将此粉末颗粒在1.5t的磁场中取向，并用12mpa压力预压成型得到钐钴粉末块，将此钐钴粉末块280mpa等静压3分钟，得到坯料。将坯料放入烧结炉，调节烧结温度1195℃，烧结150分钟，制得烧结2:17型钐钴磁体。

<实施例3>

将200公斤熔炼好2:17型钐钴合金锭用破碎机，破碎成粒径小于2mm的合金颗粒。加入1wt％有机溶剂，混合均匀。以高纯n2进行保护气氛和载气，将此钐钴合金颗粒投入气流磨设备中，在高速n2气流吹动下，粉末颗粒之间相互碰撞破碎，再经过高速旋转分级轮筛选去除粒径10μm以上的粗颗粒，再经过旋风分离器筛选去除粒径2μm以下细颗粒，获得平均粒度在2～10μm的粉末颗粒。整个气流磨过程中，氧含量控制在100～300ppm。将此粉末颗粒在1.5t的磁场中取向，并用12mpa压力预压成型得到钐钴粉末块，将此钐钴粉末块280mpa等静压3分钟，得到坯料。将坯料放入烧结炉，调节烧结温度1195℃，烧结150分钟，制得烧结2:17型钐钴磁体。

将制备得到的气流磨钐钴合金粉末进行显微镜观察，结果如图1-2所示，放大1000倍、2000倍的照片分别显示钐钴合金粉末的破碎均匀度较好，

以往的尝试认为气流磨制备钐钴磁体粉末的时候，存在破碎颗粒棱角较多；钐钴合金脆性大，气流磨反复碰撞导致部分容易出现部分钐钴合金粉末过于细微的不足，如果粉碎钐钴合金颗粒太过细小，那么还容易氧化，使得钐钴合金颗粒的性质劣化。通过加入适当的bht和溶剂油实现对于气流磨粉碎的促进助剂，使得气流磨细颗粒和粗颗粒得到很好的控制，避免过多的细颗粒产生，提高物料的利用效率，也保证钐钴磁体烧结成型以后的品质更优。

<对比例2>

将200公斤熔炼好2:17型钐钴合金锭用破碎机，破碎成粒径小于2mm的合金颗粒。加入0.5wt％的有机溶剂，混合均匀。将此钐钴合金颗粒投入高纯度的n2保护的气流磨设备中，在高速n2气流吹动下，粉末颗粒之间相互碰撞破碎，再经过高速旋转分级轮筛选去除粒径8μm以上的粗颗粒，再经过旋风分离器筛选去除粒径1μm以下细颗粒，获得平均粒度在1～8μm的粉末颗粒。整个气流磨过程中，氧含量控制在100～300ppm。将此粉末颗粒在1.5t的磁场中取向，并用12mpa压力预压成型得到钐钴粉末块，将此钐钴粉末块280mpa等静压3分钟，得到坯料。将坯料放入烧结炉，调节烧结温度1195℃，烧结150分钟，制得烧结2:17型钐钴磁体。

<对比例3>

将200公斤熔炼好2:17型钐钴合金锭用破碎机，破碎成粒径小于2mm的合金颗粒。加入0.5wt％的有机溶剂，混合均匀。将此钐钴合金颗粒高纯n2保护的气流磨设备中，在高速n2气流吹动下，粉末颗粒之间相互碰撞破碎，再经过高速旋转分级轮筛选去除粒径15μm以上的粗颗粒，再经过旋风分离器筛选去除粒径3μm以下细颗粒，获得平均粒度在3～15μm的粉末颗粒。整个气流磨过程中，氧含量控制在100～300ppm。将此粉末颗粒在1.5t的磁场中取向，并用12mpa压力预压成型得到钐钴粉末块，将此钐钴粉末块280mpa等静压3分钟，得到坯料。将坯料放入烧结炉，调节烧结温度1195℃，烧结150分钟，制得烧结2:17型钐钴磁体。

<对比例4>

将200公斤熔炼好2:17型钐钴合金锭用破碎机，破碎成粒径小于2mm的合金颗粒。加入0.5wt％的有机溶剂，混合均匀。将此钐钴合金颗粒高纯n2保护的气流磨设备中，在高速n2气流吹动下，粉末颗粒之间相互碰撞破碎，再经过高速旋转分级轮筛选去除粒径10μm以上的粗颗粒，再经过旋风分离器筛选去除粒径2μm以下细颗粒，获得平均粒度在2～10μm的粉末颗粒。整个气流磨过程中，氧含量控制在500～1000ppm。将此粉末颗粒在1.5t的磁场中取向，并用12mpa压力预压成型得到钐钴粉末块，将此钐钴粉末块280mpa等静压3分钟，得到坯料。将坯料放入烧结炉，调节烧结温度1185℃，烧结150分钟，制得烧结2:17型钐钴磁体。

<对比例5>

将200公斤熔炼好2:17型钐钴合金锭用破碎机，破碎成粒径小于2mm的合金颗粒。加入0.5wt％的有机溶剂，混合均匀。将此钐钴合金颗粒高纯n2保护的气流磨设备中，在高速n2气流吹动下，粉末颗粒之间相互碰撞破碎，再经过高速旋转分级轮筛选去除粒径10μm以上的粗颗粒，再经过旋风分离器筛选去除粒径2μm以下细颗粒，获得平均粒度在2～10μm的粉末颗粒。整个气流磨过程中，氧含量控制在100～300ppm。将此粉末颗粒在1.5t的磁场中取向，并用12mpa压力预压成型得到钐钴粉末块，将此钐钴粉末块280mpa等静压3分钟，得到坯料。将坯料放入烧结炉，调节烧结温度1175℃，烧结150分钟，制得烧结2:17型钐钴磁体。

<测试>

将上述实施例和对比例制备的钐钴磁体进行测试，分别测定密度、剩磁、矫顽力、最大磁能积等钐钴磁体主要参数，结果如下表所示。

表1钐钴磁体产品性能

*烧结能耗根据烧结温度以及坯料烧结时间，综合考虑估算能耗节约比例。

测试结果显示，当制备钐钴磁体的方法改用气流磨制备钐钴磁体粉末原料以后，虽然烧结温度降低，主要是烧结的磁体粉末粒度降低并优化，所以烧结温度可以略微降低，同时烧结所需要的保温时间也有所缩短，综合烧结能耗降低。经过测试分析，气流磨经过高纯氮气保护，并辅助以有机溶剂，能够使得气流磨破碎的合金粉末最终烧结成型的钐钴磁体品质最优，取得最好的钐钴磁体品质等级。

如果在制备钐钴磁体的过程中，由于钐钴合金在气流磨粉碎以后具有易燃性，必须使用氮气保护。如果气流磨加工过程中，没有使用高纯氮气保护，那么钐钴磁体粉末加工品质不佳，一方面细颗粒比例增加，钐钴合金锭的利用率降低，另一方面气流磨所得粉末氧含量较高，钐钴合金粉末压制坯块烧结品质有所降低。

在气流磨加工钐钴磁体粉末的时候，通过选择适宜的钐钴合金气流磨处理工艺参数条件，使用恰当的载气进行气流磨，结合有机溶剂的辅助，筛选适宜的合金粉末粒径，使得气流磨加工的钐钴合金粉末氧含量控制在较低范围，最终成型的钐钴磁体的氧含量较低，最终烧结钐钴磁体品质提升改善，制备得到的钐钴磁体综合性能有大幅度的提升优化。