[其他]還原—擴散制造鐵-稀土-硼系永磁材料的方法

無效

• 申請號: 85100860
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100860B
• 公開（公告）日: 1988-08-24
• 發明（設計）人: 肖耀福;孫光飛;周壽增;劉世強;張茂才
• 申請（專利權）人: 北京鋼鐵學院
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02;B22F9/20;H01F1/08
• 代理公司: 冶金專利事務所
• 代理人: 陳肖梅

本發明涉及一種永磁材料的制造方法，特別是用還原-擴散法制造具有四方相結構的鐵-稀土-硼（Fe-R-B）系合金。

永磁材料是重要的磁性材料，七十年代以來已發展起來一種以SmCo₅和Sm（CoCuFeZr）7.4為代表的稀土和Co的化合物永磁材料，它具有很高的磁性能。但由于這種合金中含有大量的Sm和Co，因此價格昂貴，其使用受到限制。

為解決這個問題，許多工作者著手對Fe和富有稀土元素之間的化合物進行了大量的研究。日本住友特殊鋼公司1982年發明了Fe-R-B系永磁合金，即日本專利JP145072/82。與.Sm-Co系合金比較，Fe-R-B系合金生成的是四方相，而Sm-Co系則是六方相或菱方相。Fe-R-B系永磁合金的發明人佐川真仁在一系列專利申請中，日本專利：

JP145072/82

JP200204/82

JP5814/83

JP37898/83

JP84859/83

JP94876/83

和國際專利84-057592，提出了該合金的制造方法是用純稀土金屬R與Fe、Co、B按一定比例配置，用真空感應爐冶煉成錠，然后再用粉末冶金技術制成實用永磁體。由于純稀土金屬是由稀土氧化物電解或萃取得到的，因此成本仍較高，能源消耗大。

本發明的目的是在不使磁性降低的情況下，提供一種制造Fe-R-B系永磁材料的廉價的方法，即采用稀土氧化物為原料，經過還原-擴散，一次制成合金。這樣不僅大大減少了能源的消耗，而且降低了原材料的成本，就原材料本身就比冶煉法降低成本60%。

本發明的基本依據是Ca（或CaH_２）比任何稀土元素（包括Y、Sc）都活潑，因此原則上Ca可以把任何稀土從它們的氧化物中還原出來。如果采用的粉末原材料顆粒度合適，而且工藝選擇得當，則R就可與Fe及Fe-B粉以及其它金屬粉末相互擴散成合金，以Fe-R-B合金為例，用下列反應式表示

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

得到的合金再經凈化，去除CaO，然后用粉末冶金法制成實用磁體。因此，本發明是以Ca（或CaH_２）還原一種稀土氧化物（包括Y和Sc的氧化物）或兩種以上的稀土氧化物，然后再與其他組元相互擴散成為一般式為RxFel-x-u-v-wCouBvMw的永磁合金為特征的制造方法。

Fe-R-B系材料成為永磁材料是以其主要相是分子式為R_２Fe₁₄B的四方相化合物為前提的。因此應限定R在10～30at%，B在4～20at%，其余為Fe或Fe與部分Fe的替代物。如果R＜10at%不能形成四方相，R＞30at%，則會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%則使合金的剩磁Br和最大磁能積（BH）max受到嚴重破壞。

為了改善Fe-R-B系永磁材料的居里溫度和抗氧化性，可以用部分Co取代Fe。隨Co含量的增加，居里溫度和抗氧化性提高，但Co含量超過30at%則矯頑力Hc嚴重下降，因此Co的替代范圍為0～30at%。

為了改善Fe-R-B系永磁材料的某些性能，還可以用其它金屬M替代部分Fe，M包括Mn、Cr、Zr、Nb、V、Ta、Hf、Cu、Al、Ti、Si、Mo及其他過渡族金屬，但替代的最大量不可超過15at%，否則會使剩磁嚴重下降。因此規定M的替代范圍為0～15at%。

合金的還原-擴散過程是在原材料為粉末的狀態下進行的，當顆粒直徑＞250μm時，進行還原-擴散過程極為困難，若顆粒直徑＜50μm則容易氧化，而且成本高，因此限定顆粒直徑在50～250μm。

粉狀料和金屬Ca（或CaH_２）混合、壓實后，在氬氣（或氫氣）保護下進行還原-擴散。還原是指Ca（或CaH_２）把R從其氧化物中還原出來，為了保證還原充分，還原溫度最好選在Ca的熔點附近。擴散速度與擴散溫度有關，溫度越高，擴散速度越快，但不可超過合金的熔點，因此，還原-擴散溫度選擇在800～1150℃。