[发明专利]一种钐铁氮永磁粉末的制备方法

说明书

本发明属于永磁材料领域，公开了一种钐铁氮永磁粉末的制备方法。将钐铁合金或钐、铁纯金属与硬质合金球按一定料球比放入等离子体辅助球磨设备的球磨罐中，抽真空后通入氮气或氨气，然后进行等离子体辅助球磨，得到钐铁氮永磁粉末。本发明通过通入氮气或氨气条件下进行等离子体辅助球磨，制备过程中不产生杂质，磁粉不被氧化，可以有效提高N进入钐铁合金的效率，而且通过形成独特的结构显著提高了钐铁氮磁粉的磁性能。

技术领域

本发明属于永磁材料领域，具体涉及一种钐铁氮永磁粉末的制备方法。

背景技术

从1905年到1990年，永磁材料的最大磁能积发展呈指数形增长，永磁材料在此期间飞速发展。但最近几十年里，永磁材料的发展遇到了瓶颈期，永磁材料的市场主角一直是稀土永磁钕铁硼，目前商业烧结钕铁硼磁体的磁能积已超过了430kJ/m³，已经接近理论值。与第一、二代稀土永磁材料相比，钕铁硼磁体的磁性能优异、成本低，迅速占领了市场。但是，在高温应用环境下，Nd-Fe-B显得无能为力，因为它的居里温度大概约为595K。此外由于永磁铁氧体的综合磁性能较低，其最大磁能积很低；钐钴磁体价格昂贵且机械加工性能一般。于是我们急需找到新型的永磁材料，以弥补Nd-Fe-B的高温应用不足。近几年来研究发现，Sm₂Fe₁₇N₃化合物具有优异的内禀磁性能，居里温度达750K，比Nd₂Fe₁₄B的高出约160K，磁晶各向异性场H_A为11200kA/m(约14T)，达到了Nd₂Fe₁₄B的2倍，理论磁能积的上限值为450kJ/m³，与Nd₂Fe₁₄B的相当，而且其磁体的热稳定性、抗氧化性和耐腐蚀性均优于钕铁硼磁体。重要的是，近几年来世界范围内稀土大量的开发与使用引起Nd的价格上涨，导致Nd-Fe-B磁体的生产成本增加，而稀土Sm则处于相对过剩状态，开发性价比相对较高的Sm-Fe-N磁体将有利于稀土资源的合理利用。

到目前为止，Sm₂Fe₁₇N_x稀土永磁材料的研究方面主要集中在采用HDDR法、传统粉末冶金法以及还原扩散法，其中，熔融快淬后高能球磨制粉再高温渗氮是制备钐铁氮磁粉的常用方法，即先将钐、铁进行熔炼得到钐铁合金后，采用高能球磨得到钐铁合金粉末，之后将得到的钐铁合金粉末放入充满氮气的高温炉进行渗氮处理，此种方式有三点不足之处：其一、高能球磨法的工作效率较低，这导致需要较长的球磨时间，并带来球磨介质污染，而且不易对材料的组织结构进行精确控制；其二、在球磨后得到钐铁合金粉的转移过程中，钐铁合金粉末容易被氧化，一旦钐铁合金粉氧化后，钐铁合金粉表面会包覆一层氧化膜，导致氮原子难以与其反应进入钐铁合金空隙，成为制备钐铁氮过程中最主要的困难。三、常压氮化过程中，氮气分解为氮原子的吉布斯自由能大于零，根据热力学定律，该过程不能自发进行。因此，需要将物理能场与传统球磨的机械能叠加，使球磨机械能与物理能有机结合起来，从而增强对粉末的复合作用或对反应气体进行活性激活加速粉末的组织细化及加速机械合金化进程，提高球磨效率并增强其与反应气体的作用。如果能通过外加物理场使渗氮与高能球磨结合起来，那将为制备高性能钐铁氮磁粉领域将提供一条新的道路，具有重要的意义。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种钐铁氮永磁粉末的制备方法。该方法通过外加物理场使渗氮与高能球磨结合起来，利用放电等离子辅助球磨技术一步法制备钐铁氮粉末。该方法不仅可以减少工艺流程，而且可以有效避免磁粉被氧化，并使物理能场与传统球磨的机械能叠加，提高氮原子进入钐铁合金的可能性，得到高性能低价格的钐铁氮磁粉。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的钐铁氮永磁粉末。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种钐铁氮永磁粉末的制备方法，包括如下制备步骤：