CN108335819A - 一种烧结磁性复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种烧结磁性复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烧结磁性复合材料及其制备方法，该磁性复合材料由材料A、材料B、材料C和铜合金D混合烧结制成；材料A、材料B、材料C及铜合金D重量比为0.05：（1‑1.3）：（0.003‑0.008）：（0.05‑0.09）。该烧结磁性复合材料制备工艺简便，制备所用原料成本较低，过程简单，生产的合金具有良好的性能，便于工业化生产。本发明制备的永磁材料适用于电器行业。

Description

一种烧结磁性复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体说是一种烧结磁性复合材料及其制备方法。
背景技术
中国专利文献CN107424703A公开了一种晶界扩散法制作烧结钕铁硼永磁的重稀土附着工艺，通过将材质为烧结钕铁硼的磁铁和纯铁片一侧面吸附后构成吸合工装，然后通过吸合工装分别将规定量的重稀土单质粉末压合吸附在待附着工件的两个附着端面。该附着工艺既能够保障产品磁性能的实现，也无需增添更多的生产和检验设备，无需新增复杂的流程及工艺方法，使钕铁硼生产工厂利用现有设备，在现有操作方法的基础上，采用巧妙而简单的工装，就可以实现批量化生产。但是，该生产方法复杂，剩磁并不高。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种烧结磁性复合材料。
本发明的另一目的是提供烧结磁性复合材料的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种烧结磁性复合材料，该磁性复合材料由材料A、材料B、材料C和铜合金D混合烧结制成，其中：
材料A中各成分的重量百分含量为：C 0.18～0.28％，Mn 0.40～0.70％，Sn 0.30-0.5％，S 0.02-0.05％，P 0.02-0.045％，Nd 2～7％，Os 0.08～0.12％，Er 0.05～0.09％，其余Fe。
材料B中各成分的重量百分含量为： B 2～5％，Nd 27～32％，Os 0.8～1.2％，Sb3～5％, Er 0.05～0.09％，S 0.8～1.3％，其余Fe。
材料C中各成分的重量百分含量为：Al2O3 21-25％，ZrO2 3-8％，ZnO 0.3-0.5％，BaO 3-5％，MnO 5-9％，Yb2O3 3-6％，Fe2O3 0.5-0.9％，TiO2 1-3％，Er2O3 0.02-0.05％，K2O0.5-0.8％，B2O3 3-5％，其余SiO2。
铜合金D中各成分的重量百分含量为：P 0.10～0.25％，Sn 5.0～7.0％，Pb 0.01-0.03％，Nd 0. 4～0. 8％，Er 0.05～0.09％，铜余量。
本发明进一步的设计方案中，材料A、材料B、材料C及铜合金D重量比为0.05：（1-1.3）：（0.003-0.008）：（0.05-0.09）。
一种烧结磁性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、分别制备材料A、材料B、材料C和铜合金D。
步骤2、按材料A、材料B、材料C和铜合金D重量比为0.05：（1-1.3）：（0.003-0.008）：（0.05-0.09）进行配料，加入到 混合机中混合均匀，得混合粉料。
步骤3、将混合粉料在磁场压机中取向，应用等静压方式成型，得到成型毛坯。
步骤4、将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先升温至660-700℃，保温3-4h，然后升温至1000-1090℃烧结3-4h。
步骤5、冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在650-690℃和560-590℃热处理回火1-2h；最后经200-230℃时效处理12-14h后得到烧结磁性复合材料产品。
本发明进一步的设计方案中，步骤1中，材料A中各成分的重量百分含量为：C 0.18～0.28％，Mn 0.40～0.70％，Sn 0.30-0.5％，S 0.02-0.05％，P 0.02-0.045％，Nd 2～7％，Os 0.08～0.12％，Er 0.05～0.09％，其余Fe。
步骤1中，材料B中各成分的重量百分含量为：B 2～5％，Nd 27～32％，Os 0.8～1.2％，Sb 3～5％, Er 0.05～0.09％，S 0.8～1.3％，其余Fe。
步骤1中，材料C中各成分的重量百分含量为：Al2O3 21-25％，ZrO2 3-8％，ZnO0.3-0.5％，BaO 3-5％，MnO 5-9％，Yb2O3 3-6％，Fe2O3 0.5-0.9％，TiO2 1-3％，Er2O30.02-0.05％，K2O 0.5-0.8％，B2O3 3-5％，其余SiO2。
步骤1中，铜合金D中各成分的重量百分含量为：P 0.10～0.25％，Sn 5.0～7.0％，Pb 0.01-0.03％，Nd 0. 4～0. 8％，Er 0.05～0.09％，铜余量。
本发明具有以下突出的有益效果：
本发明的烧结磁性复合材料中，材料A形成的主相晶粒间的副相富铁相,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。材料A中的Nd 、Os、 Er 、Sn和材料B相对应，防止了材料B中关键元素在烧结中的扩散转移。材料B主要形成磁性主相Nd2Fe14B和次主相Er2Fe14B，强化了去磁耦合作用，使磁体既有高的矫顽力又避免了剩磁大幅下降，从而获得较高的综合磁性能。在烧结过程中，添加高熔点合金元素Os，可使磁 体组织中析出新相，消除了主相晶粒之间直接 接触的现象，有效抑制主相晶粒的长大，利于 获得较细小均匀的晶粒组织,同时可改 善 主相磁体的热稳定性。材料C即金属氧化物复合体熔点低，可均匀的分布在主相晶界起到钉扎作用，矫顽力得到了提高。铜合金D熔点低，抑制材料B中相的长大，使主相界面缺陷密度减少，反磁化畴在界面形核困难。此外可弥散地分布在主相晶粒的周围，能够有效改善晶界相的组织结构，对磁体进行晶界改性，强化晶界相。因此提高了材料的剩磁。铜合金D中的Nd、Os、Er和材料B相对应，防止了材料B中关键元素在烧结中的扩散转移。
本发明所得产品具有优异磁性能。另外制备过程中合金经过适当处理，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，保证了合金的质量。该烧结磁性复合材料制备工艺简便，制备所用原料成本较低，过程简单，生产的合金具有良好的性能，便于工业化生产。本发明制备的永磁材料适用于电器行业。
附图说明
图1是实施例1中烧结磁性复合材料组织图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例 1
一种烧结磁性复合材料，该磁性复合材料由材料A、材料B、材料C和铜合金D混合烧结制成；材料A、材料B、材料C及铜合金D重量比为0.05：1.3：0.003：0.05。其中：
材料A中各成分的重量百分含量为： C 0.18％，Mn 0.40％，Sn 0.30％，S 0.02％，P0.02％，Nd 2％，Os 0.08％，Er 0.05％，其余Fe。
材料B中各成分的重量百分含量为： B 2％，Nd 27％，Os 0.8％，Sb 3％, Er0.05％，S 0.8％，其余Fe。
材料C中各成分的重量百分含量为：Al2O3 21％，ZrO2 3％，ZnO 0.3％，BaO 3％，MnO 5％，Yb2O3 3％，Fe2O3 0.5％，TiO2 1％，Er2O3 0.02％，K2O 0.5％，B2O3 3％，其余SiO2。
铜合金D中各成分的重量百分含量为：P 0.10％，Sn 5.0％，Pb 0.01％，Nd 0.4％，Er 0.05％，铜余量。
烧结磁性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、分别制备材料A、材料B、材料C和铜合金D。
制备材料A时，先将255A钢废料放入氢氧化钾碱液中浸泡处理1-2小时，氢氧化钾溶液浓度是1－1.5%，碱液温度56-65℃。碱液处理完后再用清水冲洗3次后烘干，便可放入感应炉中熔炼，然后再放入Nd 、Os、 Er及255A涉及的相应元素的物质，熔炼温度为1610～1640℃，得到合金液体；合金液体的成分为 C 0.18％，Mn 0.40％，Sn 0.30％，S 0.02％，P0.02％，Nd 2％，Os 0.08％，Er 0.05％，其余Fe。将合金液体注入位于雾化喷嘴之上的中间包内。合金液由中间包底部漏眼流出，通过喷嘴时与高速气流相遇被雾化为细小液滴，雾化液滴在封闭的雾化筒内快速凝固成合金粉末。合金粉末平均粒度均为6～10μm。雾化气体压力为3-6MPa。液态金属流体流量为2-4kg/min。合金液体注入温度为1610～1650℃。雾化角为30度。
制备材料B的，按照重量百分含量为B 2％，Nd 27％，Os 0.8％，Sb 3％, Er0.05％，S 0.8％，其余Fe进行配料。Nd、Os、 Er、Sb、Fe 为纯物质（元素含量大于99.9%）。B以硼铁中间合金的形式加入， 硼铁中间合金的含B量为24-26%。先将原料感应炉中熔炼，熔炼温度为1590～1650℃，得到母合金液体； 熔融母合金液在氮气保护下浇在成型炉转盘上，形成铸片； 转盘浇注点的旋转线速度为20～22m/s。铸片厚度为1～3毫米，长宽度为5～8毫米。然后放入一个可密封的反应釜，反应釜通入H2S气体后，加热100~130℃，时间2-3h，然后取出空冷。再将处理后的铸片放入真空度为0.10～0.13Pa，炉内气压为0.9～1.3atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至290～305℃，氢碎40～45分钟得到粗粉；然后将粗粉放入气流磨中将粗粉磨为细粉，制成平均粒度均为5～10μm，气流磨制粉压力4～6atm。
材料C按照重量百分比为Al2O3 21％，ZrO2 3％，ZnO 0.3％，BaO 3％，MnO 5％，Yb2O3 3％，Fe2O3 0.5％，TiO2 1％，Er2O3 0.02％，K2O 0.5％，B2O3 3％，其余SiO2进行配料，各原料纯度均大于99.9％；将各原料在砂磨机中进行混合和破碎，而后将粉料在110-120℃下烘干，烘干后再过筛，筛网为180-220目，然后放入烧结炉进行烧结。烧结温度为1290-1310 ℃，最后将烧结产物在研磨机中使粉体粒径达到5-10微米。
制备铜合金D时，按P 0.10％，Sn 5.0％，Pb 0.01％，Nd 0. 4％，Er 0.05％，铜余量进行配料， Sn、Pb、Nd、Er、Cu原料均为纯物质。P采用磷铜中间合金UP14，其中P含量在13-15%。将原料放入感应炉中熔炼中熔炼，熔炼温度为1220～1260℃，得到合金液体；将合金液体注入位于雾化喷嘴之上的中间包内。合金液由中间包底部漏眼流出，通过喷嘴时与高速气流相遇被雾化为细小液滴，雾化液滴在封闭的雾化筒内快速凝固成合金粉末。合金粉末平均粒度均为5～8μm。雾化气体压力为5-8MPa。液态金属流体流量为2-4kg/min。合金液体注入温度为1210～1230℃。雾化角为33度。
步骤2、按材料A、材料B、材料C和一种铜合金D重量比为0.05：1.3：0.003：0.05进行配料，加入到 混合机中混合均匀，得混合粉料。
步骤3、将混合粉料在磁场压机中取向，应用等静压方式成型，得到成型毛坯。
步骤4、将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先升温至660-700℃，保温3-4h，然后升温至1000-1090℃烧结3-4h。
步骤5、冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在650-690℃和560-590℃热处理回火1-2h；最后经200-230℃时效处理12-14h得到烧结磁性复合材料产品。
烧结磁性复合材料产品的组织图将附图1，可见组织均匀致密。经检测分析，烧结磁性复合材料的最大磁能积为48.22(BH)max/MGOe，矫顽力为27.55Hcj/ KOe；剩磁为15.01Br/ KGs。均优于中国专利文献CN107424703A中材料的性能。
实施例2
本实施例中，除了材料A、材料B、材料C和铜合金D的烧结磁性复合材料的原料配比不同外，其余及制备方法与实施例1相同。
本实施例中，烧结磁性复合材料的原料配比为：0.05：1.1：0.005：0.07
材料A中各成分的重量百分含量为：C 0.23％，Mn 0.60％，Sn 0.4％，S 0.04％，P 0.03％，Nd 5％，Os 0.1％，Er 0.07％，其余Fe；
材料B中各成分的重量百分含量为： B 3％，Nd 30％，Os 0.1％，Sb 4％, Er 0.07％，S0.1％，其余Fe；
材料C中各成分的重量百分含量为：Al2O3 23％，ZrO2 5％，ZnO 0.4％，BaO 4％，MnO7％，Yb2O3 5％，Fe2O3 0.7％，TiO2 2％，Er2O3 0.03％，K2O 0.7％，B2O3 4％，其余SiO2；
铜合金D中各成分的重量百分含量为：P 0.2％，Sn 6％，Pb 0.02％，Nd 0. 6％，Er0.07％，铜余量。
经检测分析，烧结磁性复合材料的最大磁能积为49.02(BH)max/MGOe，矫顽力为27.98Hcj/ KOe；剩磁为15.89Br/ KGs。均优于中国专利文献CN107424703A中材料的性能。
实施例3
本实施例中，除了材料A、材料B、材料C和铜合金D的烧结磁性复合材料的原料配比不同外，其余及制备方法与实施例1相同。
本实施例中，烧结磁性复合材料的原料配比为：0.05：1 ： 0.008： 0.09。
材料A中各成分的重量百分含量为：C 0.28％，Mn 0.70％， Sn 0.5％，S 0.05％，P0.045％，Nd 7％，Os 0.12％，Er 0.09％，其余Fe；
材料B中各成分的重量百分含量为： B 5％，Nd 32％，Os 1.2％，Sb 5％, Er 0.09％，S1.3％，其余Fe；
材料C中各成分的重量百分含量为：Al2O3 25％，ZrO2 8％，ZnO 0.5％，BaO 5％，MnO9％，Yb2O3 6％，Fe2O3 0.9％，TiO2 3％，Er2O3 0.05％，K2O 0.8％，B2O3 5％，其余SiO2；
铜合金D中各成分的重量百分含量为：P 0.25％，Sn 7.0％，Pb 0.03％，Nd 0. 8％，Er0.09％，铜余量。
经检测分析，烧结磁性复合材料的最大磁能积为48.68(BH)max/MGOe，矫顽力为27.67Hcj/ KOe；剩磁为15.75Br/ KGs。均优于中国专利文献CN107424703A中材料的性能。
实施例4
本实施例中，除了材料A、材料B、材料C和铜合金D的烧结磁性复合材料的原料配比不同外，其余及制备方法与实施例1相同。
本实施例中，烧结磁性复合材料的原料配比为：0.05：1.4：0.001：0.04。
材料A中各成分的重量百分含量为： C 0.1％，Mn 0.3％， Sn 0.2％，S 0.01％，P0.01％，Nd 1 ％，Os 0.06％，Er 0.03％，其余Fe；
材料B中各成分的重量百分含量为： B 1％，Nd 25％，Os 0.6％，Sb 2％, Er 0.03％，S0.6％，其余Fe；
材料C中各成分的重量百分含量为：Al2O3 18％，ZrO2 2％，ZnO 0.2％，BaO 2％，MnO4％，Yb2O3 2％，Fe2O3 0.4％，TiO2 0.5％，Er2O3 0.01％，K2O 0.4％，B2O3 2％，其余SiO2；
铜合金D中各成分的重量百分含量为：P 0.05％，Sn 3％，Pb 0.003％，Nd 0. 3％，Er0.04％，铜余量。
经检测分析，烧结磁性复合材料的最大磁能积为47.56(BH)max/MGOe，矫顽力为27.32Hcj/ KOe；剩磁为14.76Br/ KGs。可知，该实施例得到的烧结磁性复合材料的性能力低于实施例1-3的烧结磁性复合材料的性能。
实施例5
本实施例中，除了材料A、材料B、材料C和铜合金D的烧结磁性复合材料的原料配比不同外，其余及制备方法与实施例1相同。
本实施例中，烧结磁性复合材料的原料配比为：0.05：0.8：0.009：0.12。
材料A中各成分的重量百分含量为： C 0.35％，Mn 0.8％， Sn 0.6％，S 0.06％，P0.05％，Nd 8 ％，Os 0.15％，Er 0.12％，其余Fe；
材料B中各成分的重量百分含量为： B 6％，Nd 36 ％，Os 1.4％，Sb 7％, Er 0.12％，S 1.5％，其余Fe；
材料C中各成分的重量百分含量为：Al2O3 27％，ZrO2 10％，ZnO 0.8％，BaO 6％，MnO10％，Yb2O3 8％，Fe2O3 1.3％，TiO2 4％，Er2O3 0.07％，K2O 0.9％，B2O3 6％，其余SiO2；
铜合金D中各成分的重量百分含量为：P 0.35％，Sn 8％，Pb 0.05％，Nd 0. 9％，Er0.13％，铜余量。
经检测分析，烧结磁性复合材料的最大磁能积为47.98(BH)max/MGOe，矫顽力为27.34Hcj/ KOe；剩磁为14.96Br/ KGs。可知，该实施例得到的烧结磁性复合材料的性能力低于实施例1-3的烧结磁性复合材料的性能。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种烧结磁性复合材料，其特征在于，该磁性复合材料由材料A、材料B、材料C和铜合金D混合烧结制成；其中：
材料A中各成分的重量百分含量为：C 0.18～0.28％，Mn 0.40～0.70％，Sn 0.30-0.5％，S 0.02-0.05％，P 0.02-0.045％，Nd 2～7％，Os 0.08～0.12％，Er 0.05～0.09％，其余Fe；
材料B中各成分的重量百分含量为： B 2～5％，Nd 27～32％，Os 0.8～1.2％，Sb 3～5％, Er 0.05～0.09％，S 0.8～1.3％，其余Fe；
材料C中各成分的重量百分含量为：Al2O3 21-25％，ZrO2 3-8％，ZnO 0.3-0.5％，BaO3-5％，MnO 5-9％，Yb2O3 3-6％，Fe2O3 0.5-0.9％，TiO2 1-3％，Er2O3 0.02-0.05％，K2O0.5-0.8％，B2O3 3-5％，其余SiO2；
铜合金D中各成分的重量百分含量为：P 0.10～0.25％，Sn 5.0～7.0％，Pb 0.01-0.03％，Nd 0. 4～0. 8％，Er 0.05～0.09％，铜余量。
2.根据权利要求1所述的烧结磁性复合材料，其特征在于，材料A、材料B、材料C及铜合金D重量比为0.05：（1-1.3）：（0.003-0.008）：（0.05-0.09）。
3.一种烧结磁性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、分别制备材料A、材料B、材料C和铜合金D；
步骤2、按材料A、材料B、材料C和铜合金D重量比为0.05：（1-1.3）：（0.003-0.008）：（0.05-0.09）进行配料，加入到混合机中混合均匀，得到混合粉料；
步骤3、将混合粉料在磁场压机中取向，应用等静压方式成型，得到成型毛坯；
步骤4、将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先升温至660-700℃，保温3-4h，然后升温至1000-1090℃烧结3-4h；
步骤5、冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在650-690℃和560-590℃热处理回火1-2h；最后经200-230℃时效处理12-14h后得到烧结磁性复合材料产品。
4.根据权利要求3所述的烧结磁性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，材料A中各成分的重量百分含量为： C 0.18～0.28％，Mn 0.40～0.70％， Sn 0.30-0.5％，S0.02-0.05％，P 0.02-0.045％，Nd 2～7％，Os 0.08～0.12％，Er 0.05～0.09％，其余Fe。
5.根据权利要求3所述的烧结磁性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，材料B中各成分的重量百分含量为： B 2～5％，Nd 27～32％，Os 0.8～1.2％，Sb 3～5％, Er0.05～0.09％，S 0.8～1.3％，其余Fe。
6.根据权利要求3所述的烧结磁性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，材料C中各成分的重量百分含量为：Al2O3 21-25％，ZrO2 3-8％，ZnO 0.3-0.5％，BaO 3-5％，MnO5-9％，Yb2O3 3-6％，Fe2O3 0.5-0.9％，TiO2 1-3％，Er2O3 0.02-0.05％，K2O 0.5-0.8％，B2O3 3-5％，其余SiO2。
7.根据权利要求3所述的烧结磁性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，铜合金D中各成分的重量百分含量为：P 0.10～0.25％，Sn 5.0～7.0％，Pb 0.01-0.03％，Nd 0. 4～0. 8％，Er 0.05～0.09％，铜余量。
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