[发明专利]一种耐高温钐钴永磁体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁材料及其制备方法，尤其涉及一种耐高温钐钴永磁体及其制备方法，属于稀土永磁材料领域。

背景技术

钐钴永磁材料是由钐、钴和其它金属稀土材料经配比，溶炼成合金，经粉碎、压型、烧结后制成的一种磁性材料。具有高磁能积、极低的温度系数、很强的抗腐蚀和抗氧化性，所以被广泛应用在航空航天、国防军工、微波器件、通讯、医疗设备、仪器、仪表，各种磁性传动装置，传感器，磁处理器，电机，磁力起重机等。

但是钐钴永磁材料的力学性能普遍较差，抗弯强度仅为80-120MPa，且存在一个致命弱点，就是它的脆性很大，其断裂韧性小于2.0MPa·m^1/2，严重制约了其应用范围。然而，长期以来人们对钐钴永磁材料的研究主要集中在如何提高其磁性能上，对力学性能研究很少。

而且，目前钐钴永磁体的最高工作温度只能达到350℃，当用于更高的温度下，钐钴永磁体里面的Sm原子会慢慢挥发，导致钐钴永磁体的磁特性就随之慢慢变坏，直到最终失效。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种具有高磁性能、高力学性能且耐高温的钐钴永磁体。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种耐高温钐钴永磁体，包括钐钴永磁材料芯层和陶瓷保护层，陶瓷保护层包覆在钐钴永磁材料外；

其中，钐钴永磁材料包括体积百分比含量分别为10-20％的增强纤维和80-90％的钐钴永磁粉。

本发明在钐钴永磁材料外包覆陶瓷保护层，陶瓷保护层将磁体严密地包封起来，钐钴永磁体在高温环境下应用时，钐原子的挥发就被抑制住了，从而使钐钴永磁体能耐500℃左右的高温，延长钐钴永磁体的使用寿命。

本发明之所以选择陶瓷作为保护层，是因为现有普通保护层，如电镀锌、镍、铬、铜镍等保护层，都不能承受高温环境，而陶瓷保护层是一种较佳的选择。

另外，目前烧结钐钴永磁材料的脆性大，容易断裂，而烧结钐钴永磁材料的断裂方式主要为脆性解理断裂。烧结钐钴永磁材料的强的室温脆性主要是由于其晶体结构复杂、滑移系统不足造成的，也与其制备工艺有关。因此，本发明还在钐钴永磁材料芯层中引入同基体结合良好的且具有较高强韧性的增强纤维以提高其强韧性等力学性能。

在上述的一种耐高温钐钴永磁体中，钐钴永磁粉由以下成分(以质量百分比计)组成：Sm：23-26％，Fe：8-10％，Cu：8-10％，Zr：2-4％，Mn：3-5％，余量为Co。

影响耐高温永磁体最高使用温度的主要因素包括：在保持内禀矫顽力温度系数不变的情况下，增大室温下的内禀矫顽力可提高磁体的最高使用温度；和在保持室温下的内禀矫顽力一定时，减小内禀矫顽力温度系数也可提高磁体的最高使用温度。

因此，本发明为了制备耐高温钐钴永磁体，对钐钴永磁材料的钐钴永磁粉的组成成分及其质量百分比进行重新配比，本发明提高了Sm和Cu的含量，有利于提高钐钴永磁材料的最高使用温度。

其中，Sm是极活泼的稀土金属，容易氧化生成Sm₂O₃，而且又是沸点最低的元素，在真空高温条件下，极易蒸发。因此，本发明提高了Sm的含量，并调整了钐钴永磁材料的制备工艺，从而提高钐钴永磁材料中Sm的有效含量，从而获得剩磁、矫顽力和磁能积都较高的钐钴稀土永磁材料。另外，高Sm含量的钐钴永磁体在高温环境下，随着Sm原子的慢慢挥发，仍然能够在较长时间内保证钐钴永磁体的磁性能。

本发明还控制了Fe的含量，因为铁原子半径大于钴原子，随着铁含量的增加，铁原子可以取代钴原子致使1:7相的晶胞体积增大。而氢原子半径和体积很小(分别为0.079nm和4.9×10^-4nm³)，所以1:7相晶胞体积的增大使得氢原子进入1:7相更为容易，进而促使1:7相吸氢能力提高，从而使本发明可以使用氢碎工艺。但是，Fe含量过高的钐钴永磁材料易形成杂相，且对Sm含量极为敏感，所以必须将Fe和Sm的含量控制在上述范围内，才能抑制高铁含量永磁材料固溶后产生的杂相，最终获得较为均匀一致的胞状结构，从而提高本发明钐钴永磁材料的磁性能。

此外，本发明还添加了Mn元素，因为Zr元素易偏聚，严重影响钐钴永磁材料组织定向的稳定性，而添加Mn元素可以消除Zr对组织定向的不利影响，形成稳定的层状定向组织。