一种镨铁硼氮磷永磁材料及制备方法

摘要

本发提供一种镨铁硼氮磷永磁材料及制备方法，该材料具有较高剩磁。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：Cr 0.7～0.9％，Ti 0.7～0.9％，Sm 0.1～0.2％，Er 0.1～0.2％，Te 0.08～0.1％，V 1.6～2.4％，N 0.2～0.3％，C 0.2～0.3％，B 1～2％，Pr 23～25％，Nd 1～2.5％，Pb 0.06％～0.09％，P 1％～3％，其余Fe。

权利要求

1.一种钕镨铁硼氮磷永磁材料，其特征是：该材料中各成分的重量百分含量为：Cr

0.7～0.9％，Ti 0.7～0.9％，Sm 0.1～0.2％，Er 0.1～0.2％，Te 0.08～0.1％，V

1.6～2.4％，N 0.2～0.3％，C 0.2～0.3％，B 1～2％，Pr 23～25％，Nd 1～2.5％，Pb 0.06％～0.09％，P 1％～3％，其余Fe。

2.权利要求1所述钕镨铁硼氮磷永磁材料的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：

1）首先按照上述材料成分进行配料，原料Cr、Ti、Sm、Er、Te、Pr、Nd、Pb的纯度均大于

99.9％；P采用含P重量百分含量为24%的磷铁合金形式加入；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，余量铁以纯Fe形式加入；

2）将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系统；氮气系统的压力为1.6～1.7个大气压；

3）重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上，水槽中水温保持10～30℃；当上述母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部的阀门，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部通孔喷向水槽，进入水槽的合金形状为球形；然后将球形合金放入真空度为0.07～0.1Pa，炉内气压为

0.9～1.2atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至280～300℃，氢碎70～90分钟使球形变为粗粉，粗粉粒度为20～70微米；

4）然后放入气流磨内将粗粉磨成为细粉，气流磨制粉压力4～7atm；

5）再将细粉放入模具，将细粉压制成块，成型压力为0.04～0.05MPa；取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.01～0.03Pa，温度为1080～1150℃的烧结电炉内烧结，保温80～120分钟后断电，随炉自然冷却至850～900℃，再接电保温1～1.5h；

后再断电降温至475～490℃，再接电保温2～3h，然后随炉冷却至室温出炉，即得到钕镨铁硼氮磷永磁材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤2）中重熔管式坩埚内径为21～

22mm，高度为240～280mm，坩埚底部设有孔径为2～2.5mm的通孔。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤3）中所述重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上3～5mm处。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤3）中进入水槽的合金形状为直径为3～5mm的球形。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤4）中细粉粒度为3～5微米。

说明书

一种镨铁硼氮磷永磁材料及制备方法

[0001] 技术领域：

[0002] 本发明属于金属材料领域，涉及一种镨铁硼氮磷永磁材料及制备方法。

[0003] 背景技术：

[0004] CN03150162.1号申请涉及一种用机械合金化制备SmFeN永磁材料的方法，该方法将纯Sm粉、Fe粉按Sm2Fe17成分并多加1～30％的Sm粉配比，即最终质量百分比为25～30％Sm、70～75％Fe。为了提高氮的渗入量，还可以加入具有促进渗氮作用的元素(如Cr、Ni、Co等)，质量百分比约为0.1～2％。将原料粉末初步混合后，在高能球磨机中球磨
1～20小时，球磨介质为含氮物质球磨中每球磨5～30分钟停机5～20分钟，以免罐内温度过高。但该方法制备的材料剩磁偏小。

[0005] 发明内容：

[0006] 本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种镨铁硼氮磷永磁材料，该材料具有较高剩磁。

[0007] 本发明的另一目的是提供上述镨铁硼氮磷永磁材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0009] 一种镨铁硼氮磷永磁材料，该材料中各成分的重量百分含量为：Cr 0.7～0.9％，Ti 0.7～0.9％，Sm 0.1～0.2％，Er 0.1～0.2％，Te 0.08～0.1％，V 1.6～2.4％，N 0.2～0.3％，C 0.2～0.3％，B 1～2％，Pr 23～25％，Nd 1～2.5％，Pb 0.06％～0.09％，P 1％～3％，其余Fe。

[0010] 2、权利要求1所述镨铁硼氮磷永磁材料的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：

[0011] 1）首先按照上述合金成分进行配料，原料Cr、Ti、Sm、Er、Te、Pr、Nd、Pb、Fe的纯度均大于99.9％；P采用含P重量百分含量为24%的磷铁合金形式加入；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；

[0012] 2）将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系统；氮气系统的压力为1.6～1.7个大气压；

[0013] 3）重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上，水槽中水温保持10～30℃；当上述母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部的阀门，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部通孔喷向水槽，进入水槽的合金形状为球形；然后将球形合金放入真空度为0.07～0.1Pa，炉内气压为0.9～1.2atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至280～300℃，氢碎70～90分钟使球形变为粗粉，粗粉粒度为20～70微米；

[0014] 4）然后放入气流磨内将粗粉磨成为细粉，气流磨制粉压力4～7atm；

[0015] 5）再将细粉放入模具，将细粉压制成块，成型压力为0.04～0.05MPa；取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.01～0.03Pa，温度为1080～1150℃的烧结电炉内烧结，保温80～120分钟后断电，随炉自然冷却至850～900℃，再接电保温1～1.5h；后再断电降温至475～490℃，再接电保温2～3h，然后随炉冷却至室温出炉，即得到镨铁硼氮磷永磁材料。

[0016] 本发明的进一步设计在于：

[0017] 步骤2）中重熔管式坩埚内径为21～22mm，高度为240～280mm，坩埚底部设有孔径为2～2.5mm的通孔。

[0018] 步骤3）中所述重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上3～5mm处。

[0019] 步骤3）中进入水槽的合金形状为直径为3～5mm的球形。

[0020] 步骤4）中细粉粒度为3～5微米。

[0021] 本发明相比现有技术具有如下有益效果：

[0022] 本发明在Fe中加入Pr和N，在Fe中加入Nd和B，可形成两种永磁主相。这两个主相复合存在，强化了合金的永磁性能。材料中的P取代部分B原子。合金材料中Sm、Er元素进入主相。这是因为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。Cr、Ti、C改善内禀矫顽力的原因是晶粒交合位置上副相细化晶粒作用；添加了V元素，也可抑制了；材料中的Te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变困难。因此提高了材料的剩磁。

[0023] 本发明的制备方法中，重熔管式坩埚上部有阀门接氮气系统。重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上，熔融母合金在氮气压迫下喷向水槽。进入水槽的合金形状为球形。然后球形合金放入氢碎炉进行氢碎。本发明采用合金成分优化和水冷结合。本案工艺的特点在于有效地增强了相均匀分布并使晶粒得到细化，容易得到高性能产品。

[0024] 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。

[0025] 本发明的镨铁硼氮磷永磁材料性能见表1。

[0026] 附图说明:

[0027] 图1为本发明实施例制备的材料的组织图。

[0028] 由图1可以看出，该镨铁硼氮磷永磁材料的组织致密均匀。

[0029] 具体实施方式：

[0030] 实施例一：

[0031] 本发明镨铁硼氮磷永磁材料的制备方法包括以下步骤：

[0032] 1）首先按照重量百分含量为：Cr 0.7％，Ti 0.7％， Sm 0.1％，Er 0.1％，Te0.08％，V 1.6％，N 0.2％，C 0.2％，B 1％，Pr 23％，Nd 1％，Pb 0.06％，P 1％，其余为Fe进行配料，原料Cr、Ti、Sm、Er、Te 、Pr、Nd、Pb、Fe的纯度均大于99.9％；P采用含P重量百分含量为24%的磷铁合金形式加入。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；

[0033] 2）将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21mm，高度为240mm，坩埚底部设有2mm的通孔；重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统；氮气系统的压力为1.6个大气压；

[0034] 3）重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上3mm处，水槽中水温保持10～15℃；当上述母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部的阀门，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部通孔喷向水槽，进入水槽的合金形状为直径为3～5mm的球形；然后将球形合金放入真空度为0.07Pa，炉内气压为0.9atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至280℃，氢碎70分钟使球形变为粗粉，粗粉粒度为20～70微米；

[0035] 4）然后放入气流磨内将粗粉磨成为细粉，细粉粒度为3～5微米；气流磨制粉压力4atm；

[0036] 5）再将细粉放入模具，将细粉压制成块，成型压力为0.04MPa；取出成型件装入烧结盆，成型件随同烧结盆送入真空度为0.01Pa，温度为1080℃的烧结电炉内烧结，保温80分钟后断电，随炉自然冷却至850℃，再接电保温1h；后再断电降温至475℃，再接电保温2h，然后随炉冷却至室温出炉，即得到镨铁硼氮磷永磁材料。

[0037] 实施例二：

[0038] 本发明镨铁硼氮磷永磁材料的制备方法包括以下步骤：

[0039] 1）首先按照重量百分含量为：Cr 0.9％，Ti 0.9％，Sm 0.2％，Er 0.2％，Te0.1％，V 2.4％，N 0.3％，C 0.3％，B 2％，Pr 25％，Nd2.5％，Pb 0.09％，P3％，其余为Fe进行配料，原料Cr、Ti、Sm、Er、Te 、Pr、Nd、Pb、Fe的纯度均大于99.9％；P采用含P重量百分含量为24%的磷铁合金形式加入。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；

[0040] 2）将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22mm，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系统；氮气系统的压力为1.7个大气压；

[0041] 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20-30℃；当上述母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部的阀门，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部通孔喷向水槽，进入水槽的合金形状为直径为3～5mm的球形；然后将球形合金放入真空度为0.1Pa，炉内气压为1.2atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至300℃，氢碎90分钟使球形变为粗粉，粗粉粒度为20～70微米；

[0042] 4）然后放入气流磨内将粗粉磨成为细粉，细粉粒度为3～5微米；气流磨制粉压力7atm；

[0043] 5）再将细粉放入模具，将细粉压制成块，成型压力为0.05MPa；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，温度为1150℃的烧结电炉内烧结，保温120分钟后断电，随炉自然冷却至900℃，再接电保温1.5h；后再断电降温至490℃，再接电保温3h，然后随炉冷却至室温出炉，即得到镨铁硼氮磷永磁材料。

[0044] 实施例三：

[0045] 本发明镨铁硼氮磷永磁材料的制备方法包括以下步骤：

[0046] 1）首先按照重量百分含量为：Cr 0.8％，Ti 0.8％，Sm 0.05％，Er 0.05％，Te0.09％，V 2％，N 0.25％，C 0.25％，B 1.5％，Pr 24％，Nd 2％，Pb 0.07％，P 2％，其余为Fe进行配料，原料Cr、Ti、Sm、Er、Te 、Pr、Nd、Pb、Fe的纯度均大于99.9％；P采用含P重量百分含量为24%的磷铁合金形式加入。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；

[0047] 2）将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1515℃；重熔管式坩埚内径为21mm，高度为280mm，坩埚底部设有2.5mm的通孔；重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统；
氮气系统的压力为1.7个大气压；

[0048] 3）重熔管式坩埚的底部置于敞口水槽之上3～5mm处，水槽中水温保持20℃左右；当上述母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部的阀门，熔融母合金在氮气压迫下从坩埚底部通孔喷向水槽，进入水槽的合金形状为直径为3～5mm的球形；然后将球形合金放入真空度为0.08Pa，炉内气压为1.0atm的氢碎炉进行氢碎，温度加热至290℃，氢碎80分钟使球形变为粗粉，粗粉粒度为20～70微米；

[0049] 4）然后放入气流磨内将粗粉磨成为细粉，细粉粒度为3～5微米；气流磨制粉压力6atm；

[0050] 5）再将细粉放入模具，将细粉压制成块，成型压力为面0.05MPa；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，温度为1100℃的烧结电炉内烧结，保温80～120分钟后断电，随炉自然冷却至880℃，再接电保温1.5h；后再断电降温至480℃，再接电保温2h，然后随炉冷却至室温出炉，即得到镨铁硼氮磷永磁材料。

[0051] 实施例四：成份配比不在本发明设计范围内

[0052] 镨铁硼氮磷永磁材料中各成份按重量百分含量：Cr 0.6％，Ti0.5％，Sm 0.08％，Er 0.07％，Te 0.06％，V 0.8％，N 0.1％，C 0.1％，B 0.8％，Pr 22％，Nd 0.5％， Pb0.04％，P 0.9％，其余Fe进行配料，制备过程同实施例一。

[0053] 实施例五：成份配比不在本发明设计范围内

[0054] 镨铁硼氮磷永磁材料中各成份按重量百分含量：Cr 1％，Ti 1％，Sm 0.3％，Er0.3％，Te 0.13％，V 3.2％，N 0.4％，C 0.4％，B 3％，Pr 26％，Nd 4％，Pb 1.0％，P 4％，其余Fe进行配料，制备过程同实施例一。

[0055] 表1

[0056]

[0057] 由上表可以看出，材料中添加Cr、Ti、Sm、Er、Te、V、N、C、B、Pr、Nd、P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。Te、Sm、Er、Pr元素过多，不再起作用，反而浪费原材料。