專利名稱：稀土含氮磁粉制備工藝及設備和制備的產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及稀土含氮磁粉一步法制備工藝及其設備，和采用該工藝制備的稀土含氮磁粉，屬于稀土磁性功能材料及其制備技術領域。
背景技術：
粘結稀土永磁體是由稀土永磁粉末和粘結材料相結合而成，按用戶要求直接注射或模壓成型各種永磁器件。該類磁體具有尺寸精度高、磁均勻性好、耐蝕性好、成品率高、易加工成形狀復雜的器件等優(yōu)點，廣泛應用于家電、微電機、自動化辦公設備、儀器儀表、醫(yī)療器件、汽車、磁力機械等裝置和設備中。制備粘結稀土永磁的關鍵就是稀土永磁粉的制備，磁粉的性能直接決定了粘結磁體的品質及市場價格。目前，粘結稀土永磁粉主要包括MQ各向同性磁粉、HDDR各向異性粉、Th2Zn17Nx型各向異性粉、TbCu7Nx型各向同性粉，ThMn12Nx型各向異性粉，市場上成熟的粘結稀土永磁體基本上為各向同性的粘結NdFeB磁體。近年來，隨著電動車、風力發(fā)電、磁懸浮列車的發(fā)展，對稀土永磁體的使用溫度提出了更高的要求，粘結稀土鐵硼系磁體耐蝕性和抗氧化性較差，且其居里溫度較低限制了其高溫應用領域。研究發(fā)現(xiàn)，間隙原子(C、N、H)進入到稀土鐵化合物中會對其性能產(chǎn)生較大的影響，稱為間隙原子效應。間隙原子效應能提高化合物的居里溫度、飽和磁化強度及各向異性場。北京大學楊應昌院士專利CN90109166. 9、92103831. 3發(fā)明了高居里溫度的稀土鐵氮化合物R2Fe17Nx、R2Fe14BNy和R (Fe，M) 12NZ，指出這種化合物制得的磁粉具有耐蝕性高、抗氧化能力強的特點，但是制備工藝長，難以產(chǎn)業(yè)化，其中制備過程中的粉末氧化，氮化的均勻性、磁粉的粒度及磁粉中的軟磁相a-Fe和富稀土相是影響最終磁粉性能的主要因素?；谏鲜鰡栴}，作者仔細研究了稀土鐵氮粘結磁粉的制備工藝。北京科技大學申請的專利CN02159665. 4和CN03150162. 1，其中專利CN02159665. 4提供了一種采用還原擴散制造Sm-Fe-N永磁合金粉末的方法。專利CN03150162. I提供了一種機械合金化制備Sm-Fe-N永磁材料的方法；專利91103836. I和93107808. 3分別提供了一種氫化加氮化的方法制備(Rl-xR，x)2 (Fel-YMy)17N5 ;北京三環(huán)專利91110811. 4和91110908.0采用快速成型和粉末冶金的方法制備R2(Fel-yMy) 17X3_S永磁體。日本大同特殊鋼株式會社在中國申請的專利CN01123172. 6，在美國申請的專利US2004144450和在日本申請的專利JP2004063666、JP2003173907、JP2002057017公開了一種生產(chǎn)樹脂粘結磁體各向同性SmFeN粉末磁體材料，成分為SmxFelOO-x-vNv, SmxFelOO-x-v-yMVNv,SmxFe 100-x-v-zM2zNv,晶體結構是TbCu7型,薄片的厚度為10_40um,通過熔體紡絲熔融合金并且將這樣所得的合金粉在含氮氣體中直接滲氮來制備磁體粉末。住友金屬礦山專利JP7288205、JP6188110、JP2008171868、JP2008024979、JP2007327101 等公開了還原擴散法制備Sm-Fe-N磁粉，及其穩(wěn)定性、方形度、收益率的改進等。以上的稀土含氮磁粉制備方法主要包括以下幾個步驟1.母合金的制備；2.退火或晶化處理；3.氫爆或HDDR處理；4.氮化處理；5.球磨處理。這種制備工藝由于在不同、設備中進行，需要重復抽真空，更換制備環(huán)境等，周期長、氮化效率低、磁粉氧含量高、制備磁粉性能不穩(wěn)定，不適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明在此基礎上提出一種工藝流程短、成本低、效率高，適合制備工業(yè)化生產(chǎn)氧含量低、磁性能高的稀土含氮磁粉一步法制備工藝及其所用的設備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的是提供一種稀土含氮磁粉一步法制備工藝所使用的設備。本發(fā)明的第二個目的是提供一種工藝流程短、成本低、效率高，適合制備工業(yè)化生產(chǎn)氧含量低、磁性能高的稀土含氮磁粉的一步法制備工藝。本發(fā)明的第三個目的是提供上述一步法工藝所制備的稀土含氮磁粉。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術方案 本發(fā)明稀土含氮磁粉的一步法制備工藝所使用的一種設備，是由內(nèi)部裝有研磨裝置4的可驅動旋轉的爐管5、加熱爐膛6、真空系統(tǒng)2、冷卻系統(tǒng)3、和氣源系統(tǒng)I組成。其中，所述的加熱爐膛6和其內(nèi)裝有的發(fā)熱體以及加熱電源組成加熱系統(tǒng)；真空系統(tǒng)2與爐管5連接；氣源系統(tǒng)I與爐管5連接；爐管5位于加熱爐膛6之中，水冷系統(tǒng)3位于加熱爐膛6的下部。冷卻系統(tǒng)3采用水冷方式，由一排可向噴射自來水的水管組成。所述研磨裝置4為不銹鋼、陶瓷、瑪瑙材質中的一種或幾種。所述研磨裝置4為球形或者棒形。在上述設備中，加熱爐膛是由兩個內(nèi)側分別裝有發(fā)熱體的半圓形結構組成，這兩個半圓形結構可根據(jù)需要在加熱時合攏將爐管5套在中間，在冷卻時可分開將爐管露出，以便爐管快速冷卻。在上述設備中，所述的可旋轉的帶有研磨裝置4的爐管5由電機驅動旋轉，其旋轉速度在0-200r/min連續(xù)可調(diào)，且旋轉速度古0。其中，爐管5可旋轉，其旋轉速度在I-IOOr/min連續(xù)可調(diào)。一種稀土含氮磁粉的一步法制備工藝，該工藝包括下述步驟(I)將稀土合金裝入帶有研磨裝置的爐管內(nèi)，真空系統(tǒng)啟動對爐管進行抽真空后氣源系統(tǒng)向爐管內(nèi)充入氫氣對稀土合金進行氫破碎得到稀土合金粉；(2)冷卻系統(tǒng)起動對爐管內(nèi)氫破碎后的稀土合金粉進行冷卻至150°C以下、且大于0°c，然后在惰性氣體或者氮氣保護下對稀土合金粉進行研磨得到稀土合金細粉；(3)對爐管進行抽真空，加熱爐膛將爐管加熱至400-600°C，然后再向爐管內(nèi)充入0. 01 0. 3MPa的含氮氣體對稀土合金細粉進行氮化處理，氮化完成后，400-600°C抽真空并保溫l-10h，進行均化處理；(4)冷卻系統(tǒng)起動將氮化處理和均化處理后的稀土合金細粉進行冷卻至150°C以下、且大于o°c，在惰性氣體保護下對氮化處理和均化處理后的稀土合金粉進行研磨后獲得稀土含氮磁粉。在所屬的步驟(I)中，對稀土合金進行氫破碎的吸氫溫度為0-300°C、吸氫時間為0-10h，脫氫溫度為300-800°C、脫氫時間為0-10h，通入氫氣量，吸氫時間和脫氫時間均為0表明本發(fā)明一步法工藝中氫破碎過程在特定條件下可以省略。
在所屬的步驟(I)中，當處理的稀土合金本來粒度較細(最大粒徑在5mm以下)時，則步驟(I)可以省去，即合金不用氫破碎直接進入步驟(2)在惰性氣體或者氮氣保護下對稀土合金進行球磨至平均粒度為10-500 u m.步驟⑵和步驟⑷中的平均粒度在實施例中均用D50表示。步驟⑵中稀土合金細粉為10 500 U m,通過控制一定的研磨時間得到稀土合金細粉，然后取出進行測量得到經(jīng)驗值。步驟⑶中所述的含氮氣體是N2、NH3、N2+NH3、N2+H2、NH3+H2、N2+NH3+H2中的任一種。步驟(3)中所述的氮化處理其溫度為400_600°C、氮化時間為l_100h。
步驟⑷中所述的一定平均粒度為1-200 iim.步驟⑴中所述的可旋轉爐管的旋轉速度分別在步驟⑴、步驟⑵、步驟(3)、步驟(4)中可根據(jù)需要在0-200r/min內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且旋轉速度古0，其中在步驟(I)和步驟
(3)中優(yōu)選為l-10r/min，在步驟(2)和步驟(4)中優(yōu)選為10_60r/min。步驟⑵和步驟⑷中所述的研磨時間為IOmin 5h,根據(jù)不同的粒度要求變化，研磨時間小于IOmin起不到破碎的效果,大于5h后容易造成氧化以及粉末相結構的變化。本發(fā)明的一步法工藝所制備的稀土含氮磁粉化學式為Ra(Fei_xMx) 1(l(l_a_bNb，其中5 ^ a ^ 11,0 ^ b ^ 40,0 ^ X ^ 1，R代表包括Sc和Y在內(nèi)的所有稀土元素中的至少一種，M 代表 Zr、Hf、Mn、Ti、Si、V、Co、Ni、Cr、Mo、Al、Nb、Ga、In、Cu、Zn 中的至少一種。本發(fā)明還包括一種稀土含氮磁體，采用前面所述的稀土含氮磁粉與粘結劑混合制備成。本發(fā)明的主要優(yōu)點有(I)工藝流程短、效率高，制備的磁粉氧含量低、磁性能高；該工藝將稀土含氮磁粉制備工藝中的幾個關鍵環(huán)節(jié)氫破碎、滲氮處理、球磨等集中在一個設備中連續(xù)完成，縮短工藝流程的同時可明顯降低磁粉的氧含量。(2)氮化工藝效率高，且氮化均勻、磁性能穩(wěn)定；由于該工藝滲氮處理時，爐管緩慢旋轉，加上球磨的攪拌作用可使合金粉與氮氣充分的發(fā)生氣固反應，能使氮化在較短時間內(nèi)完成，氮化效率高、制備的磁粉含氮量均勻，磁性能穩(wěn)定。(3)磁粉可快速冷卻，生產(chǎn)效率高、有利于降低磁粉氧含量；本發(fā)明提供的一步法工藝所用的設備，由于采用兩半式加熱爐膛，可根據(jù)加熱或冷卻的需要合攏或開啟。磁粉需要冷卻時，爐膛開啟，冷卻系統(tǒng)可直接將自來水噴向爐管冷卻。因此，冷卻效率較高，可大幅度縮短磁粉冷卻時間，生產(chǎn)效率高、有利于降低磁粉氧含量。


圖I為本發(fā)明一步法專用設備不意圖。圖中標號為1氣源系統(tǒng)；2真空系統(tǒng)；3冷卻系統(tǒng)；4研磨裝置；5爐管；6發(fā)熱爐膛。圖2為A-A加熱示意圖。圖3冷卻時爐體橫截面示意圖。圖4為實施例I合金粉氮化前后的XRD圖。
圖5為實施例9合金粉氮化前后的XRD圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明稀土含氮磁粉的一步法制備工藝所使用的設備，是由內(nèi)部裝有研磨裝置4的可驅動旋轉的爐管5、加熱爐膛6、真空系統(tǒng)2、冷卻系統(tǒng)3和氣源系統(tǒng)I組成。其中，真空系統(tǒng)2是由真空泵等設備所組成，真空系統(tǒng)2的抽真空的出口與爐管5接通；氣源系統(tǒng)I是由氮氣瓶、含氮氣體瓶、氫氣瓶和惰性氣體瓶等設備所組成，氣瓶的出口與爐管5接通；爐管5位于加熱爐膛6之中，水冷系統(tǒng)3位于加熱爐膛6的下部，冷卻系統(tǒng)3采用水冷方式，由一排可向噴射自來水的水管組成。如圖2所示，加熱爐膛6是由兩個內(nèi)側分別裝有發(fā)熱體的半圓形結構組成，這兩個半圓形結構可根據(jù)需要在加熱時合攏將爐管5套在中間；在冷卻時，如圖3所示，這兩個半圓形結構可分開將爐管5露出，冷卻系統(tǒng)3的一排水管可噴射自來水，以使爐管5快速冷卻。
實施例I將表面潔凈的稀土合金裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2xlO_3Pa以下；然后爐膛6的發(fā)熱體開始加熱，10分鐘升溫至100°C，爐管5開始以10r/min的速度旋轉，然后氣路系統(tǒng)I充高純氫氣至0. 12MPa保溫氫爆I小時，吸氫飽和以后抽真空至IPa在450°C脫氫2小時，然后打開爐膛6利用冷卻系統(tǒng)3水冷爐管至150°C以下。將上述處理好的合金進行球磨氮化處理，對爐管5抽真空至2xlO_3Pa，然后氣路系統(tǒng)I控制通入0. 12MPa高純氮氣，驅動爐管5以60r/min的速度旋轉爐管球磨I小時，其粒度D50達到40 m時合攏爐膛6開始加熱，I小時升溫至400°C保溫氮化3小時，然后抽真空至IPa以下均勻化I小時,氮化的同時控制爐管5以10r/min的速度旋轉,提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，打開驅動爐管以60r/min的速度繼續(xù)球磨4小時，獲得粒度D50為I y m的Smn.5Fe88.5N2.9磁粉,測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。該磁粉氮化前后相的變化如圖4所示。比較例I將成分和工藝與實施例I相同，但氫爆、氮化、球磨處理分別在不同的設備中進行，獲得SmujFe^Nu磁粉的性能和氮氧含量與實施例I比較,結果如表I所示。實施例2將表面潔凈的的稀土合金裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2X10_3Pa以下；再利用爐膛6開始加熱，10分鐘升溫至200°C，驅動爐管5以5r/min的速度旋轉，然后充高純氫氣至0. 12MPa保溫氫爆I小時，吸氫飽和以后抽真空至IPa在800°C脫氫2小時，然后打開爐膛6利用冷卻系統(tǒng)3水冷爐管至150°C以下。將上述處理好的合金進行球磨氮化處理，對爐管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入0. 3MPa高純氮氣，爐管5以80r/min的速度旋轉爐管球磨I小時，其粒度D50達到20 y m時合攏爐膛6開始加熱，I小時升溫至450°C保溫氮化2小時，然后抽真空至IPa以下均勻化3小時，氮化的同時利用控制爐管(5)以5r/min的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，驅動爐管以80r/min的速度繼續(xù)球磨4小時，獲得粒度D50為2 y m的Sm2Fe15.5 (ZrL 0Nb0.5) N3.!磁粉，測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。比較例2將成分與工藝與實施例2相同，但氫爆、氮化、球磨處理分別在不同的設備中進行，獲得Sm2Fem5(ZiYtlNba5)UIt粉的性能和氧含量與實施例2比較，結果如表I所示。實施例3將表面潔凈的稀土合金裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2X10_3Pa以下；再利用爐膛6組成 的加熱系統(tǒng)開始加熱，30分鐘升溫至300°C，驅動爐管5以10r/min的速度旋轉，然后氣路系統(tǒng)I控制充高純氫氣至0. 12MPa保溫氫爆0. 5小時，吸氫飽和以后抽真空至IPa在300°C脫氫10小時，然后打開爐膛6利用冷卻系統(tǒng)3水冷爐管至150°C以下。將上述處理好的合金進行球磨氮化處理，對爐管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入0. 12MPa體積比例為I : 3的N2和NH3混合氣體，驅動爐管5以40r/min的速度旋轉爐管球磨I小時，其粒度D50達到50 ii m時合攏爐膛6開始加熱，I小時升溫至500°C保溫氮化3小時，然后抽真空至IPa以下均勻化10小時,氮化的同時利用控制爐管5以10r/min的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，驅動爐管以40r/min的速度繼續(xù)球磨5小時，獲得粒度D50為3 y m的Sn^4Pra6Fe1U (Cuaci3Niaci3Znaci3)N5^磁粉,測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。比較例3將成分與工藝與實施例3相同，但氫爆、氮化、球磨處理分別在不同的設備中進行，獲得Sm,Jra6Feiai(Cuaci3Niaci3Znaci3)Nu磁粉的性能和氮氧含量與實施例3比較，結果如表I所示。實施例4將表面潔凈的稀土合金裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2X10_3Pa以下；再利爐膛6開始加熱，10分鐘升溫至100°C，驅動爐管5以lr/min的速度旋轉，然后氣路系統(tǒng)I控制充高純氫氣至0. 12MPa保溫氫爆10小時，吸氫飽和以后抽真空至IPa在500°C脫氫3小時，然后打開爐膛6利用冷卻系統(tǒng)(3)水冷爐管至150°C以下。將上述處理好的合金進行球磨氮化處理，對爐管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入0. 02MPa體積比例為I : 3的H2和NH3混合氣體，驅動爐管5以100r/min的速度旋轉爐管球磨I小時，其粒度D50達到10 ii m時合攏爐膛6開始加熱，I小時升溫至450°C保溫氮化2小時，然后抽真空至IPa以下均勻化I小時，氮化的同時利用控制爐管5以lr/min的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，驅動爐管5以100r/min的速度繼續(xù)球磨2小時，獲得粒度D50為I y m的NdFe11^Coa8Nu磁粉,測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。
比較例4將成分與工藝與實施例4相同，但氫爆、氮化、球磨處理分別在不同的設備中進行，獲得NdFe1UCoa8Na6磁粉的性能和氧含量與實施例4比較，結果如表I所示。實施例5將表面潔凈的稀土合金裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2xlO_3Pa以下；再利用爐膛6開始加熱，10分鐘升溫至100°C，驅動爐管5以lOr/min的速度旋轉，然后通過氣源系統(tǒng)I通入高純氫氣至0. OlMPa保溫氫爆2小時，吸氫飽和以后抽真空至IPa在450°C脫氫4小時，然后打開爐膛6利用冷卻系統(tǒng)3水冷爐管至150°C以下。將上述處理好的合金進行球磨氮化處理，對爐管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入 0. 2MPa體積比例為I : I : 3的N2、H2和NH3混合氣體，驅動爐管5以200r/min的速度旋轉爐管球磨0. 5小時，其粒度D50達到10 ii m時合攏爐膛6開始加熱，I小時升溫至500°C保溫氮化3小時，然后抽真空至IPa以下均勻化2小時，氮化的同時利用控制爐管5以IOr/min的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，打開驅動爐管以200r/min的速度繼續(xù)球磨I小時，獲得粒度D50在I y m的Sn^9Gdaci5Laaci25Ceaci25Feu7Coa3N4磁粉,測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。實施例6將表面潔凈的稀土合金裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2X10_3Pa以下；再利用爐膛6組成的加熱系統(tǒng)開始加熱，10分鐘升溫至100°C，打開驅動爐管5以lOr/min的速度旋轉，然后通過氣源系統(tǒng)I通入高純氫氣至0. 05MPa保溫氫爆I小時，吸氫飽和以后抽真空至IPa以下在500°C脫氫5小時，然后打開爐膛6利用冷卻系統(tǒng)3水冷爐管至150°C以下。將上述處理好的合金進行球磨氮化處理，對爐管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入0. 12MPa的NH3,打開驅動爐管5以10r/min的速度旋轉爐管球磨2小時，其粒度D50達到100 u m時合攏爐膛6開始加熱，I小時升溫至500°C保溫氮化I小時，然后抽真空至IPa均勻化I小時，氮化的同時利用控制爐管5以lOr/min的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，打開驅動爐管5以10r/min的速度繼續(xù)球磨5小時，獲得粒度D50為5 y m的Nda8Dya2TiFeitlVNu磁粉，測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。實施例7將表面潔凈的稀土合金裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2X10_3Pa以下；再利用爐膛6組成的加熱系統(tǒng)開始加熱，10分鐘升溫至150°C，打開驅動爐管5以6r/min的速度旋轉，然后利用氣源系統(tǒng)(I)通入高純氫氣至0. OSMPa保溫氫爆6小時，吸氫飽和以后抽真空至IPa以下在600°C脫氫10小時，然后打開爐膛6利用冷卻系統(tǒng)3水冷爐管至150°C以下。將上述處理好的合金進行球磨氮化處理，對爐管5抽真空至2xlO_3Pa，然后通入0. 08MPa體積比例為I : 3的N2和H2混合氣體，驅動爐管5以120r/min的速度旋轉爐管球磨I小時，其粒度D50達到10 ii m合攏爐膛6開始加熱，I小時升溫至600°C保溫氮化3小時，然后抽真空至IPa均勻化5小時,氮化的同時利用控制爐管5以6r/min的速度旋轉,提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，驅動爐管以120r/min的速度繼續(xù)球磨3小時，獲得粒度D50在2 y m的Nda8Pra2TiFeltlMoN42磁粉,測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。實施例8
將表面潔凈的稀土合金裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2xlO_3Pa以下，通入OMPa的H2,氫爆以及脫氫溫度時間均為0 ;然后通入0. 15MPa體積比例為I : 3的N2和NH3混合氣體，驅動爐管5以60r/min的速度旋轉爐管球磨I小時，其粒度D50達到20 y m時合攏爐膛6，再利用爐膛6組成的加熱系統(tǒng)開始加熱，I小時升溫至450°C保溫氮化6小時，然后抽真空至IPa以下均勻化2小時，氮化的同時利用控制爐管5以lOr/min的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，打開驅動爐管5以60r/min的速度繼續(xù)球磨2小時，獲得粒度D50為2 y m的Sn^98TbacilDyatllFe17Ni6磁粉,測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。實施例9將表面潔凈的稀土合金鑄片裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2X10_3Pa以下；然后通入0. 2MPa體積比例為I : 3的H2和NH3混合氣體，驅動爐管5以30r/min的速度旋轉爐管球磨I小時，其粒度D50達到200 u m時合攏爐膛6，再利用爐膛6組成的加熱系統(tǒng)開始加熱，I小時升溫至450°C保溫氮化40小時，然后抽真空至IPa以下均勻化5小時，氮化的同時控制爐管5以3r/min的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，打開驅動爐管以30r/min的速度繼續(xù)球磨I小時，獲得粒度D50為20 y m的Sm7.2Fe76.8Co3.2Zr0.8N12磁粉，測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。該磁粉氮化前后相的變化如圖5所示。實施例10將表面潔凈的稀土合金鑄片裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2X10_3Pa以下；然后通入0. 12MPa體積比例為I : 3 1的隊、4和順3混合氣體，驅動爐管5以2017/1^11的速度旋轉爐管球磨I小時，其粒度D50達到500 u m時合攏爐膛6，再利用爐膛6組成的加熱系統(tǒng)開始加熱，I小時升溫至400°C保溫氮化100小時，然后抽真空至IPa以下均勻化10小時，氮化的同時控制爐管5以lr/min的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，驅動爐管5以20r/min的速度繼續(xù)球磨2小時，獲得粒度D50為15 y m的NOi2Zi^ciCo43Tia3Ba9Fe7a6N145磁粉,測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。實施例11
將表面潔凈的稀土合金鑄片裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管5套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2X10_3Pa以下；然后通入
0.02MPa體積比為I : 3的高純N2和H2混合氣體，驅動爐管5以50r/min的速度旋轉爐管球磨I小時，其粒度D50達到30 ii m時合攏爐膛6再利用由加熱電源的發(fā)熱體和爐膛6組成的加熱系統(tǒng)開始加熱，I小時升溫至450°C保溫氮化3小時，然后抽真空至IPa以下均勻化I小時，氮化的同時控制爐管5以lOr/min 的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，驅動爐管5以50r/min的速度繼續(xù)球磨I小時，獲得粒度D50為8 y m的Pr
0.2Sm6.2Zr3.0Cu0.05Zn0.9Co4.3Fe72.85N12.5磁粉,測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。實施例12將表面潔凈的稀土合金鑄片裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管5套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2X10_3Pa以下；通入
0.12MPa體積比為I : 3的高純N2和H2混合氣體，驅動爐管5以20r/min的速度旋轉爐管球磨0. 5小時，其粒度D50達到300 u m時合攏爐膛6，再利用爐膛6組成的加熱系統(tǒng)開始加熱，I小時升溫至450°C保溫氮化4小時，然后抽真空至IPa以下均勻化I小時，氮化的同時控制爐管5以5r/min的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，獲得平均粒度D50為200 ii m的Dya2Sma8Zi^ciCo43FebalNl45磁粉,測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。實施例13將表面潔凈的稀土合金鑄片裝入內(nèi)部裝有研磨裝置4的可旋轉的爐管5中，合攏爐膛6將爐管5套在中間；然后利用真空系統(tǒng)2對爐管5抽真空至2X10_3Pa以下；然后通A 0. 12MPa體積比為I : 3的高純N2和H2混合氣體，驅動爐管5以30r/min的速度旋轉爐管球磨I小時，其粒度D50達到200 u m時合攏爐膛6，再利用爐膛6組成的加熱系統(tǒng)開始加熱，I小時升溫至480°C保溫氮化3小時，然后抽真空至IPa以下均勻化I小時，氮化的同時控制爐管5以5r/min的速度旋轉，提高氮化效率促進氮化均勻。打開爐膛6，利用冷卻系統(tǒng)3水冷上述處理好的氮化粉末，待其冷卻后充入惰性氣體做保護氣氛，驅動爐管以20r/min的速度繼續(xù)球磨I小時獲得平均粒度D50為100 y m的Sma8ZiY8Co4Sia6Fe7I9N1I5磁粉,測試其磁性能及氮氧含量如表I所示。表I稀土含氮磁粉的氧含量及磁性能
權利要求
1.一種稀土含氮磁粉制備工藝，其特征在于，該工藝包括下述步驟 (1)將稀土合金裝入帶有研磨裝置的爐管內(nèi)，真空系統(tǒng)啟動對爐管進行抽真空后氣源系統(tǒng)向爐管內(nèi)充入氫氣對稀土合金進行氫破碎得到稀土合金粉； (2)冷卻系統(tǒng)起動對爐管內(nèi)氫破碎后的稀土合金粉進行冷卻至150°C以下、且大于(TC，然后在惰性氣體或者氮氣保護下對稀土合金粉進行研磨得到稀土合金細粉； (3)對爐管進行抽真空，加熱爐膛將爐管加熱至400-600°C，然后再向爐管內(nèi)充入0. 01-0. 3MPa的含氮氣體對稀土合金細粉進行氮化處理，氮化完成后，400-600°C抽真空并保溫l-10h，進行均化處理； (4)冷卻系統(tǒng)起動將氮化處理和均化處理后的稀土合金細粉進行冷卻至150°C以下、且大于0°C，在惰性氣體保護下對氮化處理和均化處理后的稀土合金粉進行研磨后獲得稀土含氮磁粉。
2.根據(jù)權利要求I所述的稀土含氮磁粉的制備工藝，其特征在于在所述的步驟(I)中，所述通入氫氣壓力為0-0. 2MPa,對稀土合金進行氫破碎的吸氫溫度為0-300°C、吸氫時間為0-1Oh，脫氫溫度為300-800°C、脫氫時間為O-IOh。
3.根據(jù)權利要求I所述的稀土含氮磁粉的制備工藝，其特征在于步驟(3)中所述的含氮氣體是 N2、NH3> n2+nh3、n2+h2、nh3+h2、n2+nh3+h2 中的至少一種。
4.根據(jù)權利要求I所述的稀土含氮磁粉的制備工藝，其特征在于步驟(3)中所述的氮化處理其溫度為400-600°C、氮化時間為I-IOOh。
5.根據(jù)權利要求I所述的稀土含氮磁粉的制備工藝，其特征在于步驟(4)中所述的稀土含氣磁粉平均粒度為1-200 u m。
6.根據(jù)權利要求I所述的稀土含氮磁粉的制備工藝，其特征在于步驟(I)中所述的可旋轉的爐管的旋轉速度分別在步驟(I)、步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)中可根據(jù)需要在0-100r/min內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且旋轉速度古0，其中在步驟(I)和步驟(3)中旋轉速度優(yōu)選為1-10r/min，在步驟(2)和步驟(4)中旋轉速度優(yōu)選為10_60r/min。
7.根據(jù)權利要求I所述的稀土含氮磁粉的制備工藝，其特征在于步驟(2)和步驟(4)中所述的研磨時間為10min_5h。
8.一種用于制備稀土含氮磁粉的設備，包括爐管(5)、加熱爐膛(6)、真空系統(tǒng)(2)、冷卻系統(tǒng)(3)和氣源系統(tǒng)(I)，其特征在于爐管(5)內(nèi)裝有研磨裝置(4)。
9.根據(jù)權利要求8所述的設備，其特征在于所述研磨裝置(4)為不銹鋼、陶瓷、瑪瑙材質中的一種或幾種。
10.根據(jù)權利要求8所述的設備，其特征在于所述研磨裝置(4)為球形或者棒形。
11.根據(jù)權利要求8所述的設備，其特征在于所述的加熱爐膛(6)和其內(nèi)裝有的發(fā)熱體以及加熱電源組成加熱系統(tǒng)；真空系統(tǒng)⑵與爐管(5)連接；氣源系統(tǒng)⑴與爐管(5)連接，爐管(5)位于加熱爐膛(6)之中，水冷系統(tǒng)(3)位于加熱爐膛(6)的下部。
12.根據(jù)權利要求8所述的設備，其特征在于爐管(5)可旋轉，其旋轉速度在I-IOOr/min連續(xù)可調(diào)。
13.根據(jù)權利要求8所述的設備，其特征在于所述的加熱爐膛(6)是由兩個內(nèi)側分別裝有發(fā)熱體的半圓形結構組成，這兩個半圓形結構可根據(jù)需要在加熱時合攏將爐管(5)套在中間，在冷卻時可分開將爐管露出。
14.根據(jù)權利要求8所述的設備，其特征在于冷卻系統(tǒng)(3)采用水冷方式，由一排可向爐管(5)噴射自來水的水管組成。
15.用權利要求I所述的制備工藝制備的稀土含氮磁粉，其特征在于稀土含氮磁粉的化學式為Ra(Fe1-A) La-A,其中5彡a彡11，0彡b < 40，O彡x彡I，R代表包括Sc和Y在內(nèi)的所有稀土元素中的至少一種，M代表Zr、Hf、Mn、Ti、Si、V、Co、Ni、Cr、Mo、Al、Nb、Ga、In、Cu、Zn中的至少一種。
16.一種稀土含氮磁體，其特征在于，是用權利要求15所述的稀土含氮磁粉與粘結劑混合制備成。
全文摘要
一種稀土含氮磁粉制備工藝及設備，該設備由爐管(5)、加熱爐膛(6)、真空系統(tǒng)(2)、冷卻系統(tǒng)(3)和氣源系統(tǒng)(1)組成，其中設備爐管(5)內(nèi)裝有研磨裝置(4)。該工藝將稀土合金的氫爆處理、氮化處理、球磨處理三個關鍵工序集中在一臺設備中進行，能有效抑制氧化、工藝流程短、效率高、獲得磁粉性能優(yōu)良且穩(wěn)定。
文檔編號H01F1/059GK102768891SQ20111011632
公開日2012年11月7日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權日2011年5月6日
發(fā)明者于敦波, 彭海軍, 李世鵬, 李擴社, 李紅衛(wèi), 羅陽, 袁永強 申請人:北京有色金屬研究總院, 有研稀土新材料股份有限公司