Sm2Fe17Nx型稀土永磁材料的制备与性能.pdf

第6 2 卷第3 期 2 010 年8 月 有 色金 属 N o n f e n D u sM e t a l s V d6 2 ．N o ．3 A u g ．20l0 S m 2F e l 7N 茗型稀土永磁材料的制备与性能 盛强，李红卫，于敦波，杨红川，罗阳 北京有色金属研究总院稀土材料国家工程研究中心有研稀土新材料股份有限公司，北京10 0 0 8 8 摘要研究S m F e N 稀土永磁材料球磨法制备过程和材料性能。S m ．F e 母合金合适的S m 补偿量为2 0 ％，氮化前最佳的球 磨时间为为1 ．5 h ，合金氮化后为各向同性的粗磁粉，经过进一步球磨细化后，可以得到各向异性的性能高的磁粉。 关键词金属材料；S i n 2 F eJ 7 ；球磨；氮化；备向异性；磁性能 中图分类号T G l 4 6 ．4 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 1 0 0 3 0 0 1 2 0 4 N d - F e ．B 系永磁材料因其优异的磁性能得到迅 速发展和广泛应用1 ，但也存在一定不足之处，如 居里温度低、热稳定性差，导致其工作温度低、耐蚀 性差。在1 9 9 0 年，C o e y 和S u nH o n g 1 报道了利用 气- 固相反应法合成S m F e 。，N ；间隙原子金属问化 合物，S m F e 。，N ，的居里温度比N d F e 。．B 的居里温 度疋 5 8 0 K 高1 6 0 K 左右，其抗氧化性和耐蚀性都 优于N d 2 F e l 4 B 。 目前制备S m F e 。，N 。磁粉的方法很多旧1 ，制备 性能优异的各向异性磁粉的方法主要有球磨法和 H D D R 法，但是H D D R 法性能极不稳定1 ，就球磨 法制备S m F e ”N ；磁粉的最佳工艺进行研究。 1 实验方法 采用工业纯铁和纯度为9 9 ．9 ％的金属钐为原 料，按S m F e ．，化学计量式配比配料，为了弥补S m 的损失，金属S m 适当过量。采用真空感应炉熔炼 成合金锭，合金在真空炉内于1 0 5 0 ℃均匀化热处理 2 4 h 。打磨掉表面的氧化皮，先将铸锭初破碎后，在 高能球磨机上采用酒精保护球磨至2 0 ～4 0 斗m ，放 人管式炉内进行氮化处理，氮化后继续球磨2 h 进一 步细化粉末。采用X R D 分析S m - F e 合金粉末的相 组成，将氮化后的磁粉和细化后的磁粉取向做成测 量样品，样品尺寸为 t 5 m mX5 m m ，在磁场为2 T 的 振动样品磁强计 V S M 上测量磁性能。 2 试验结果与讨论 2 ．1 S m 2 F e 。，合金的获得 收稿日期2 0 0 8 0 5 0 4 作者简介盛强 1 9 8 3 一 ，男，江苏徐州市人，硕士，主要从事稀 土永磁材料等方面的研究。 原料经过熔炼得到的合金一般含有四个相。， 即S m 2 F e l 7 相，d F e 相，S m F e 2 相和S m F e 3 相。其中 a F e 相为软磁相，会严重恶化磁粉的性能，富钐相 S m F e 和S m F e ，相 会在随后的氮化过程中发生分 解反应，生成S t u N 和a ．F e 相。因此，得到单一的 S m F e 。，相是得到高性能S m F e 。，N ，磁粉的先决条件。 由于熔炼过程的熔炼温度和均匀化热处理的温 度高于S m 的熔解温度，金属钐不可避免会产生挥 发，因此添加不同含量的金属S m 补偿挥发损失。 图1 分别S m 过量1 0 ％，1 5 ％和2 0 ％时的S m ．F e 合 金退火后的X 射线衍射图。由图1 可以看出，三种 配比合金的主相均为S m F e ⋯富钐相非常少，都存 在a F e 相，且随着S 功补偿量的增加，a F e 相含量 逐渐减少，S m 补偿量为2 0 ％ 原子分数 时，o c - F e 相 基本消失，说明补偿量适中。 2 ．2 粒度对S m F e 。，合金粉末氮化过程的影响 氮化前对热处理合金进行不同时间的球磨，分 图l不同配比的S m F e 合金退火后的X R D 图 F i g ．1 X R Do fa n n e a l e dS m F ea l l o y s w i t hd i f f e r e n tS mc o n t e n t 万方数据 第3 期盛强等S i n F e ．，N ，型稀土永磁材料的制备与性能 别为1 ．2 5 ，1 ．5 和2 h ，球磨后均过3 8 p 。m 筛子，以得 到不同粒度的粉末，如图2 所示。球磨1 ．2 5 h 的 S m F e 。，合金粉末颗粒很不均匀，同时颗粒相对粗 大。球磨1 ．5 h 的S m F e 。，合金粉末颗粒则相对适 中，同时分布较均匀。球磨2 h 后得到的S m F e ，，合 金因为粉末太细而发生了粉末团聚现象。 a 一1 ．2 5 h ； b 一1 ．5 h ； c ～2 h 图2S m F e 合金球磨不同时间后粉末的S E M 图 F i g ．2 S E MP h o t o so fS m F ea l l o yp o w d e rw i t hd i f f e r e n tm i l l i n gt i m e 图3 为S m F e 合金球磨不同时间后，经过氮化 得到的磁粉的磁滞回线。可以看到，合金粉末氮化 后，随球磨时间的增加，磁粉矫顽力和磁化强度均出 现先升后降的趋势，以球磨1 ．5 h 的合金粉末性能最 一 磨旷嗡 | - 。O O ∞ ．5 0 u J f 一5 0 l 【J 好，矫顽力日。为1 6 9 1 ．5 0 e ，球磨I ．2 5 h 的合金粉末 矫顽力日，为1 1 1 6 ．7 0 e ，球磨2 h 的合金粉末性能最 差，矫顽力H 。仅为4 9 1 ．8 0 e ，接近软磁。 l J I ’ 磨矿1 ．5 1 1 伊 1 m 5 0 嘞． 崮 琶 V 力 { _ 5 0 ，1 0 0 ．1 S n 1 H Jt i e r2 1 1 酽一‘1 I x l d 占 c 澍J 眢 0 r - 8 一嗣I - l 灿 。嘲尉≯’- l ∞期咄唧翻啪神P ～ o r 仉 a 一1 ．2 5 h ； b 一I ．5 h ； c 一2 h 图3S m F e 合金球磨不同时间后氮化粉末的磁滞回线 F i g ．3M a g n e t i ch y s t e r s i sl o o po fS m F e Np o w d e rw i t hd i f f e r e n tm i l l i n gt i m eo fS m F ea l l o y 2 ．3 氮化时间对磁粉性能的影响 氮原子渗入S m F e 。，合金需要一定的时间，因此 不同氮化时间，渗氮的效果也不同。图4 为S m ．F e 合金粉末经过不同氮化时间后得到的磁粉磁滞回 线，由图4 可知，氮化5 h 的磁粉的矫顽力日，为 2 5 9 5 ．O O e ，饱和磁化强度M ；为1 1 8 ．5 6 e m u ／g ，比氮 化3 h 和7 h 磁粉的都要大，磁性能较佳。氮化时间 过短，氮原子不能渗入到合金心部，氮化时间过长， 形成的S m F e ．，N ；结构又容易分解。 2 ．4 后续粉末细化过程对磁粉磁性能的影响 磁粉的磁性能与磁粉的颗粒大小有很大关系， 研究∞。表明，S m F e 。，N 。磁粉粒度达到磁晶单畴尺 寸时，即3 0 0 n t o 左右时，磁性能达到最大值，但现实 情况下，磁粉到达此粒度时，比表面积太大，很容易 发生氧化，磁性能急剧下降。 将氮化后的磁粉采用高能球磨机球磨2 h 后干 燥，球磨前后磁粉磁性能如图5 所示，其中图5 a 样品为未球磨的粗磁粉，两条磁滞回线分别为垂直 磁场取向和平行磁场取向得到的磁粉磁滞回线样 品。图5 b 样品为球磨2 h 后的磁粉。由图5 可 知，未球磨的磁粉垂直磁场取向和平行磁场取向，测 得的磁滞回线基本相同，垂直取向与平行取向矫顽 力比为1 ．3 ，各向异性度差，为各向同性粉，性能也 不高，球磨细化后磁粉垂直取向与平行取向矫顽力 比为2 ．5 ，各向异性度显著提高，磁性能增加，表现 出各向异性磁粉的性能。磁粉经过球磨后，颗粒细 化，接近单晶，同时粒度更均匀，表面光滑。 万方数据 有色金属第6 2 卷 C - 。j ‘ 3结论 H O e ●4 ’。 l ‘H J 矿’ 5 0 嘞 d ； ’， 必 ≯ 一5 0 l f J 1 肌O c l5 1 1 “ 矿一 5 0 c nj 、， 一S 0 。易 一1 0 0 - 1 5 0 - 2 0 0 0 0 - 1o X H J0l 0 0 0 02 0 0 0 0 ／- ／ O e a 一3 h ； b 一5 b ； c 一7 h 图4 不同氮化时间的磁粉磁滞回线 F i g ．4M a g n e t i ch y s t e r s i sl o o po fS m F e Np o w d e rw i t hd i f f e r e n tn i t r o g e n a lt i m e ⋯’ o0 1 耵．* ∞ 矿 a 剐l 岩 u 么 { 一5 0 - 1 c m ．1 i n - 2 1 l 肌J - 1 0 0 0 00I t l0 0 02 0 I J 【耵 H t O e ⋯ 0 十9 D 、矿茹 1 0 0 5 0 固 ． 、‘ 么 { - ．5 0 l o o 1s ‘， ／- ／ a 一O h ； b 一2 h 图5 磁粉不同时间球磨细化后的磁滞回线 F i g ．5M a g n e t i ch y s t e r s i sl o o po fS m F e Np o w d e rw i t hd i f f e r e n tm i l l i n gt i m e 补偿熔炼和退火热处理时S m 烧损的合适补偿 量为2 0 ％。氮化前合金粉末的粒度对氮化效果有 参考文献 直接影响，的最佳球磨时间为1 ．5 h 。不同氮化时 间，渗氮的效果也不同，最佳氮化时间为5 h 。粗磁 粉经过球磨细化后可以显著提高磁性能，提高各向 异性度，由各向同性磁粉转变为各向异性磁粉。 [ 1 ] K w o nHW ，P a r kSU ．S t u d yo nt h ee f f e c to fr e p e a t e dH D D Ro nt h ec o e r c i v i t yo fS m 2F e l 7N ，m a t e r i a l [ J ] ．JA l l o y sa n dC o m p ， 2 0 0 0 ，3 0 2 1 ／2 2 6 1 2 6 5 ． [ 2 ] C o e yJMD ．M a g n e t i cm a t e r i a l s [ J ] ．JA l l o y sC o m p ，2 0 0 1 ，3 2 6 4 2 6 ． [ 3 ] 周寿增，杨俊，尹有祥，等．S m F e 。一。C r 。 1 7 N ．，永磁材料的结构与磁性能[ J ] ．金属学报，1 9 9 4 ，3 0 2 7 2 7 6 ． [ 4 ] 孙继兵，崔春翔，吴瑞国，等．H D D R 处理的不同钐含量S m F e ，，型合金及氮化物的研究[ J ] ．稀有金属材料与工程， 2 0 0 5 ，3 4 7 1 0 6 1 1 0 6 4 ． [ 5 ] 崔春翔，孙继兵，李杰民，等．各向异性s m F e 。，N ，磁粉的结构与磁性能[ J ] ．金属功能材料，2 0 0 3 ，l o 3 I 一4 ． [ 6 ] H uJ i f a n ，Y a n gF u m i n g ，Z h a oR u w e n ，e ta 1 ．C o e r c i v ef i e l do fS m 2F e “ N ，e p o x yr e s i nb o n d e dm a g n e t s [ J ] ．JM a g nM a g nM a t e r ， 1 9 9 4 ，1 3 5 2 2 2 1 2 2 5 ． 暑，3暑u一毒 ∞ ∞ 硼 。 鲫 ∞ 跚 ， ● 一 _ d 万方数据 第3 期盛 强等S m F e ，，N ，犁稀土永磁材料的制备与性能 1 5 P r e p a r a t i o na n dP r o p e r t i e so fS m 2 F e l7 N ，R a r e - e a r t hP e r m a n e n tM a g n e t i cM a t e r i a l s S H E A ’GQ i a n g ，L IH o n g w e i ，Y UD u n b o ，Y A N GH o n g c h u a n ，L U OY a n g N a t i o n a lE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e rf o rR a r eE a r t hM a t e r i a l s ，G r i r e mA d v a n c e dM a t e r i a l sC o ．L t d ， G e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t ef o rN o nf e r r o u sM e t a l s ，B e i j i n g10 0 0 8 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r e p a r a t i o np r o c e s sa n dm a g n e t i cp r o p e r t i e so fS m F e Nt y p er a r e e a r t hm e t a lp e r m a n e n tm a g n e t i cm a t e r i a l b yt h ep o w d e rm e t a l l u r g i cm e t h o da r ei n v e s t i g a t e d ．T h ep r o p e rS mc o m p e n s a t eo fS m F ea l l o yi s2 0 ％，t h eb e s t m i l l i n gt i m eb e f o r en i t r o g e n a t i o ni s 1 ．5h ，t h ea l l o yi st h et h i c k i s o t r o p ym a g n e t i cp o w d e ra f t e rt h ev e r yn i t r a t i o n p r o c e s s ，a n dt h ep o w d e rb e c o m e st h ea n i s o t r o p ym a g n e t i cp o w d e rw i t hh i g hp r o p e r t i e st h r o u g hf u r t h e rr e f i n i n gb y m i l l i n g ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；S m 2F e l 7 ；m i l l i n g ；n i t r a t i o n ；a n i s o t r o p i cp r o p e r t y ；m a g n e t i cp r o p e r t i e s 有色金属欢迎E m a i l 投稿 随着信息化的进程，有色金属 季刊 编辑部逐步实现数字化办公，欢迎广大作者以E - 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