溶胶凝胶法制备纳米双相钕铁硼磁粉的方法

摘要

本发明公开了一种溶胶凝胶法制备纳米双相钕铁硼磁粉的方法。其步骤为：1）将硝酸钕、硝酸铁、金属M的硝酸盐、硼酸、柠檬酸溶解于水中；2）加热搅拌得到溶胶；3) 烘干形成凝胶粉末；4）在空气中热处理得到黑色粉末；5）在氢气气氛下还原热处理；6）与钙粉均匀混合，在真空管式炉内进行高温还原热处理，清洗后得到纳米双相钕铁硼磁性粉末。本发明采用自下而上的化学法制备得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬、软磁相的晶粒尺寸可控，硬磁相晶粒尺寸在10-500nm，软磁相晶粒尺寸在5-200nm，磁性能较高。

权利要求

1.一种溶胶凝胶法制备纳米双相钕铁硼磁粉的方法，其特征在于它的步骤为：

1)将硝酸钕、硝酸铁、金属M的硝酸盐、硼酸溶解于去离子水中，其中元素钕、铁、金属M、硼的比例按钕铁硼磁粉的成分配比添加，硝酸根浓度控制在0.5-10mol/L，然后加入柠檬酸，柠檬酸与硝酸根的摩尔比为1:(0.1-10)，均匀搅拌混合,金属M为Dy、Tb、Nb、Co、Ni、Ga、Zr、Al、Gd、Cu元素中一种或几种；

2)将上述混合溶液加热至50-95℃后，搅拌0.5-10小时，冷却至10-20℃，获得溶胶；

3)将溶胶放入烘箱中，温度为70-120℃，保温0.5-10小时，直到形成凝胶粉末；

4)将上述凝胶粉末在空气中400-1000℃热处理1-4小时，得到黑色粉末；

5)将黑色粉末在氢气气氛下500-900℃还原处理0.1-3h；

6)然后将上述粉末与钙粉均匀混合，钙粉所占质量分数为5-80％，在管式炉内进行高温还原热处理0.5-4小时，温度为600-1000℃，最后用1-10％的醋酸和水反复清洗3-5次，真空干燥后得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬磁相晶粒尺寸在10-500nm，软磁相晶粒尺寸在5-200nm。

2.根据权利要求1所述的溶胶凝胶法制备纳米双相钕铁硼磁粉的方法，其特征在于所述的钕铁硼磁粉的成分配比为NdxFe100-x-y-zByMz(质量百分数)，其中5≤x≤50，

0.2≤y≤5.1，0≤z≤10。

说明书

溶胶凝胶法制备纳米双相钕铁硼磁粉的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种溶胶凝胶法制备纳米双相钕铁硼磁粉的方法。

背景技术

[0002] 纳米复合永磁材料结合了硬磁相高磁晶各向异性和软磁相高饱和磁化强度的优点，通过软磁相与硬磁相纳米晶粒间的交换耦合作用，产生剩磁增强效应，并抑制软磁相的反转磁化，使磁体的退磁曲线表现出单相硬磁材料磁化行为，而且稀土含量较低，可望成为一种有广泛应用前景的廉价、高性能稀土永磁材料。

[0003] 纳米复合稀土永磁材料具有如下特性：1）剩磁增强效应，由于纳米复合磁体是由具有高矫顽力的硬磁相和高饱和磁化强度的软磁相组成的，两者在复合时晶粒间存在较强的交换耦合作用，相邻的两相晶粒的磁矩有向相同方向排列的趋势，引起沿外磁场方向排列的磁矩增多，使得剩磁增强，同时还保持足够高的矫顽力。正是这种剩磁增强效应，连同足够高的矫顽力，使得纳米复合稀土永磁材料具有很高的理论磁能积。2）低稀土含量，与烧结磁体和传统单相粘结磁体相比，纳米复合稀土永磁材料的稀土含量低得多。尤其在烧结Nd-Fe-B中，按照传统工艺为了保证主磁性相尽量高，阻止软磁性相α-Fe和其他非磁性相的析出，稀土总含量必须高于25wt％。而在纳米复合稀土永磁材料中，α-Fe等软磁相是材料整体的组成部分，稀土总含量可降低到l0wt％以下，成本明显降低。这也是其具有发展优势和市场前景的一个重要原因。

[0004] 1988年，首次报导了用快淬法成功制备Nd2Fe14B/Fe3B纳米复合磁体，从实验上揭开了研究纳米复合稀土永磁材料的序幕。随后，研究者采用快淬法、机械合金化法、气体喷雾法等多种手段制备出了纳米复合稀土永磁材料。

[0005] 本发明采用自下而上的化学法制备得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬、软磁相的晶粒尺寸可控，硬磁相晶粒尺寸在10-500nm，软磁相晶粒尺寸在5-200nm，磁性能较高。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种溶胶凝胶法制备纳米双相钕铁硼磁粉的方法。

[0007] 它的步骤为：

[0008] 1）将硝酸钕、硝酸铁、金属M的硝酸盐、硼酸溶解于去离子水中，其中元素钕、铁、金属M、硼的比例按钕铁硼磁粉的成分配比添加，硝酸根浓度控制在0.5-10mol/L，然后加入柠檬酸，柠檬酸与硝酸根的摩尔比为1:（0.1-10），均匀搅拌混合；

[0009] 2）将上述混合溶液加热至50-95℃后，搅拌0.5-10小时，冷却至10-20℃，获得溶胶；

[0010] 3）将溶胶放入烘箱中，温度为70-120℃，保温0.5-10小时，直到形成凝胶粉末；

[0011] 4）将上述凝胶粉末在空气中400-1000℃热处理1-4小时，得到黑色粉末；

[0012] 5）将黑色粉末在氢气气氛下500-900℃还原处理0.1-3h；

[0013] 6）然后将上述粉末与钙粉均匀混合，钙粉所占质量分数为5-80%，在管式炉内进行高温还原热处理0.5-4小时，温度为600-1000℃，最后用1-10%的醋酸和水反复清洗3-5次，真空干燥后得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬磁相晶粒尺寸在10-500nm，软磁相晶粒尺寸在5-200nm。

[0014] 所述的金属M为Dy、Tb、Nb、Co、Ni、Ga、Zr、Al、Gd、Cu元素中一种或几种。

[0015] 所述的钕铁硼磁粉的成分配比为NdxFe100-x-y-zByMz(质量百分数)，其中5≤x≤50，0.2≤y≤5.1，0≤z≤10。

[0016] 本发明采用自下而上的化学法制备得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬、软磁相的晶粒尺寸可控，硬磁相晶粒尺寸在10-500nm，软磁相晶粒尺寸在5-200nm，磁性能较高。

具体实施方式

[0017] 本发明采用自下而上的化学法制备得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬、软磁相的晶粒尺寸可控，磁性能较高。

[0018] 本发明的具体步骤如下：

[0019] 1）将硝酸钕、硝酸铁、金属M的硝酸盐、硼酸溶解于去离子水中，其中元素钕、铁、金属M、硼的比例按钕铁硼磁粉的成分配比添加，硝酸根浓度控制在0.5-10mol/L，然后加入柠檬酸，柠檬酸与硝酸根的摩尔比为1:（0.1-10），均匀搅拌混合，钕铁硼磁粉的成分配比为NdxFe100-x-y-zByMz(质量百分数)，其中5≤x≤50，0.2≤y≤5.1，0≤z≤10，金属M为Dy、Tb、Nb、Co、Ni、Ga、Zr、Al、Gd、Cu元素中一种或几种；

[0020] 2）将上述混合溶液加热至50-95℃后，搅拌0.5-10小时，冷却至10-20℃，获得溶胶；

[0021] 3）将溶胶放入烘箱中，温度为70-120℃，保温0.5-10小时，直到形成凝胶粉末；

[0022] 4）将上述凝胶粉末在空气中400-1000℃热处理1-4小时，得到黑色粉末；

[0023] 5）将黑色粉末在氢气气氛下500-900℃还原处理0.1-3h；

[0024] 6）然后将上述粉末与钙粉均匀混合，钙粉所占质量分数为5-80%，在管式炉内进行高温还原热处理0.5-4小时，温度为600-1000℃，最后用1-10%的醋酸和水反复清洗3-5次，真空干燥后得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬磁相晶粒尺寸在10-500nm，软磁相晶粒尺寸在5-200nm。

[0025] 实施例1：

[0026] 1）将硝酸钕、硝酸铁、硼酸溶解于去离子水中，其中元素钕、铁、硼的比例按钕铁硼磁粉的成分配比添加，硝酸根浓度在3.5mol/L，然后加入柠檬酸，柠檬酸与硝酸根的摩尔比为1:0.5，均匀搅拌混合，钕铁硼磁粉的成分配比为Nd13Fe86.4B0.6(质量百分数)；

[0027] 2）将上述混合溶液加热至75℃后，搅拌0.5-3小时，冷却至20℃，获得溶胶；

[0028] 3）将溶胶放入烘箱中，温度为90℃，保温5小时，直到形成凝胶粉末；

[0029] 4）将上述凝胶粉末在空气中600℃热处理2小时，得到黑色粉末；

[0030] 5）将黑色粉末在氢气气氛下600℃还原处理2h；

[0031] 6）然后将上述粉末与钙粉均匀混合，钙粉所占质量分数为50%，在管式炉内进行高温还原热处理2.5小时，温度为850℃，最后用6%的醋酸和水反复清洗3次，真空干燥后得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬磁相晶粒尺寸在100nm，软磁相晶粒尺寸在40nm。磁性粉末剩磁为0.8T，矫顽力为6.7kOe，最大磁能积为4.9MGOe。

[0032] 实施例2：

[0033] 1）将硝酸钕、硝酸铁、硝酸镝、硝酸铌、硼酸溶解于去离子水中，其中元素钕、铁、镝、铌、硼的比例按钕铁硼磁粉的成分配比添加，硝酸根浓度在5mol/L，然后加入柠檬酸，柠檬酸与硝酸根的摩尔比为1:1，均匀搅拌混合，钕铁硼磁粉的成分配比为Nd10Fe85.3B0.9Dy3Nb0.8(质量百分数)；

[0034] 2）将上述混合溶液加热至90℃后，搅拌1小时，冷却至20℃，获得溶胶；

[0035] 3）将溶胶放入烘箱中，温度为100℃，保温8小时，直到形成凝胶粉末；

[0036] 4）将上述凝胶粉末在空气中500℃热处理1小时，得到黑色粉末；

[0037] 5）将黑色粉末在氢气气氛下700℃还原处理1h；

[0038] 6）然后将上述粉末与钙粉均匀混合，钙粉所占质量分数为60%，在管式炉内进行高温还原热处理2小时，温度为900℃，最后用5%的醋酸和水反复清洗3次，真空干燥后得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬磁相晶粒尺寸在50nm，软磁相晶粒尺寸在30nm。磁性粉末剩磁为0.76T，矫顽力为9.3kOe，最大磁能积为7.35MGOe。

[0039] 实施例3：

[0040] 1）将硝酸钕、硝酸铁、硝酸镝、硝酸锆、硝酸铜、硼酸溶解于去离子水中，其中元素钕、铁、镝、锆、铜、硼的比例按钕铁硼磁粉的成分配比添加，硝酸根浓度在1mol/L，然后加入柠檬酸，柠檬酸与硝酸根的摩尔比为1:0.3，均匀搅拌混合，钕铁硼磁粉的成分配比为Nd8.5Fe86.6B0.7Dy3.6Zr0.4Cu0.2(质量百分数)；

[0041] 2）将上述混合溶液加热至75℃后，搅拌6小时，冷却至20℃，获得溶胶；

[0042] 3）将溶胶放入烘箱中，温度为90℃，保温10小时，直到形成凝胶粉末；

[0043] 4）将上述凝胶粉末在空气中450℃热处理2小时，得到黑色粉末；

[0044] 5）将黑色粉末在氢气气氛下550℃还原处理2h；

[0045] 6）然后将上述粉末与钙粉均匀混合，钙粉所占质量分数为50%，在管式炉内进行高温还原热处理1.5小时，温度为800℃，最后用2%的醋酸和水反复清洗5次，真空干燥后得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬磁相晶粒尺寸在40nm，软磁相晶粒尺寸在20nm。磁性粉末剩磁为0.86T，矫顽力为9.7kOe，最大磁能积为9.43MGOe。

[0046] 实施例4：

[0047] 1）将硝酸钕、硝酸铁、硝酸镝、硝酸铝、硼酸溶解于去离子水中，其中元素钕、铁、镝、铝、硼的比例按钕铁硼磁粉的成分配比添加，硝酸根浓度在1mol/L，然后加入柠檬酸，柠檬酸与硝酸根的摩尔比为1:0.3，均匀搅拌混合，钕铁硼磁粉的成分配比为Nd9.3Fe87.3B0.5Dy2.5Al0.2(质量百分数)；

[0048] 2）将上述混合溶液加热至85℃后，搅拌3小时，冷却至15℃，获得溶胶；

[0049] 3）将溶胶放入烘箱中，温度为120℃，保温6小时，直到形成凝胶粉末；

[0050] 4）将上述凝胶粉末在空气中550℃热处理3小时，得到黑色粉末；

[0051] 5）将黑色粉末在氢气气氛下650℃还原处理1h；

[0052] 6）然后将上述粉末与钙粉均匀混合，钙粉所占质量分数为50%，在管式炉内进行高温还原热处理2.5小时，温度为950℃，最后用2%的醋酸和水反复清洗5次，真空干燥后得到纳米双相钕铁硼磁性粉末，其硬磁相晶粒尺寸在120nm，软磁相晶粒尺寸在80nm。磁性粉末剩磁为0.69T，矫顽力为5.7kOe，最大磁能积为5.43MGOe。