[发明专利]一种高性能钐钴永磁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁材料及其制备方法，尤其涉及一种高性能钐钴永磁材料及其制备方法，属于稀土永磁材料领域。

背景技术

钐钴永磁材料是由钐、钴和其它金属稀土材料经配比，溶炼成合金，经粉碎、压型、烧结后制成的一种磁性材料。具有高磁能积、极低的温度系数、很强的抗腐蚀和抗氧化性，所以被广泛应用在航空航天、国防军工、微波器件、通讯、医疗设备、仪器、仪表，各种磁性传动装置，传感器，磁处理器，电机，磁力起重机等。

但是钐钴永磁材料的力学性能普遍较差，抗弯强度仅为80-120MPa，且存在一个致命弱点，就是它的脆性很大，其断裂韧性小于2.0MPa·m^1/2，严重制约了其应用范围。然而，长期以来人们对钐钴永磁材料的研究主要集中在如何提高其磁性能上，对力学性能研究很少。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种同时具有高磁性能和高力学性能的高性能钐钴永磁材料。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高性能钐钴永磁材料，该高性能钐钴永磁材料包括体积百分比含量分别为10-20％的增强纤维和80-90％的钐钴永磁粉。

烧结钐钴永磁材料的断裂方式主要为脆性解理断裂。烧结钐钴永磁材料的强的室温脆性主要是由于其晶体结构复杂、滑移系统不足造成的，也与其制备工艺有关。因此，本发明在钐钴永磁材料中引入同基体结合良好的且具有较高强韧性的增强纤维以提高其强韧性等力学性能。

在上述的一种高性能钐钴永磁材料中，钐钴永磁粉由以下成分(以质量百分比计)组成：Sm：23-26％，Fe：20-25％，Cu：3-5％，Zr：2-4％，Mn：3-5％，余量为Co。

本发明钐钴永磁粉中含有较高的稀土Sm，稀土Sm含量对磁性能具有重要的影响。然而Sm是极活泼的稀土金属，容易氧化生成Sm₂O₃，而且又是沸点最低的元素，在真空高温条件下，极易蒸发。因此，本发明提高了Sm的含量，并调整了钐钴永磁材料的制备工艺，从而提高钐钴永磁材料中Sm的有效含量，从而获得剩磁、矫顽力和磁能积都较高的钐钴稀土永磁材料。

本发明还提高了Fe的含量，因为铁原子半径大于钴原子，随着铁含量的增加，铁原子可以取代钴原子致使1:7相的晶胞体积增大。而氢原子半径和体积很小(分别为0.079nm和4.9×10^-4nm³)，所以1:7相晶胞体积的增大使得氢原子进入1:7相更为容易，进而促使1:7相吸氢能力提高，从而使本发明可以使用氢碎工艺。

但是，高铁含量的钐钴永磁材料易形成杂相，且对Sm含量极为敏感，所以必须将Fe和Sm的含量控制在上述范围内，才能抑制高铁含量永磁材料固溶后产生的杂相，最终获得较为均匀一致的胞状结构，从而提高本发明钐钴永磁材料的磁性能。

此外，本发明还添加了Mn元素，因为Zr元素易偏聚，严重影响钐钴永磁材料组织定向的稳定性，而添加Mn元素可以消除Zr对组织定向的不利影响，形成稳定的层状定向组织。

在上述的一种高性能钐钴永磁材料中，增强纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、硼纤维中的一种或多种。

本发明使用的增强纤维材料都具有较高的强度、韧性、抗冲击性、耐疲劳性等性能，所以在钐钴永磁材料中混入上述增强材料可以大大提高钐钴永磁材料的力学性能。

本发明的另一个目的在于提供上述高性能钐钴永磁材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

S1、按钐钴永磁粉的组成成分及其质量百分比配料、熔炼并速凝得到合金片；

S2、将上述得到的合金片进行氢碎得到粉末，粉末直接经气流磨制成粉料；

S3、将增强纤维与上述粉料在惰性气体保护下放入成型压机模具中加磁场进行取向，取向后压制成型、退磁并真空封装，得到生坯，将生坯等静压处理后取出；

S4、将上述得到的生坯放入烧结炉中在高温下进行烧结，并进行热处理后得到高性能钐钴永磁材料。

本发明高性能钐钴永磁材料的制备方法中，在现有技术与工艺的基础上，引入了速凝、氢碎、气流磨等先进的制备工艺，实现钐钴永磁材料成分和微观组织结构的精细化调控，提升钐钴永磁材料的磁性能。也解决了新技术和现有钐钴永磁材料工业生产的兼容性问题，完成高磁性能和高力学性能的钐钴永磁材料的批量、稳定化生产。