[发明专利]一种高性能钐钴永磁材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钐钴永磁材料的制备方法，特别是一种高性能钐钴永磁材料的制备方法。

背景技术

随着钐钴永磁越来越多地应用于小型化和高精度仪器仪表，在精度、可靠性等方面都对其力学性能提出了更高的要求。钐钴稀土永磁作为一种重要的功能材料，国内外主要致力于其磁性能的研究，而对力学性能研究较少，如何解决在提高材料强韧性的同时又能保持其优异的磁性能这一问题越来越具有挑战性。

钐钴稀土永磁材料具有耐腐蚀，耐高温和低温度系数这样无法替代的优势，已发展成为航空航天、微波通讯、仪器仪表、电机工程、磁力机械等领域不可缺少的重要金属功能材料。它的特点是磁能积、矫顽力、居里温度高，抗腐蚀性好，能在高温、潮湿环境中长期稳定工作，钐钴稀土永磁的磁能积(BH)max通常在25-30MGOe。但是稀土永磁材料力学性能普遍较差，尤其是钐钴稀土永磁材料极具脆性，缺乏延展性，不易加工成复杂的形状或特别薄的片状和薄壁的圆环，以及在产品加工或工序周转、检验、充磁过程中极易引起缺角，其断裂韧性仅为1.5～2.5MPa.m1/2，抗弯强度为80-140MPa，后续机械加工时极易碎裂，使加工成本大幅度提高，严重制约了其应用范围和深加工，不利于我国作为稀土大国向高端产业链发展战略目标的实现。

稀土元素作为现代工业不可或缺的战略性资源，中国是世界稀土的原料库，但受制于国外专利和国内技术的研发水平，我国在稀土新材料和稀土终端应用领域发展明显不足。低端产品过剩,但国内使用的大部分高端稀土材料还需要进口。中国的稀土利用战略必须走高端利用的道路，《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》提出“大力发展稀土永磁等高性能稀土功能材料和稀土资源高效综合利用技术，到2020年，高端关键新材料自给率明显提高，提高新材料工艺装备的保障能力”。现阶段，磁性材料的生产主要集中在亚洲，日本以高档磁性材料为主体；中国以中低档磁性材料为主体，并占据了部分高档产品市场；其他东南亚国家分割部分中低档产品市场。据统计，2011年中国的磁性材料产量占全球的产量超过60％以上，高性能产品将超过国内总产量的50％。中国正在加快技术进步的步伐，扩大高端磁性材料的规模，适应IT产业、新能源产业以及国防科技发展的需要，推动了中国从磁性材料生产大国逐步走向世界磁性材料生产强国，有助于提升我市高性能磁性材料在世界的地位。

近几年，随着稀土永磁材料应用领域向纵深发展，对产品质量和稳定性要求越来越高，市场对钐钴磁体的需求进一步增长。例如最大磁能积(BH)max≥30MGOe,使用温度达到－60～350℃，剩磁温度系数优于-0.03％/K的高性能钐钴磁体可替代高温条件下钕铁硼磁铁。而高温条件下使用的烧结钕铁硼磁体约占全部烧结钕铁硼磁体的10％—20％，其中有很大一部分已经或即将转用钐钴磁体，在未来几年保守估计钐钴磁体市场总容量将超过1万吨，市场前景非常广阔。与烧结钕铁硼永磁材料相比，钐钴永磁材料生产技术含量高和工艺要求更加严格，在高温(180℃以上)、恶劣环境下，烧结钐钴永磁材料的磁性能及使用寿命远远高于钕铁硼磁钢，且无需电镀。而且相比高温条件使用的烧结钕铁硼材料，钐钴永磁材料无需添加金属镝、铽等重稀土元素，对我国重稀土资源的合理利用起到积极的作用，具有十分重要的战略意义。另一方面，钐和镨钕一般为伴生矿，而相比镨钕金属钐使用面相对单一，造成了氧化钐的大量囤积。所以钐钴永磁材料的规模化生产可解决目前稀土冶炼厂氧化钐大量囤积的情况，也有利于我国稀土资源的合理利用。

2011年，全球烧结钐钴磁体的产量估计在1000吨左右，其中我国的产量占70％。近年来，钐钴永磁材料行业，以追求更高的磁性能、更高的最大磁能积为目标，不断提升生产设备和改进生产工艺，其主要提出在原材料配方优化、熔炼、制粉、取向成型、烧结时效等生产环节，并出现了一批有关钐钴永磁材料生产设备或制备方法的知识产权专利。目前制约钐钴永磁行业技术突破提高磁性能的主要问题在于如何在熔炼过程中进一步减少合金元素的成分偏析；如何在制粉过程中保证晶粒的细化和完整性，提高韧性及其各向异性，制得粒度分布合理的磁粉；如何在取向成型过程中，进一步提高毛坯的取向度；如何提高烧结时效过程中温度控制的精确度,提升抗弯强度和断裂韧性。

现有的钐钴永磁体制备中，如CN201010176900公开的为直接在惰性气体氛围下进行正压烧结，而CN201210008300、CN201510078114、CN201510931854等专利技术所公开的则为直接真空烧结，如此则在杂质气体、灰分以及坯体致密性和晶粒控制以及产品性能改善等方面均存在缺陷。