[发明专利]晶界组织重构制备高性能钐钴磁体的方法

说明书

本发明涉及一种晶界组织重构制备高性能钐钴磁体的方法。所述晶界组织重构是指添加第二相晶界合金，补充主合金晶界相中贫乏元素，使得晶界变得更加连续、光滑且均质化，晶界处组成接近晶内，晶界附近形成完整胞状结构，晶界内部形成近似晶内的胞状结构。所述第二相晶界合金分子式为Sm(Fe_balCo_aCu_b)_c，其中，a＝0～1，b＝0～1，c＝0～5，bal＝1‑a‑b；主合金成分为Sm(Co_balFe_uCu_vZr_w)_z，其中，u＝0.25～0.5，v＝0.03～0.1，w＝0.01～0.04，z＝7～8，bal＝1‑u‑v‑w。磁体采用传统粉末冶金技术制备，以所述第二相晶界合金粉与所述主合金粉混合物的总质量计，第二相晶界合金粉添加比例为0～10wt.％。与不添加第二相晶界合金的钐钴磁体相比，磁体晶界相结构更加均一，晶界相内部形成了类似晶内的胞状结构，实现了磁体剩磁、矫顽力、方形度和磁能积的同步提高。

技术领域

本发明涉及一种晶界组织重构制备高性能钐钴磁体的方法，特别涉及一种通过添加第二相晶界合金，使得晶界相组成接近晶内，在晶界附近及晶界相内部形成近似胞状结构，最终提升高Fe含量2-17型钐钴综合磁性能的方法，属于稀土永磁材料技术领域。

背景技术

2-17型钐钴磁体作为第二代稀土永磁材料凭借其高使用温度、良好的温度依赖性、优异的抗腐蚀和抗氧化性能，被广泛应用于陀螺仪、微波管、反应轮和动量轮、传感器、磁力泵等国防军工、航空航天精密仪器中。

鉴于2-17型钐钴磁体为典型的晶内析出硬化机制，目前科研人员主要通过优化合金成分设计，精细调控固溶、时效和缓冷热处理工艺，使得磁体晶内获得胞尺寸合适且均匀、胞壁完整且清晰的胞状组织结构，最终实现制备高性能钐钴磁体的目的。而对于晶界对磁性能的贡献，一直认为是负向作用：1.晶界容易作为反磁化形核中心或者为弱钉扎点，会降低磁体矫顽力和方形度；2.高Fe含量钐钴磁体中普遍存在晶界贫Cu现象，使得晶界附近的胞状结构变得不完整，恶化磁体矫顽力；3.高Fe含量钐钴磁体晶界附近1:5H析出相区域减少；4.高Fe含量磁体晶界处易析出富SmCuZr和FeCoZr等杂相，使得晶内和晶界组成差异变大，进一步降低磁体方形度。

在高丰度稀土Ce取代Nd的Nd-Ce-Fe-B磁体研究中发现，随着Ce取代量的增加，磁体晶界处会析出REFe₂相，而不是富RE相，严重恶化磁体的矫顽力。浙江大学马天宇等人(Acta Materialia,2018,142:18-28)在多主相Nd-Ce-Fe-B磁体中通过晶界掺杂NdH_x相，人为补充晶界缺失的Nd元素，最终在晶界中形成连续、光滑的富RE相，弱化了晶粒之间的交换耦合作用，同时在富Ce的主相晶粒表面形成了富Nd的2:14:1相壳层结构，提高了磁体有效磁晶各向异性场，最终对磁体实现了晶界重构，在双主相法制备烧结Nd-Ce-Fe-B磁体的基础上进一步提高了矫顽力。

目前有文献报道了通过添加微米Cu粉和纳米CuO粉来改善高Fe含量2-17型钐钴磁体晶界贫Cu现象，实现了磁体矫顽力的大幅提升。但这些方法存在如下不足：1.仅人为补充Cu元素来使得晶界附近获得完整胞状结构，但无法使得晶界相内部获得近似胞状结构；2.仅矫顽力大幅提升，但方形度和磁能积并未改善甚至有所恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶界组织重构制备高性能钐钴磁体的方法。通过研究高Fe含量2-17型钐钴磁体晶界元素分布特征，发现晶界会析出富SmCuZr、FeCoZr，即晶界为组成不均匀区，但综合来看，晶界主要贫Sm、Fe和Cu，而富Zr，故将第二相晶界合金成分设计为Sm-Fe-Co-Cu金属间化合物，添加不同质量分数的第二相晶界合金粉进入主合金中，加入二次烧结工艺和预时效工艺，使得磁体晶界相组成接近晶内，晶界变得连续、光滑且均质化，在晶界附近及晶界相内部形成近似胞状结构，最终磁体实现剩磁、矫顽力、方形度和磁能积的同步提升。