[发明专利]一种喷雾热分解还原法直接制备钐铁合金粉末的方法

说明书

本发明公开一种喷雾热分解还原法直接制备钐铁合金粉末的方法。以钐盐和铁盐的混合水溶液作为喷雾前驱体溶液，利用超声波喷雾热分解法制备出球形的钐铁复合氧化物，然后利用氢气预还原再钙还原或直接钙还原得到钐铁合金。本方法原料成本低，钐铁合金中的钐与铁摩尔比容易通过前驱体溶液中钐盐与铁盐比例调整获得，还原扩散时钐与铁分散性好，还原温度低和反应时间短，可以有效减少钐的挥发及抑制钐铁合金粉末团聚。本方法无需后续球磨破碎工艺，直接就可制备出0.5‑10微米尺寸、近球形颗粒的纯相钐铁合金粉末，使钐铁合金晶粒完整，有利于后续钐铁氮性能的提升，且与高分子复合时有较好的流动加工性。

技术领域

本发明属于金属磁性材料制备技术领域，涉及一种喷雾热分解还原法直接制备钐铁合金粉末的方法,具体是一种先喷雾热分解合成球形钐铁复合氧化物，再通过还原制备获得近球形、尺寸在0.5-10微米纯相的钐铁合金。

背景技术

1990年，Coey等人通过气相-固相反应的方式将N原子引入Sm₂Fe₁₇合金，获得了具有优异内秉磁性能的Sm₂Fe₁₇N_x(x≈3)，其饱和磁化强度μ₀M_s＝1.54T，各向异性场H_a＝17.5MA/m(约为Nd-Fe-B的3倍)和居里温度T_c＝475℃(高出Nd-Fe-B约160℃)，并且Sm₂Fe₁₇N_x中所含的稀土含量比钕铁硼低，有利于保护我国珍贵的稀土资源。另外钐铁氮的抗氧化性能和耐腐蚀性能也均优于钕铁硼，已经成为最具开发潜力的新一代永磁材料。

当前，钐铁氮磁粉的生产步骤主要分成两步：1、钐铁合金的制备，2、钐铁合金的氮化处理，其中钐铁合金的制备是关键。而钐铁合金包括Th2Zn17型的Sm₂Fe₁₇合金和TbCu7型的SmFe₉合金，不管什么型号，其制备主要包括合金熔炼法、熔体快淬法、机械合金化法、还原扩散法、直接共沉淀还原法等几种。合金熔炼法和熔体快淬法都要将金属钐Sm和铁Fe先熔炼后制备，由于铁的熔点(1538℃)明显比钐的熔点(1072℃)高，而钐的饱和蒸气压低极易挥发，因此当两者共熔时会造成钐挥发量极大，钐的挥发会将熔炼观察窗遮盖，使得操作变得困难；同时这两种方法对设备的要求高，特别是熔体快淬法必须在很高的过冷度和精确的钐含量下才能获得纯相的钐铁合金，因此工艺难以控制；另外熔体快淬法获得的合金粉末呈鳞片形状，达不到钐铁氮与高分子材料复合加工时所需的流动性要求。机械合金法是将铁粉与钐粉混合后在行星式高能球磨机进行球磨，通过球磨过程发生固相反应制备钐铁合金，机械合金化法周期长、耗能大而限制了其在工业生产中的应用，且在长时间球磨的过程中不能完全避免粉末被氧化，球磨获得的粉体应力大也会降低磁性能。还原扩散法将氧化钐与铁粉及钙粒混合，利用Ca将氧化钐还原成金属钐然后与铁合金化得到钐铁合金，还原扩散法以氧化钐为原料，与以钐为直接原料的熔炼法相比降低原料成本，但传统的还原扩散法是将氧化钐粉末与铁粉直接机械混合，由于市场上铁粉尺寸较粗大，氧化钐粉末较细，这样的机械混合无法实现氧化钐与铁粉充分地分散均匀，从而影响合金化过程；另外，传统的还原扩散温度范围为1010-1280℃，一般在1100℃左右形成Sm₂Fe₁₇合金，而该温度下Sm的饱和蒸气压仍超过1000Pa，同时还原扩散需要持续几个小时获得单一相的产物，因此Sm的挥发量控制依旧是合成Sm₂Fe₁₇合金的难点之一。另外长时间的反应也无法避免过度烧结导致的颗粒团聚。直接共沉淀还原法是将铁盐和钐盐混合后加入沉淀剂使其生成钐铁复合氢氧化物，然后再还原生成钐铁合金，由于铁盐和钐盐发生沉淀的pH值不一样，因此要获得所需摩尔比的钐铁复合氢氧化物，那么对铁盐和钐盐比例控制就很难，而且含氮或含碳的沉淀剂加入会影响钐铁合金的纯度。钐铁氮粉体尺寸越小，磁性能尤其矫顽力性能越高，因此除机械合金法外，其它方法制备得到的钐铁合金在氮化前都要经过球磨细化使其接近0.5-10微米，而球磨过程时不仅增加了磁粉被氧化的可能性，而且钐铁合金完整晶型被破坏也导致磁性能下降。