[其他]还原—扩散制造铁-稀土-硼系永磁材料的方法

说明书

本发明涉及一种永磁材料的制造方法，特别是用还原-扩散法制造具有四方相结构的铁-稀土-硼（Fe-R-B）系合金。

永磁材料是重要的磁性材料，七十年代以来已发展起来一种以SmCo₅和Sm（CoCuFeZr）7.4为代表的稀土和Co的化合物永磁材料，它具有很高的磁性能。但由于这种合金中含有大量的Sm和Co，因此价格昂贵，其使用受到限制。

为解决这个问题，许多工作者着手对Fe和富有稀土元素之间的化合物进行了大量的研究。日本住友特殊钢公司1982年发明了Fe-R-B系永磁合金，即日本专利JP145072/82。与.Sm-Co系合金比较，Fe-R-B系合金生成的是四方相，而Sm-Co系则是六方相或菱方相。Fe-R-B系永磁合金的发明人佐川真仁在一系列专利申请中，日本专利：

JP145072/82

JP200204/82

JP5814/83

JP37898/83

JP84859/83

JP94876/83

和国际专利84-057592，提出了该合金的制造方法是用纯稀土金属R与Fe、Co、B按一定比例配置，用真空感应炉冶炼成锭，然后再用粉末冶金技术制成实用永磁体。由于纯稀土金属是由稀土氧化物电解或萃取得到的，因此成本仍较高，能源消耗大。

本发明的目的是在不使磁性降低的情况下，提供一种制造Fe-R-B系永磁材料的廉价的方法，即采用稀土氧化物为原料，经过还原-扩散，一次制成合金。这样不仅大大减少了能源的消耗，而且降低了原材料的成本，就原材料本身就比冶炼法降低成本60%。

本发明的基本依据是Ca（或CaH_２）比任何稀土元素（包括Y、Sc）都活泼，因此原则上Ca可以把任何稀土从它们的氧化物中还原出来。如果采用的粉末原材料颗粒度合适，而且工艺选择得当，则R就可与Fe及Fe-B粉以及其它金属粉末相互扩散成合金，以Fe-R-B合金为例，用下列反应式表示

x/2R_２O₃+yFe+zB+3x/2Ca＊R_xFe_yB_z+3x/2CaO

得到的合金再经净化，去除CaO，然后用粉末冶金法制成实用磁体。因此，本发明是以Ca（或CaH_２）还原一种稀土氧化物（包括Y和Sc的氧化物）或两种以上的稀土氧化物，然后再与其他组元相互扩散成为一般式为RxFel-x-u-v-wCouBvMw的永磁合金为特征的制造方法。

Fe-R-B系材料成为永磁材料是以其主要相是分子式为R_２Fe₁₄B的四方相化合物为前提的。因此应限定R在10～30at%，B在4～20at%，其余为Fe或Fe与部分Fe的替代物。如果R＜10at%不能形成四方相，R＞30at%，则会使主要相不是四方相而是非磁性的富R相。B＜4at%不能形成四方相，而B＞20at%则使合金的剩磁Br和最大磁能积（BH）max受到严重破坏。

为了改善Fe-R-B系永磁材料的居里温度和抗氧化性，可以用部分Co取代Fe。随Co含量的增加，居里温度和抗氧化性提高，但Co含量超过30at%则矫顽力Hc严重下降，因此Co的替代范围为0～30at%。

为了改善Fe-R-B系永磁材料的某些性能，还可以用其它金属M替代部分Fe，M包括Mn、Cr、Zr、Nb、V、Ta、Hf、Cu、Al、Ti、Si、Mo及其他过渡族金属，但替代的最大量不可超过15at%，否则会使剩磁严重下降。因此规定M的替代范围为0～15at%。

合金的还原-扩散过程是在原材料为粉末的状态下进行的，当颗粒直径＞250μm时，进行还原-扩散过程极为困难，若颗粒直径＜50μm则容易氧化，而且成本高，因此限定颗粒直径在50～250μm。

粉状料和金属Ca（或CaH_２）混合、压实后，在氩气（或氢气）保护下进行还原-扩散。还原是指Ca（或CaH_２）把R从其氧化物中还原出来，为了保证还原充分，还原温度最好选在Ca的熔点附近。扩散速度与扩散温度有关，温度越高，扩散速度越快，但不可超过合金的熔点，因此，还原-扩散温度选择在800～1150℃。