CN103794320B

CN103794320B - 一种钕铁氮永磁材料及制备方法

Info

Publication number: CN103794320B
Application number: CN201410075561.8A
Authority: CN
Inventors: 蒋晓龙; 赵浩峰; 王玲; 郑泽昌; 何晓蕾; 徐小雪; 柯维雄; 潘子云; 谢艳春; 雷霆; 陆阳平; 邱奕婷; 王易秋; 宋超; 赵佳玉
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Jiangsu Nanfang Permanent Magnetic Technology Co., Ltd.
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: CN103794320A

Abstract

本发明提供一种钕铁氮永磁材料，该材料具有较高矫顽力，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料中各成分的重量百分含量为：Mn 3～4％，Sm 0.1～0.2％,In 0.3～0.5％,Nd 26～28％,B 0.5～0.9％，V 1.6～3.2％，N 0.2～0.4％，C 0.2～0.4％,Pb 0.2％～0.5％,其余Fe。

Description

一种钕铁氮永磁材料及制备方法

技术领域：

本发明属于金属材料领域，涉及一种钕铁氮永磁材料及制备方法。

背景技术：

CN201310047353.2号申请公开一种钕铁硼材料及其制备方法，该材料不仅具有良好的磁性，并且较高耐热性能。该制备方法工艺简单，该耐热钕铁硼材料，各成份的重量百分比成分为：Nd21-24%，Pr7-8%，B1-2%，Ir0.07-0.08%，Rh0.07-0.08%，Sc0.7-0.8%，其余为Fe。但是方法制得的材料矫顽力偏低。

发明内容：

本发明针对上述技术缺陷，提供一种钕铁氮永磁材料，该材料具有较高矫顽力。

本发明的另一目的是提供一种材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种钕铁氮永磁材料，其特征是：该材料中各成分的重量百分含量为：Mn 3～4％，Sm 0.1～0.2％，In 0.3～0.5％，Nd 26～28％，B 0.5～0.9％，V 1.6～3.2％，N 0.2～0.4％，C 0.2～0.4％，Pb 0.2％～0.5％，其余Fe。

上述钕铁氮永磁材料的制备方法包括以下步骤：

1）首先按照上述成分进行配料，原料中Mn、Sm、In、Nd、Pb、Fe的纯度均大于99.9％；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重量百分含量为24%的硼铁合金形式加入；

2）将上述各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1510～1530℃，得到母合金；然后将母合金放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1500～1520℃；重熔管式坩埚底部设有通孔；重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气***，氮气***的压力为1.7～1.9个大气压；

3）重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上，当母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部阀门，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部通孔喷向水槽，进入水槽形成合金球；

4）然后将合金球置于液氮中进行低温处理,处理温度为-196℃，保温25～30分钟；取出于室温条件下静置1～2小时；接着将合金球放入真空度为0.05～0.1Pa，炉内气压为0.8～1.2atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热到250～300℃，氢碎60～80分钟使合金球变为粗粉；

5）然后将粗粉放入气流磨中磨成细粉，细粉粒度为3～6微米，气流磨制粉压力5-7atm；

6）再将细粉放入模具，将细粉压制成块，成型压力为0.02-0.05MPa；成型后取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.02～0.04Pa，温度1070-1120℃烧结电炉内烧结，保温80～120分钟后断电，随炉自然冷却至900-1100℃，再接电保温2-3h；然后再断电，降温至450-480℃，再接电保温3-4h，随炉冷却至室温出炉，即得到钕铁氮永磁材料。

本发明的进一步设计在于：

步骤2）中重熔管式坩埚内径为20～23mm，高度为230～280mm，坩埚底部设有孔径为2～2.5mm的通孔。

步骤3）中重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上5～7mm处，水槽中水温保持15～32℃。

步骤3）中进入水槽形成直径为3～7mm的合金球。

步骤4）中粗粉粒度为20～60微米

本发明具有如下有益效果：

本发明的钕铁氮永磁材料中，Mn、C、V改善内禀矫顽力，原因是晶粒间副相的贡献,它们可抑制了晶粒交汇处颗粒的长大, 细化了主相晶粒。因此抑制了它们周围杂散场的增强,进而提高了内禀矫顽力。材料中的 In、Pb 可以减少富Nd相与主相的湿润角，抑制主相的长大，使反磁化畴在界面形核困难，因此提高了材料的剩磁。材料中Sm元素进入主相，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。

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。本发明采用合金成分优化和深冷结合。本发明制备工艺的特点在于有效地提高了相均匀分布程度并使晶粒得到细化，容易得到高性能的产品。

附图说明:

图1为本发明实施例一制备的钕铁氮永磁材料组织图。

由图1可见，该材料的组织均匀致密。

具体实施方式：

实施例一：

本发明钕铁氮永磁材料的制备方法如下：

1）首先按照重量百分含量：Mn 3％，Sm 0.1％，In 0.3％，Nd 26％，B 0.5％，V1.6％，N 0.2％，C 0.2％，Pb 0. 2％，其余Fe进行配料，原料中Mn、Sm、In、Nd、Pb、Fe的纯度均大于99.9％； 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重量百分含量为24%的硼铁合金形式加入；

2）将上述各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1510℃，得到母合金；然后将母合金放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1500℃；重熔管式坩埚内径为20mm，高度为 230mm，坩埚底部设有孔径为2mm的通孔；重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气***，氮气***的压力为1.7个大气压；

3）重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上5mm处，水槽中水温保持15℃；当母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部阀门，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部通孔喷向水槽，进入水槽形成直径为3～5mm的合金球；

4）然后将合金球置于液氮中进行低温处理,处理温度为-196℃，保温25分钟；取出于室温条件下静置1小时；接着将合金球放入真空度为0.05a，炉内气压为0.8atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热到250℃，氢碎60分钟使合金球变为粗粉，粗粉粒度为20～30微米；

氢碎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。

5）然后将粗粉放入气流磨中磨成细粉，细粉粒度为3～6微米，气流磨制粉压力5atm；用高压气流将粗粉吹起，通过相互之间的碰撞使力度变小。

6）再将细粉放入模具，将细粉压制成块，成型压力为0.02MPa；成型后取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.02Pa，温度1070℃烧结电炉内烧结，保温80分钟后断电，随炉自然冷却至900℃，再接电保温2h；然后再断电，降温至450℃，再接电保温3h，随炉冷却至室温出炉，即得到钕铁氮永磁材料。

实施例二：

本发明钕铁氮永磁材料的制备方法如下：

1）首先按照重量百分含量：Mn 4％，Sm 0.2％，In 0.5％，Nd 28％，B 0.9％，V3.2％，N 0.4％，C 0.4％，Pb 0.5％，其余Fe进行配料，原料中Mn、Sm、In、Nd、Pb、Fe的纯度均大于99.9％； 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重量百分含量为24%的硼铁合金形式加入；

2）将上述各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1530℃，得到母合金；然后将母合金放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1520℃；重熔管式坩埚内径为23mm，高度为 280mm，坩埚底部设有孔径为2.5mm的通孔；重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气***，氮气***的压力为1.9个大气压；

3）重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上7mm处，水槽中水温保持30℃；当母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部阀门，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部通孔喷向水槽，进入水槽形成直径为3～7mm的合金球；

4）然后将合金球置于液氮中进行低温处理,处理温度为-196℃，保温30分钟；取出于室温条件下静置2小时；接着将合金球放入真空度为0.1Pa，炉内气压为1.2atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热到300℃，氢碎80分钟使合金球变为粗粉，粗粉粒度为20～60微米；

5）然后将粗粉放入气流磨中磨成细粉，细粉粒度为3～6微米，气流磨制粉压力7atm；用高压气流将粗粉吹起，通过相互之间的碰撞使力度变小。

6）再将细粉放入模具，将细粉压制成块，成型压力为0.05MPa；成型后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1120℃烧结电炉内烧结，保温120分钟后断电，随炉自然冷却至1100℃，再接电保温3h；然后再断电，降温至480℃，再接电保温4h，随炉冷却至室温出炉，即得到钕铁氮永磁材料。

实施例三：

本发明钕铁氮永磁材料的制备方法如下：

1）首先按照重量百分含量：Mn 3.5％，Sm 0.05％，In 0.4％，Nd 27％，B 0.7％，V2.4％，N 0.3％，C 0.3％，Pb 0.4％，其余Fe进行配料，原料中Mn、Sm、In、Nd、Pb、Fe的纯度均大于99.9％；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重量百分含量为24%的硼铁合金形式加入；

2）将上述各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1520℃，得到母合金；然后将母合金放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1510℃；重熔管式坩埚内径为22mm，高度为 250mm，坩埚底部设有孔径为2mm的通孔；重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气***，氮气***的压力为1.8个大气压；

3）重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上6mm处，水槽中水温保持25℃；当母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部阀门，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部通孔喷向水槽，进入水槽形成直径为3～7mm的合金球；

4）然后将合金球置于液氮中进行低温处理,处理温度为-196℃，保温30分钟；取出于室温条件下静置2小时；接着将合金球放入真空度为0.08Pa，炉内气压为1.0atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热到280℃，氢碎80分钟使合金球变为粗粉，粗粉粒度为20～60微米；

5）然后将粗粉放入气流磨中磨成细粉，细粉粒度为3～6微米，气流磨制粉压力5-7atm；用高压气流将粗粉吹起，通过相互之间的碰撞使力度变小。

6）再将细粉放入模具，将细粉压制成块，成型压力为0.04MPa；成型后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1100℃烧结电炉内烧结，保温100分钟后断电，随炉自然冷却至1000℃，再接电保温2h；然后再断电，降温至460℃，再接电保温3h，随炉冷却至室温出炉，即得到钕铁氮永磁材料。

实施例四：（成份配比不在本发明设计方案内）

钕铁氮永磁材料中各成份按重量百分含量：Mn 2％，Sm 0.05％，In 0.2％，Nd24％，B 0.4％，V 0.8％，N 0.1％，C 0.1％，Pb 0. 1％，其余Fe进行配料，制备过程同实施例一。

实施例五：（成份配比不在本发明设计方案内）

钕铁氮永磁材料中各成份按重量百分含量：Mn 5％，Sm 0.3％，In 0.6％，Nd30％，B 1％，V 4％，N 0.5％，C 0.5％，Pb 0.6％，其余Fe进行配料，制备过程同实施例一。

表1

由上表可以看出，材料中添加Mn、Sm、In、Nd、B、V 、N、C 、Pb元素有助于合金具有磁性能的提高。但是超出本申请设计的范围，磁性能非但没提高，反而降低。原因是合金元素过多，会在合金内部形成非磁性化合物，也降低了合金元素的有效作用。 Sm、In、Nd元素过多，不再起作用，也会浪费原材料。

Claims

1.一种钕铁氮永磁材料，其特征是：该材料中各成分的重量百分含量为：Mn 3～4％，Sm0.1～0.2％，In 0.3～0.5％，Nd 26～28％，B 0.5～0.9％，V 1.6～3.2％，N 0.2～0.4％，C0.2～0.4％，Pb 0.2％～0.5％，其余Fe。

2.权利要求1所述钕铁氮永磁材料的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：

1)首先按照上述成分进行配料，原料中Mn、Sm、In、Nd、Pb的纯度均大于99.9％；V、N、C以重量比为V：N：C＝8：1：1的钒氮合金形式加入；B和Fe以含B重量百分含量为24％的硼铁合金形式加入，余量Fe以纯度均大于99.9％的纯铁加入；

2)将上述各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1510～1530℃，得到母合金；然后将母合金放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1500～1520℃；重熔管式坩埚底部设有通孔；重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气***，氮气***的压力为1.7～1.9个大气压；

3)重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上，当母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部阀门，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部通孔喷向水槽，进入水槽形成合金球；

4)然后将合金球置于液氮中进行低温处理,处理温度为-196℃，保温25～30分钟；取出于室温条件下静置1～2小时；接着将合金球放入真空度为0.05～0.1Pa，炉内气压为0.8～1.2atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热到250～300℃，氢碎60～80分钟使合金球变为粗粉；

5)然后将粗粉放入气流磨中磨成细粉，细粉粒度为3～6微米，气流磨制粉压力5-7atm；

6)再将细粉放入模具，将细粉压制成块，成型压力为0.02-0.05MPa；成型后取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.02～0.04Pa，温度1070-1120℃烧结电炉内烧结，保温80～120分钟后断电，随炉自然冷却至900-1100℃，再接电保温2-3h；然后再断电，降温至450-480℃，再接电保温3-4h，随炉冷却至室温出炉，即得到钕铁氮永磁材料。

3.根据权利要求2所述制备方法，其特征是：步骤2)中重熔管式坩埚内径为20～23mm，高度为230～280mm，坩埚底部设有孔径为2～2.5mm的通孔。

4.根据权利要求2所述制备方法，其特征是：步骤3)中重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上5～7mm处，水槽中水温保持15～32℃。

5.根据权利要求2所述制备方法，其特征是：步骤3)中进入水槽形成直径为3～7mm的合金球。

6.根据权利要求2所述制备方法，其特征是：步骤4)中粗粉粒度为20～60微米。