专利名称：稀土含氮磁粉制备工艺及设备和制备的产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及稀土含氮磁粉一步法制备工艺及其设备，和采用该工艺制备的稀土含氮磁粉，属于稀土磁性功能材料及其制备技术领域。
背景技术：
粘结稀土永磁体是由稀土永磁粉末和粘结材料相结合而成，按用户要求直接注射或模压成型各种永磁器件。该类磁体具有尺寸精度高、磁均匀性好、耐蚀性好、成品率高、易加工成形状复杂的器件等优点，广泛应用于家电、微电机、自动化办公设备、仪器仪表、医疗器件、汽车、磁力机械等装置和设备中。制备粘结稀土永磁的关键就是稀土永磁粉的制备，磁粉的性能直接决定了粘结磁体的品质及市场价格。目前，粘结稀土永磁粉主要包括MQ各向同性磁粉、HDDR各向异性粉、Th2Zn17Nx型各向异性粉、TbCu7Nx型各向同性粉，ThMn12Nx型各向异性粉，市场上成熟的粘结稀土永磁体基本上为各向同性的粘结NdFeB磁体。近年来，随着电动车、风力发电、磁悬浮列车的发展，对稀土永磁体的使用温度提出了更高的要求，粘结稀土铁硼系磁体耐蚀性和抗氧化性较差，且其居里温度较低限制了其高温应用领域。研究发现，间隙原子(C、N、H)进入到稀土铁化合物中会对其性能产生较大的影响，称为间隙原子效应。间隙原子效应能提高化合物的居里温度、饱和磁化强度及各向异性场。北京大学杨应昌院士专利CN90109166. 9、92103831. 3发明了高居里温度的稀土铁氮化合物R2Fe17Nx、R2Fe14BNy和R (Fe，M) 12NZ，指出这种化合物制得的磁粉具有耐蚀性高、抗氧化能力强的特点，但是制备工艺长，难以产业化，其中制备过程中的粉末氧化，氮化的均匀性、磁粉的粒度及磁粉中的软磁相a-Fe和富稀土相是影响最终磁粉性能的主要因素。基于上述问题，作者仔细研究了稀土铁氮粘结磁粉的制备工艺。北京科技大学申请的专利CN02159665. 4和CN03150162. 1，其中专利CN02159665. 4提供了一种采用还原扩散制造Sm-Fe-N永磁合金粉末的方法。专利CN03150162. I提供了一种机械合金化制备Sm-Fe-N永磁材料的方法；专利91103836. I和93107808. 3分别提供了一种氢化加氮化的方法制备(Rl-xR，x)2 (Fel-YMy)17N5 ;北京三环专利91110811. 4和91110908.0采用快速成型和粉末冶金的方法制备R2(Fel-yMy) 17X3_S永磁体。日本大同特殊钢株式会社在中国申请的专利CN01123172. 6，在美国申请的专利US2004144450和在日本申请的专利JP2004063666、JP2003173907、JP2002057017公开了一种生产树脂粘结磁体各向同性SmFeN粉末磁体材料，成分为SmxFelOO-x-vNv, SmxFelOO-x-v-yMVNv,SmxFe 100-x-v-zM2zNv,晶体结构是TbCu7型,薄片的厚度为10_40um,通过熔体纺丝熔融合金并且将这样所得的合金粉在含氮气体中直接渗氮来制备磁体粉末。住友金属矿山专利JP7288205、JP6188110、JP2008171868、JP2008024979、JP2007327101 等公开了还原扩散法制备Sm-Fe-N磁粉，及其稳定性、方形度、收益率的改进等。以上的稀土含氮磁粉制备方法主要包括以下几个步骤1.母合金的制备；2.退火或晶化处理；3.氢爆或HDDR处理；4.氮化处理；5.球磨处理。这种制备工艺由于在不同、设备中进行，需要重复抽真空，更换制备环境等，周期长、氮化效率低、磁粉氧含量高、制备磁粉性能不稳定，不适合大批量工业化生产。本发明在此基础上提出一种工艺流程短、成本低、效率高，适合制备工业化生产氧含量低、磁性能高的稀土含氮磁粉一步法制备工艺及其所用的设备。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种稀土含氮磁粉一步法制备工艺所使用的设备。本发明的第二个目的是提供一种工艺流程短、成本低、效率高，适合制备工业化生产氧含量低、磁性能高的稀土含氮磁粉的一步法制备工艺。本发明的第三个目的是提供上述一步法工艺所制备的稀土含氮磁粉。为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案 本发明稀土含氮磁粉的一步法制备工艺所使用的一种设备，是由内部装有研磨装置4的可驱动旋转的炉管5、加热炉膛6、真空系统2、冷却系统3、和气源系统I组成。其中，所述的加热炉膛6和其内装有的发热体以及加热电源组成加热系统；真空系统2与炉管5连接；气源系统I与炉管5连接；炉管5位于加热炉膛6之中，水冷系统3位于加热炉膛6的下部。冷却系统3采用水冷方式，由一排可向喷射自来水的水管组成。所述研磨装置4为不锈钢、陶瓷、玛瑙材质中的一种或几种。所述研磨装置4为球形或者棒形。在上述设备中，加热炉膛是由两个内侧分别装有发热体的半圆形结构组成，这两个半圆形结构可根据需要在加热时合拢将炉管5套在中间，在冷却时可分开将炉管露出，以便炉管快速冷却。在上述设备中，所述的可旋转的带有研磨装置4的炉管5由电机驱动旋转，其旋转速度在0-200r/min连续可调，且旋转速度古0。其中，炉管5可旋转，其旋转速度在I-IOOr/min连续可调。一种稀土含氮磁粉的一步法制备工艺，该工艺包括下述步骤(I)将稀土合金装入带有研磨装置的炉管内，真空系统启动对炉管进行抽真空后气源系统向炉管内充入氢气对稀土合金进行氢破碎得到稀土合金粉；(2)冷却系统起动对炉管内氢破碎后的稀土合金粉进行冷却至150°C以下、且大于0°c，然后在惰性气体或者氮气保护下对稀土合金粉进行研磨得到稀土合金细粉；(3)对炉管进行抽真空，加热炉膛将炉管加热至400-600°C，然后再向炉管内充入0. 01 0. 3MPa的含氮气体对稀土合金细粉进行氮化处理，氮化完成后，400-600°C抽真空并保温l-10h，进行均化处理；(4)冷却系统起动将氮化处理和均化处理后的稀土合金细粉进行冷却至150°C以下、且大于o°c，在惰性气体保护下对氮化处理和均化处理后的稀土合金粉进行研磨后获得稀土含氮磁粉。在所属的步骤(I)中，对稀土合金进行氢破碎的吸氢温度为0-300°C、吸氢时间为0-10h，脱氢温度为300-800°C、脱氢时间为0-10h，通入氢气量，吸氢时间和脱氢时间均为0表明本发明一步法工艺中氢破碎过程在特定条件下可以省略。
在所属的步骤(I)中，当处理的稀土合金本来粒度较细(最大粒径在5mm以下)时，则步骤(I)可以省去，即合金不用氢破碎直接进入步骤(2)在惰性气体或者氮气保护下对稀土合金进行球磨至平均粒度为10-500 u m.步骤⑵和步骤⑷中的平均粒度在实施例中均用D50表示。步骤⑵中稀土合金细粉为10 500 U m,通过控制一定的研磨时间得到稀土合金细粉，然后取出进行测量得到经验值。步骤⑶中所述的含氮气体是N2、NH3、N2+NH3、N2+H2、NH3+H2、N2+NH3+H2中的任一种。步骤(3)中所述的氮化处理其温度为400_600°C、氮化时间为l_100h。
步骤⑷中所述的一定平均粒度为1-200 iim.步骤⑴中所述的可旋转炉管的旋转速度分别在步骤⑴、步骤⑵、步骤(3)、步骤(4)中可根据需要在0-200r/min内连续可调，且旋转速度古0，其中在步骤(I)和步骤
(3)中优选为l-10r/min，在步骤(2)和步骤(4)中优选为10_60r/min。步骤⑵和步骤⑷中所述的研磨时间为IOmin 5h,根据不同的粒度要求变化，研磨时间小于IOmin起不到破碎的效果,大于5h后容易造成氧化以及粉末相结构的变化。本发明的一步法工艺所制备的稀土含氮磁粉化学式为Ra(Fei_xMx) 1(l(l_a_bNb，其中5 ^ a ^ 11,0 ^ b ^ 40,0 ^ X ^ 1，R代表包括Sc和Y在内的所有稀土元素中的至少一种，M 代表 Zr、Hf、Mn、Ti、Si、V、Co、Ni、Cr、Mo、Al、Nb、Ga、In、Cu、Zn 中的至少一种。本发明还包括一种稀土含氮磁体，采用前面所述的稀土含氮磁粉与粘结剂混合制备成。本发明的主要优点有(I)工艺流程短、效率高，制备的磁粉氧含量低、磁性能高；该工艺将稀土含氮磁粉制备工艺中的几个关键环节氢破碎、渗氮处理、球磨等集中在一个设备中连续完成，缩短工艺流程的同时可明显降低磁粉的氧含量。(2)氮化工艺效率高，且氮化均匀、磁性能稳定；由于该工艺渗氮处理时，炉管缓慢旋转，加上球磨的搅拌作用可使合金粉与氮气充分的发生气固反应，能使氮化在较短时间内完成，氮化效率高、制备的磁粉含氮量均匀，磁性能稳定。(3)磁粉可快速冷却，生产效率高、有利于降低磁粉氧含量；本发明提供的一步法工艺所用的设备，由于采用两半式加热炉膛，可根据加热或冷却的需要合拢或开启。磁粉需要冷却时，炉膛开启，冷却系统可直接将自来水喷向炉管冷却。因此，冷却效率较高，可大幅度缩短磁粉冷却时间，生产效率高、有利于降低磁粉氧含量。
图I为本发明一步法专用设备不意图。图中标号为1气源系统；2真空系统；3冷却系统；4研磨装置；5炉管；6发热炉膛。图2为A-A加热示意图。图3冷却时炉体横截面示意图。图4为实施例I合金粉氮化前后的XRD图。
图5为实施例9合金粉氮化前后的XRD图。
具体实施例方式如图I所示，本发明稀土含氮磁粉的一步法制备工艺所使用的设备，是由内部装有研磨装置4的可驱动旋转的炉管5、加热炉膛6、真空系统2、冷却系统3和气源系统I组成。其中，真空系统2是由真空泵等设备所组成，真空系统2的抽真空的出口与炉管5接通；气源系统I是由氮气瓶、含氮气体瓶、氢气瓶和惰性气体瓶等设备所组成，气瓶的出口与炉管5接通；炉管5位于加热炉膛6之中，水冷系统3位于加热炉膛6的下部，冷却系统3采用水冷方式，由一排可向喷射自来水的水管组成。如图2所示，加热炉膛6是由两个内侧分别装有发热体的半圆形结构组成，这两个半圆形结构可根据需要在加热时合拢将炉管5套在中间；在冷却时，如图3所示，这两个半圆形结构可分开将炉管5露出，冷却系统3的一排水管可喷射自来水，以使炉管5快速冷却。
实施例I将表面洁净的稀土合金装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2xlO_3Pa以下；然后炉膛6的发热体开始加热，10分钟升温至100°C，炉管5开始以10r/min的速度旋转，然后气路系统I充高纯氢气至0. 12MPa保温氢爆I小时，吸氢饱和以后抽真空至IPa在450°C脱氢2小时，然后打开炉膛6利用冷却系统3水冷炉管至150°C以下。将上述处理好的合金进行球磨氮化处理，对炉管5抽真空至2xlO_3Pa，然后气路系统I控制通入0. 12MPa高纯氮气，驱动炉管5以60r/min的速度旋转炉管球磨I小时，其粒度D50达到40 m时合拢炉膛6开始加热，I小时升温至400°C保温氮化3小时，然后抽真空至IPa以下均勻化I小时,氮化的同时控制炉管5以10r/min的速度旋转,提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，打开驱动炉管以60r/min的速度继续球磨4小时，获得粒度D50为I y m的Smn.5Fe88.5N2.9磁粉,测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。该磁粉氮化前后相的变化如图4所示。比较例I将成分和工艺与实施例I相同，但氢爆、氮化、球磨处理分别在不同的设备中进行，获得SmujFe^Nu磁粉的性能和氮氧含量与实施例I比较,结果如表I所示。实施例2将表面洁净的的稀土合金装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2X10_3Pa以下；再利用炉膛6开始加热，10分钟升温至200°C，驱动炉管5以5r/min的速度旋转，然后充高纯氢气至0. 12MPa保温氢爆I小时，吸氢饱和以后抽真空至IPa在800°C脱氢2小时，然后打开炉膛6利用冷却系统3水冷炉管至150°C以下。将上述处理好的合金进行球磨氮化处理，对炉管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入0. 3MPa高纯氮气，炉管5以80r/min的速度旋转炉管球磨I小时，其粒度D50达到20 y m时合拢炉膛6开始加热，I小时升温至450°C保温氮化2小时，然后抽真空至IPa以下均匀化3小时，氮化的同时利用控制炉管(5)以5r/min的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，驱动炉管以80r/min的速度继续球磨4小时，获得粒度D50为2 y m的Sm2Fe15.5 (ZrL 0Nb0.5) N3.!磁粉，测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。比较例2将成分与工艺与实施例2相同，但氢爆、氮化、球磨处理分别在不同的设备中进行，获得Sm2Fem5(ZiYtlNba5)UIt粉的性能和氧含量与实施例2比较，结果如表I所示。实施例3将表面洁净的稀土合金装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2X10_3Pa以下；再利用炉膛6组成 的加热系统开始加热，30分钟升温至300°C，驱动炉管5以10r/min的速度旋转，然后气路系统I控制充高纯氢气至0. 12MPa保温氢爆0. 5小时，吸氢饱和以后抽真空至IPa在300°C脱氢10小时，然后打开炉膛6利用冷却系统3水冷炉管至150°C以下。将上述处理好的合金进行球磨氮化处理，对炉管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入0. 12MPa体积比例为I : 3的N2和NH3混合气体，驱动炉管5以40r/min的速度旋转炉管球磨I小时，其粒度D50达到50 ii m时合拢炉膛6开始加热，I小时升温至500°C保温氮化3小时，然后抽真空至IPa以下均勻化10小时,氮化的同时利用控制炉管5以10r/min的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，驱动炉管以40r/min的速度继续球磨5小时，获得粒度D50为3 y m的Sn^4Pra6Fe1U (Cuaci3Niaci3Znaci3)N5^磁粉,测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。比较例3将成分与工艺与实施例3相同，但氢爆、氮化、球磨处理分别在不同的设备中进行，获得Sm,Jra6Feiai(Cuaci3Niaci3Znaci3)Nu磁粉的性能和氮氧含量与实施例3比较，结果如表I所示。实施例4将表面洁净的稀土合金装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2X10_3Pa以下；再利炉膛6开始加热，10分钟升温至100°C，驱动炉管5以lr/min的速度旋转，然后气路系统I控制充高纯氢气至0. 12MPa保温氢爆10小时，吸氢饱和以后抽真空至IPa在500°C脱氢3小时，然后打开炉膛6利用冷却系统(3)水冷炉管至150°C以下。将上述处理好的合金进行球磨氮化处理，对炉管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入0. 02MPa体积比例为I : 3的H2和NH3混合气体，驱动炉管5以100r/min的速度旋转炉管球磨I小时，其粒度D50达到10 ii m时合拢炉膛6开始加热，I小时升温至450°C保温氮化2小时，然后抽真空至IPa以下均勻化I小时，氮化的同时利用控制炉管5以lr/min的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，驱动炉管5以100r/min的速度继续球磨2小时，获得粒度D50为I y m的NdFe11^Coa8Nu磁粉,测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。
比较例4将成分与工艺与实施例4相同，但氢爆、氮化、球磨处理分别在不同的设备中进行，获得NdFe1UCoa8Na6磁粉的性能和氧含量与实施例4比较，结果如表I所示。实施例5将表面洁净的稀土合金装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2xlO_3Pa以下；再利用炉膛6开始加热，10分钟升温至100°C，驱动炉管5以lOr/min的速度旋转，然后通过气源系统I通入高纯氢气至0. OlMPa保温氢爆2小时，吸氢饱和以后抽真空至IPa在450°C脱氢4小时，然后打开炉膛6利用冷却系统3水冷炉管至150°C以下。将上述处理好的合金进行球磨氮化处理，对炉管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入 0. 2MPa体积比例为I : I : 3的N2、H2和NH3混合气体，驱动炉管5以200r/min的速度旋转炉管球磨0. 5小时，其粒度D50达到10 ii m时合拢炉膛6开始加热，I小时升温至500°C保温氮化3小时，然后抽真空至IPa以下均匀化2小时，氮化的同时利用控制炉管5以IOr/min的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，打开驱动炉管以200r/min的速度继续球磨I小时，获得粒度D50在I y m的Sn^9Gdaci5Laaci25Ceaci25Feu7Coa3N4磁粉,测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。实施例6将表面洁净的稀土合金装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2X10_3Pa以下；再利用炉膛6组成的加热系统开始加热，10分钟升温至100°C，打开驱动炉管5以lOr/min的速度旋转，然后通过气源系统I通入高纯氢气至0. 05MPa保温氢爆I小时，吸氢饱和以后抽真空至IPa以下在500°C脱氢5小时，然后打开炉膛6利用冷却系统3水冷炉管至150°C以下。将上述处理好的合金进行球磨氮化处理，对炉管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入0. 12MPa的NH3,打开驱动炉管5以10r/min的速度旋转炉管球磨2小时，其粒度D50达到100 u m时合拢炉膛6开始加热，I小时升温至500°C保温氮化I小时，然后抽真空至IPa均匀化I小时，氮化的同时利用控制炉管5以lOr/min的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，打开驱动炉管5以10r/min的速度继续球磨5小时，获得粒度D50为5 y m的Nda8Dya2TiFeitlVNu磁粉，测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。实施例7将表面洁净的稀土合金装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2X10_3Pa以下；再利用炉膛6组成的加热系统开始加热，10分钟升温至150°C，打开驱动炉管5以6r/min的速度旋转，然后利用气源系统(I)通入高纯氢气至0. OSMPa保温氢爆6小时，吸氢饱和以后抽真空至IPa以下在600°C脱氢10小时，然后打开炉膛6利用冷却系统3水冷炉管至150°C以下。将上述处理好的合金进行球磨氮化处理，对炉管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入0. 08MPa体积比例为I : 3的N2和H2混合气体，驱动炉管5以120r/min的速度旋转炉管球磨I小时，其粒度D50达到10 ii m合拢炉膛6开始加热，I小时升温至600°C保温氮化3小时，然后抽真空至IPa均勻化5小时,氮化的同时利用控制炉管5以6r/min的速度旋转,提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，驱动炉管以120r/min的速度继续球磨3小时，获得粒度D50在2 y m的Nda8Pra2TiFeltlMoN42磁粉,测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。实施例8
将表面洁净的稀土合金装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2xlO_3Pa以下，通入OMPa的H2,氢爆以及脱氢温度时间均为0 ;然后通入0. 15MPa体积比例为I : 3的N2和NH3混合气体，驱动炉管5以60r/min的速度旋转炉管球磨I小时，其粒度D50达到20 y m时合拢炉膛6，再利用炉膛6组成的加热系统开始加热，I小时升温至450°C保温氮化6小时，然后抽真空至IPa以下均匀化2小时，氮化的同时利用控制炉管5以lOr/min的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，打开驱动炉管5以60r/min的速度继续球磨2小时，获得粒度D50为2 y m的Sn^98TbacilDyatllFe17Ni6磁粉,测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。实施例9将表面洁净的稀土合金铸片装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2X10_3Pa以下；然后通入0. 2MPa体积比例为I : 3的H2和NH3混合气体，驱动炉管5以30r/min的速度旋转炉管球磨I小时，其粒度D50达到200 u m时合拢炉膛6，再利用炉膛6组成的加热系统开始加热，I小时升温至450°C保温氮化40小时，然后抽真空至IPa以下均匀化5小时，氮化的同时控制炉管5以3r/min的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，打开驱动炉管以30r/min的速度继续球磨I小时，获得粒度D50为20 y m的Sm7.2Fe76.8Co3.2Zr0.8N12磁粉，测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。该磁粉氮化前后相的变化如图5所示。实施例10将表面洁净的稀土合金铸片装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2X10_3Pa以下；然后通入0. 12MPa体积比例为I : 3 1的队、4和順3混合气体，驱动炉管5以2017/1^11的速度旋转炉管球磨I小时，其粒度D50达到500 u m时合拢炉膛6，再利用炉膛6组成的加热系统开始加热，I小时升温至400°C保温氮化100小时，然后抽真空至IPa以下均匀化10小时，氮化的同时控制炉管5以lr/min的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，驱动炉管5以20r/min的速度继续球磨2小时，获得粒度D50为15 y m的NOi2Zi^ciCo43Tia3Ba9Fe7a6N145磁粉,测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。实施例11
将表面洁净的稀土合金铸片装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管5套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2X10_3Pa以下；然后通入
0.02MPa体积比为I : 3的高纯N2和H2混合气体，驱动炉管5以50r/min的速度旋转炉管球磨I小时，其粒度D50达到30 ii m时合拢炉膛6再利用由加热电源的发热体和炉膛6组成的加热系统开始加热，I小时升温至450°C保温氮化3小时，然后抽真空至IPa以下均匀化I小时，氮化的同时控制炉管5以lOr/min 的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，驱动炉管5以50r/min的速度继续球磨I小时，获得粒度D50为8 y m的Pr
0.2Sm6.2Zr3.0Cu0.05Zn0.9Co4.3Fe72.85N12.5磁粉,测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。实施例12将表面洁净的稀土合金铸片装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管5套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2X10_3Pa以下；通入
0.12MPa体积比为I : 3的高纯N2和H2混合气体，驱动炉管5以20r/min的速度旋转炉管球磨0. 5小时，其粒度D50达到300 u m时合拢炉膛6，再利用炉膛6组成的加热系统开始加热，I小时升温至450°C保温氮化4小时，然后抽真空至IPa以下均匀化I小时，氮化的同时控制炉管5以5r/min的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，获得平均粒度D50为200 ii m的Dya2Sma8Zi^ciCo43FebalNl45磁粉,测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。实施例13将表面洁净的稀土合金铸片装入内部装有研磨装置4的可旋转的炉管5中，合拢炉膛6将炉管5套在中间；然后利用真空系统2对炉管5抽真空至2X10_3Pa以下；然后通A 0. 12MPa体积比为I : 3的高纯N2和H2混合气体，驱动炉管5以30r/min的速度旋转炉管球磨I小时，其粒度D50达到200 u m时合拢炉膛6，再利用炉膛6组成的加热系统开始加热，I小时升温至480°C保温氮化3小时，然后抽真空至IPa以下均匀化I小时，氮化的同时控制炉管5以5r/min的速度旋转，提高氮化效率促进氮化均匀。打开炉膛6，利用冷却系统3水冷上述处理好的氮化粉末，待其冷却后充入惰性气体做保护气氛，驱动炉管以20r/min的速度继续球磨I小时获得平均粒度D50为100 y m的Sma8ZiY8Co4Sia6Fe7I9N1I5磁粉,测试其磁性能及氮氧含量如表I所示。表I稀土含氮磁粉的氧含量及磁性能
权利要求
1.一种稀土含氮磁粉制备工艺，其特征在于，该工艺包括下述步骤 (1)将稀土合金装入带有研磨装置的炉管内，真空系统启动对炉管进行抽真空后气源系统向炉管内充入氢气对稀土合金进行氢破碎得到稀土合金粉； (2)冷却系统起动对炉管内氢破碎后的稀土合金粉进行冷却至150°C以下、且大于(TC，然后在惰性气体或者氮气保护下对稀土合金粉进行研磨得到稀土合金细粉； (3)对炉管进行抽真空，加热炉膛将炉管加热至400-600°C，然后再向炉管内充入0. 01-0. 3MPa的含氮气体对稀土合金细粉进行氮化处理，氮化完成后，400-600°C抽真空并保温l-10h，进行均化处理； (4)冷却系统起动将氮化处理和均化处理后的稀土合金细粉进行冷却至150°C以下、且大于0°C，在惰性气体保护下对氮化处理和均化处理后的稀土合金粉进行研磨后获得稀土含氮磁粉。
2.根据权利要求I所述的稀土含氮磁粉的制备工艺，其特征在于在所述的步骤(I)中，所述通入氢气压力为0-0. 2MPa,对稀土合金进行氢破碎的吸氢温度为0-300°C、吸氢时间为0-1Oh，脱氢温度为300-800°C、脱氢时间为O-IOh。
3.根据权利要求I所述的稀土含氮磁粉的制备工艺，其特征在于步骤(3)中所述的含氮气体是 N2、NH3> n2+nh3、n2+h2、nh3+h2、n2+nh3+h2 中的至少一种。
4.根据权利要求I所述的稀土含氮磁粉的制备工艺，其特征在于步骤(3)中所述的氮化处理其温度为400-600°C、氮化时间为I-IOOh。
5.根据权利要求I所述的稀土含氮磁粉的制备工艺，其特征在于步骤(4)中所述的稀土含氣磁粉平均粒度为1-200 u m。
6.根据权利要求I所述的稀土含氮磁粉的制备工艺，其特征在于步骤(I)中所述的可旋转的炉管的旋转速度分别在步骤(I)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)中可根据需要在0-100r/min内连续可调，且旋转速度古0，其中在步骤(I)和步骤(3)中旋转速度优选为1-10r/min，在步骤(2)和步骤(4)中旋转速度优选为10_60r/min。
7.根据权利要求I所述的稀土含氮磁粉的制备工艺，其特征在于步骤(2)和步骤(4)中所述的研磨时间为10min_5h。
8.一种用于制备稀土含氮磁粉的设备，包括炉管(5)、加热炉膛(6)、真空系统(2)、冷却系统(3)和气源系统(I)，其特征在于炉管(5)内装有研磨装置(4)。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于所述研磨装置(4)为不锈钢、陶瓷、玛瑙材质中的一种或几种。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于所述研磨装置(4)为球形或者棒形。
11.根据权利要求8所述的设备，其特征在于所述的加热炉膛(6)和其内装有的发热体以及加热电源组成加热系统；真空系统⑵与炉管(5)连接；气源系统⑴与炉管(5)连接，炉管(5)位于加热炉膛(6)之中，水冷系统(3)位于加热炉膛(6)的下部。
12.根据权利要求8所述的设备，其特征在于炉管(5)可旋转，其旋转速度在I-IOOr/min连续可调。
13.根据权利要求8所述的设备，其特征在于所述的加热炉膛(6)是由两个内侧分别装有发热体的半圆形结构组成，这两个半圆形结构可根据需要在加热时合拢将炉管(5)套在中间，在冷却时可分开将炉管露出。
14.根据权利要求8所述的设备，其特征在于冷却系统(3)采用水冷方式，由一排可向炉管(5)喷射自来水的水管组成。
15.用权利要求I所述的制备工艺制备的稀土含氮磁粉，其特征在于稀土含氮磁粉的化学式为Ra(Fe1-A) La-A,其中5彡a彡11，0彡b < 40，O彡x彡I，R代表包括Sc和Y在内的所有稀土元素中的至少一种，M代表Zr、Hf、Mn、Ti、Si、V、Co、Ni、Cr、Mo、Al、Nb、Ga、In、Cu、Zn中的至少一种。
16.一种稀土含氮磁体，其特征在于，是用权利要求15所述的稀土含氮磁粉与粘结剂混合制备成。
全文摘要
一种稀土含氮磁粉制备工艺及设备，该设备由炉管(5)、加热炉膛(6)、真空系统(2)、冷却系统(3)和气源系统(1)组成，其中设备炉管(5)内装有研磨装置(4)。该工艺将稀土合金的氢爆处理、氮化处理、球磨处理三个关键工序集中在一台设备中进行，能有效抑制氧化、工艺流程短、效率高、获得磁粉性能优良且稳定。
文档编号H01F1/059GK102768891SQ20111011632
公开日2012年11月7日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者于敦波, 彭海军, 李世鹏, 李扩社, 李红卫, 罗阳, 袁永强 申请人:北京有色金属研究总院, 有研稀土新材料股份有限公司