高性能SmCo永磁體的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種釤鈷永磁體，特別是一種高性能SmCo永磁體，尤其是高鐵含量高性能2:17型SmCo磁體。
【背景技術】
[0002]近年來，功能材料的不斷發展有力地促進了人類社會的社會進步，永磁材料是功能材料中的一種，由于其具有能量轉化功能和各種磁物理效應，目前已經廣泛用于當今信息社會。稀土永磁材料是現在已知的綜合性能最高的一種永磁材料，它比磁鋼的磁性能高100多倍，比鐵氧體、鋁鎳鈷性能優越得多。由于稀土永磁材料的使用，不僅促進了永磁器件向小型化發展，提高了產品的性能，而且促使某些特殊器件的產生，所以稀土永磁材料一出現，立即引起各國的極大重視，發展極為迅速。稀土永磁材料按成分可主要分為:1.稀土鈷永磁材料，包括稀土鈷(1-5型)永磁材料SmCo5和稀土鈷(2-17型)永磁材料Sm2Col7兩大類；
2.稀土釹永磁材料，NdFeB永磁材料;3.稀土鐵氮(RE_Fe_N系)或稀土鐵碳(RE_Fe_C系)永磁材料。
[0003]釤鈷永磁體出現于20世紀60年代，依據成份的不同分為SmCo5和Sm2Col7，分別為笫一代和笫二代稀土永磁材料，其具有較高的磁能積和可靠的矯頑力，雖然由于其原料是儲量稀少的釤和戰略金屬鈷，原料稀缺、價格昂貴而使其發展受到限制，隨著釹鐵硼材料的發展，其應用領域逐漸減少，但由于釤鈷永磁體在稀土永磁系列中表現出良好的溫度特性。與釹鐵硼相比，釤鈷更適合工作在高溫環境中，因此在軍工技術等高溫嚴苛環境中仍然應用廣泛。
[0004]釤鈷磁體的磁性能與磁粉的組織和粒度密切相關。對于各向異性永磁體來說，磁體中的磁晶都按照易磁化軸的方向排列，磁體的各向異性強，磁性能好;另外永磁合金由于晶粒的尺寸效應具有較高的矯頑力，制備晶粒尺寸較小的永磁合金，從而提高矯頑力也是釤鈷永磁材料的發展方向之一，對于硬磁材料來說，得到高剩余磁化強度的重要條件是磁晶的各向異性強。
[0005]Sm2Col7磁體具有30MG0e(240kJ/m3)的最大磁能積，其機加工難度很大，其含鈷比率比SmCo5更低，原材料成本更低;Sm2Col7磁體具有優良的耐腐蝕性和磁性能高溫穩定性，其它稀土永磁比較，其Br可逆溫度系數最低，典型值為-0.03%/°C。主要應用在伺服馬達、水栗連接器和傳感器;特別是用在磁體工作溫度高，高溫高濕或其它的高腐蝕的環境里。
【發明內容】
[0006]為解決上述問題，本發明公開的高性能SmCo永磁體，主要目的在于現有的技術與工藝的基礎上，引入速凝、氫破、氣流磨等先進的制備工藝，實現釤鈷磁體成分和微觀組織結構的精細化調控，提升釤鈷磁體的磁性能;解決新技術和現有釤鈷磁體工業生產的兼容性冋題，基于衫鉆磁體工業化制備技術的躍升，完成尚磁能積、尚剩磁、尚耐溫性衫鉆磁鋼的批量、穩定化生產，實現電動汽車驅動電機的有效應用。
[0007]本發明公開的高性能SmCo永磁體，SmCo磁體中具有Sm(CobaiFe0.3Cu().()43Zr().()3)^溶態磁體，其中，z取值范圍為7.60-8.06(優選z取值為以下任一:7.60,7.84,8.06);
[0008]固溶態磁體中具有Sm203(這是在磁體制備過程中氧的引入所造成的)；
[0009]高性能SmCo永磁體的加工工藝包括合金鑄錠、氫破碎、氣流磨、壓制成型、燒結固溶、時效處理，其中:燒結固溶為將壓制成型得到的毛坯于1170°C_1220°C下燒結0.3-1小時，隨后于1155°C_1185°C固溶2_6小時，并快速風冷到室溫，得到燒結坯。
[0010]本發明方案通過調控Sm含量來抑制高鐵含量磁體固溶后產生的雜相，最終獲得了較為均勻一致的胞狀結構，提高了磁體的磁性能。
[0011]本發明公開的高性能SmCo永磁體的一種改進，(當Z取值為7.60時)固溶態磁體中包括有結晶A和結晶B，其中結晶B離散分布于結晶A中(結晶B占固溶態磁體總體積的5-12% )』DS表征結果表明，結晶A區域中的Sm含量比結晶B區域高，而結晶A區域中Fe含量比結晶B區域略低。
[0012]本發明公開的高性能SmCo永磁體的一種改進，結晶A的元素組成包括(wt%): Sm26.5% ；Co 46.3% ；Fe 21.0% ；Cu 3.4%;Zr2.8%。
[0013]本發明公開的高性能SmCo永磁體的一種改進，結晶B的元素組成包括(wt%): Sm23.4% ；Co 47.4% ；Fe 22.8% ；Cu 3.5%;Zr2.9%。
[OOM]本發明公開的高性能SmCo永磁體的一種改進，結晶A為TbCm型結構的1: 7H相，其晶帶軸為[1-1-1]方向。
[0015]本發明公開的高性能SmCo永磁體的一種改進，結晶B為Th2Zrm型結構的2:17R相和Th2Nin型結構的2:17H相。
[0016]同時TEM表征顯示，結晶A區域沒有明顯的片狀相，其黑色條紋為樣品厚度信息，電子衍射斑點顯示其為TbCm型結構的1:7H相，其晶帶軸為[1-1-1]方向。結晶B區域存在明顯的片狀相，電子衍射斑點顯示其為Th2Zm7型結構的2:17R相和Th2Nin型結構2:17H相，由于2:17H相的衍射斑點很弱，其含量較少，其片狀相可能為2:17H相。另外，2:17R相的(-101)，(-102)，(-201)，(-202)和(-204)斑點都明顯被拉長，這說明這些晶面存在大量面缺陷，SP無序的2:17R相。另外由于Co-Co啞鈴型結構對隨機取代0&&15型3111(:05中部分的Sm原子則形成了 TbCm型結構，若該取代為完全有序取代則形成Th2Zrm型結構或者Th2Nin型結構，如該取代為部分有序則可能形成含有許多面缺陷的2:17R。可見，B區域為部分有序2:17R相和少量2:17H相的混合體。
[0017]XRD圖譜也表明，z = 7.60磁體XRD圖顯示出明顯的兩相特征，2:17R相和1: 7H相都是在1:5相的基礎上衍生而來，兩者的許多晶面間距都非常相近，所以很多晶面衍射峰重疊在一起，但仍有些晶面的面間距存在較大的差別，因此在XRD圖譜上的某些衍射峰位置出現了明顯分峰現象。由于代表(204)2:17R晶面的(-204)衍射斑點出現了拉長，即(204)2:17R晶面存在許多面缺陷，這將導致XRD中(204)2:17R晶面衍射峰的弱化，故而在其XRD圖譜上(204)2:17R晶面衍射峰很弱。(204)2:17R晶面衍射峰的高低在一定程度上反應了Th2Zni7型結構2:17R相的有序化程度，當(204)2:m晶面衍射峰完全消失時，物相為完全無序取代的2:17相，即為1: 7H相。當z增加到7.84時，磁體表現出1: 7H相的特征，可見，提高z值即降低Sm含量可有效的抑制相分離，從而獲得單一的1:7H相固溶體。但當z值近一步升高到8.06時，合金成分偏向2:17的化學計量比，此時固溶態磁體由于Sm含量過低而難以形成均勻的1:7H相；另外，由于速冷的原因，固溶態磁體形成部分有序的2:17R相，在XRD圖譜上表現出(204)2: m晶面衍射峰的弱化，但此時2:17R相的有序度明顯大于z = 7.60固溶態磁體中的2:17R相。可見Sm含量過低也不利于均勻1: 7H相固溶體的形成。
[0018]本發明公開的高性能SmCo永磁體的一種改進，結晶B中2:17R相是沿ABCABC的方式堆垛的。
[0019]本發明公開的高性能SmCo永磁體的一種改進，結晶B中2:17H相是沿ABAB的方式堆垛的。
[0020]本方案中，采用1190°C_1220°C的燒結溫度，主要是基于如下考慮，高溫燒結(>1210°C)雖然略微提高了磁體的剩磁和矯頑力，但明顯惡化了磁體的方向度，由圖可知，方形度在燒結溫度為1200°C以上時明顯惡化，方向度的惡化可能是Sm揮發造成微觀結構不均勻的結果。結合剩磁、矯頑力和方形度的情況，合適的燒結溫度應該為1200°C。
[0021 ]本發明公開的高性能SmCo永磁體，其性能均不低于以下檢測值:
[0022]l)BH(max)> 30MG0e；
[0023]2)Br>llKGs；
[0024]3)Hcj > 16K0e；
[0025]4)200°C工作溫度下，剩磁溫度系數2 _4.5%%/°C。
[0026]本發明方案中，磁體的剩磁隨z值的升高而增加，矯頑力隨z值的增加先增高后降低，最大磁能積受兩者影響表現出一個先增后降的趨勢。剩磁的單調增加可能是釤含量降低和取向度提高的結果，釤含量降低將增加時效后2:17R相的比例，取向度提高是由于形成了均勻的單一物相，導致剩磁提高。由于在過高和過低的釤含量下都形成了部分無序的2:17R相，破壞了胞狀組織結構的均勻一致性，從而惡化了磁體矯頑力。
【附圖說明】
[0027]圖1、本發明公開的高性能SmCo永磁體的固溶態磁體的SEM圖