[发明专利]一种钐钴与铁钴复合磁体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土永磁领域，特别涉及一种利用钐铜合金扩散制备钐钴与铁钴复合磁体的方法及所制备的永磁材料。

背景技术

永磁材料是科学技术和生产生活的重要物质基础。衡量永磁材料的重要参数包括饱和磁化强度、矫顽力和居里温度。数十年的研究表明，很难找到一种材料，同时具有高的饱和磁化强度、高的矫顽力和高的居里温度。举例来说，钐钴系列(包括1:5型，1:7型和2:17型)永磁材料具有高的居里温度和高的各向异性场，能够在高温场合提供高的矫顽力。但是钐钴材料的饱和磁化强度相对较低。铁钴材料在永磁材料中有着最高的饱和磁化强度，但是各向异性场低，适宜用作磁记录材料。人们为了同时追求永磁材料的矫顽力和饱和磁化强度，提出了纳米复合永磁体的概念。纳米复合永磁体由一个硬磁相和一个软磁相复合构成。当两个磁性相构成适宜的微观结构时，软磁相跟硬磁相彼此耦合，将二者的优势联合起来。理论计算表明，在纳米复合磁体中会出现剩磁增强效应，理想的纳米复合磁体可以实现很高的磁能积。

人们在制备纳米复合磁体中尝试过很多种方法，比如机械合金化法、沉积镀膜法、熔体快淬法、化学自组装法等等。一个普遍的困难是制备的材料矫顽力欠佳，这是因为材料的微观结构难于控制。例如，用机械合金化制备钐钴与铁钴复合磁体时，由于需要在高温下进行退火处理，常常引起晶粒的异常长大。改善制备方法，控制晶粒尺寸显得至关重要。

在制备纳米复合磁体中另一个经常遇到的困难是软磁相和硬磁相耦合不佳。如果分别制备硬磁相和软磁相，再将二者混合在一起，通常二者难以充分耦合。美国内布拉斯加大学林肯分校的刘家平教授等人研究发现，如果在软磁相和硬磁相之间出现一个过渡界面，可以更有效的实现双相耦合。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备钐钴与铁钴复合磁体的方法，有效实现软磁相和硬磁相双相耦合，提高复合磁体的磁性能。

本发明的技术方案是利用钐铜共晶合金扩散制备钐钴与铁钴复合磁体，包括下述步骤：

1)熔炼钐铜合金(Sm-Cu)，将其甩带成为薄带，随后破碎成粉；

2)熔炼铁钴合金(Fe-Co)，退火处理后破碎成粉；

3)将步骤1)获得的钐铜粉末与步骤2)获得的铁钴粉末混合；

4)将混合后的粉末在真空中退火，获得纳米复合磁体。

上述步骤1)所述的钐铜合金成分为Sm_xCu_1-x，其中x的范围优选为0.50＜x＜0.80，更优选为钐铜共晶合金。熔炼合金可以采用电弧熔炼或感应熔炼。甩带速度为10～60m/s。破碎成粉可以使用球磨法，金属粉末粒度优选为1～20微米。

上述步骤2)所述铁钴合金成分为Fe_yCo_1-y，其中0.40＜y＜0.90。熔炼合金可以采用电弧熔炼或感应熔炼。退火最好是在较高真空条件下退火，如真空达到10^-2～10^-4Pa。退火温度一般为800～1200℃，退火时间1～30小时。破碎成粉可以使用球磨法，金属粉末粒度优选为1～20微米。

上述步骤3)中，混合后的粉末中钐铜粉末所占质量分数为5％～50％。

上述步骤4)中退火最好是在较高真空条件下退火，真空达到10^-2～10^-4Pa。退火温度一般为600～800℃，退火时间0.5～5小时。

上述制备方法所形成的纳米复合磁体由如下相构成：软磁Fe-Co相，硬磁Sm-Co-Fe-Cu相和非磁Sm-Cu相。其中Fe-Co相包括Fe_0.7Co_0.3和Fe_0.5Co_0.5中的一种或两种，Sm-Cu相包括Cu_0.86Sm_0.14，Cu_0.8Sm_0.1，Cu_0.67Sm_0.33，Cu_0.5Sm_0.5，α-Sm和Cu中的一种或多种。Sm-Co-Fe-Cu包括1:5型的SmCo₅，1:7型的SmCo₇，2:17型的Sm(Co，Fe，Cu)z相中的一种或多种。该纳米复合磁体具有如下微观结构特征：粉末中一部分软磁Fe-Co相被非磁性的Sm-Cu相包裹，在Fe-Co和Sm-Cu两相界面处，有一层扩散形成的Sm-Co-Fe-Cu相。