[发明专利]新型稀土-铁-氮永磁材料

说明书

该发明属于磁性材料领域。

现有的稀土永磁材料已发展了三代。第一、第二代是以SmCo₅和Sm₂Co₁₇为基的稀土-钴永磁合金。其主要成份是钴，但钴资源紧缺，成本昂贵，自1983年底以来，发展起以铁为主要成份的第三代Nd₂Fe₁₄B型磁体，但Nd₂Fe₁₄B居里温度不高，温度稳定性差，需要改善其性能或发展新型稀土-铁永磁材料。

本发明的目的就是提供一种新型稀土-铁-氮永磁材料系列。它的特点就是在原有R（Fe_1-αM_α）₁₂系列基础上，通过氮气热处理工艺，使氮原子渗入到1∶12结构的间隙位中，形成R（Fe_1-αM_α）₁₂N_s系列，从而使居里温度、饱和磁化强度有了很大的提高，特别是磁晶各向异性性质发生了根本性改变。其中Nd氮化物因其优越的内禀磁性可以制成高居里温度、高饱和磁化强度、高矫顽力的新型复合磁体和粘结磁体。

本发明的技术要点如下：

1.把以稀土-铁为主要成分的合金R（Fe_1-αM_α）₁₂，其中M为Ti，V，Mo，Nb，Ga，W，Si，Al，Mn等研成粉末，颗粒度在10-100μm之间，在氮气中进行热处理。处理温度在350℃-600℃之间，保温时间0.5-4小时，气压约为1个大气压。经此处理后，氮原子可进入到R-Fe合金的结构中，形成相应的R-Fe-N合金，即R（Fe_1-αM_α）₁₂N_s，其中R为稀土元素，即La，Ce，Pr，Nd，Sn，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，La和Y中至少一种元素，M为稳定ThMn₁₂结构的第三元素，α为0.08至0.17，z≈1。中子衍射研究表明，氮原子进入晶体的间隙位置，表1列出其中典型的NdTiFe₁₁N合金的晶体结构及晶格常数。

表1 NdTiFe₁₁N的晶体结构和晶格常数

合金    晶体结构    a（nm）    e（nm）

NdTiFe₁₁N 四方 I₄/mmm 0.8701 0.4844

上述的R（Fe_1-αM_α）₁₂Nz合金，其特点是R＝Nd，Tb，Ho等，M＝Ti，V，Mo，Nb，W，Si，Ga，Al，Mn，具有优越的永磁性能，如NdTiFe₁₁Nz，NdV₂Fe₁₀Nz等。为了进一步提高矫顽力，饱和磁化强度和居里温度，Nd可部分地用Tb等高磁晶各向异性的重稀土元素代换，Ti，V可混合配比，或者掺杂微量的Mo，Nb，W，Ga，Si，Al等，Fe可用适量的Co代换，如（Nd，Tb）（Ti，Nb，Al，Fe）₁₂Nz，（Nd，Tb）（Ti，V，Co，Fe）₁₂Nz等。

2.在1中所述新型稀土-铁-氮永磁材料，即采用了在氮气气氛下的热处理工艺，使之吸氮后居里温度升高，饱和磁化强度增加，同时磁晶各向异性发生重大变化，因此氮气热处理工艺，可以作为制造高居里温度新型稀土-铁永磁材料的一种手段。R（Fe_1-αM_α）₁₂Nz，其中R为Nd，Tb，Ho等，吸氮以后不仅居里温度升高，居里温度T_α皆在700K以上，而且c轴成为易磁化方向，室温下具有强各向异性场。特别是Nd（Ti，Fe）₁₂Nz具有高饱和磁化强度，可制成高矫顽力、高磁能积磁体，最大磁能积的理论值是60MGOe，表2列出NdTiFe₁₁N的基本磁性。

上面所述的氮气处理工艺的条件为：氮气的纯度为99.9%以上，热处理温度为350℃-600℃，热处理的时间为0.5-4小时，氮气压力为1个大气压;样品的颗粒度在10-100μm之间，即在上述条件下的工艺过程制成R-Fe-N永磁材料。