CN1229510C - 一种镝铁合金粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镝铁合金粉的制备方法，它采用还原扩散法制造含镝20%～60%(重量)的镝铁合金粉；所述的还原反应的温度为800℃～1000℃，保持时间1小时至3小时，所述的扩散反应的温度为1000℃～1250℃，保持时间为2～6小时。与现有技术相比，本发明采用的还原扩散法是由氧化物直接还原得到金属镝并立即扩散与铁粉形成原子比恒定的Fe2Dy化合物，该化合物中的Dy含量为59%，上下波动范围很小。该法无环境污染，生产成本又低，Dy含量又稳定，因此完全具有实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及化合物型合金的制备方法，尤其涉及一种镝铁合金粉的制备方法。
背景技术
第三代稀土永磁体钕铁硼(Nd-Fe-B)磁性材料的出现对现代高新技术产业的发展产生了巨大影响。Nd-Fe-B磁体主要是由稀土金属钕(Nd)和铁及硼等元素通过粉末冶金工艺制造而成的，是目前最强的磁性材料。它广泛应用于电子器件、医疗器件、电声器材、微特电机、磁耦合器、磁分离器等方面，具有十分广阔的发展前景。
稀土金属镝(Dy)是高性能钕铁硼磁体的必加元素，可显著提高合金的内禀矫顽力和热稳定性。对减缓Nd-Fe-B磁体在改变使用环境(如：使用温度高)条件下其磁学性能的降低程度起着不可替代的作用。随着Nd-Fe-B合金中镝含量的增加，其内禀矫顽力亦增加，使用温度也随之提高(见表1)。Nd-Fe-B合金中镝的加入量为1％至6％，如内禀矫顽力≥17千奥斯特的磁体中镝的含量一般为3％左右。
表1几种主要牌号的Nd-Fe-B磁体的内禀矫顽力与使用温度的大致关系
| 牌号 | 内禀矫顽力(Hcj千奥斯特) | 使用温度(℃) |
| N40 | ≥12 | 80 |
| N38M | ≥15 | 100 |
| N35H | ≥17 | 120 |
| N33SH | ≥20 | 150 |
| N30UH | ≤25 | 180 |
| N28EH | ≥30 | 220 |
稀土金属镝的主要用途除了用作高性能钕铁硼磁性材料的添加剂之外，还可用作稀土超磁致伸缩材料的主要合金元素，如，在典型的稀土超磁致伸缩合金(FeDy0.7Tb0.3)中，镝的重量百分比含量约为40％。随着该材料的迅速发展，金属镝在该材料中的用量也将迅速扩大。2000年该材料的世界用量已达到数百吨。
此外，金属镝也是磁光存储材料(如：FeDyTbGd系合金)的主要合金元素，其含量也是40％左右。磁光盘是80年代才开始应用的产品，可擦可重写，反复擦写可达上百万次以上，记录密度是硬磁盘的50倍，是软磁盘的800～1000倍以上，因此发展速度极快。RE(Tb、Dy、Gd)-TM(过渡金属Fe、Co等)合金靶材是制造磁光盘的关键材料。日本等发达国家已于1988年将磁光盘系统推向市场。预计2000年仅日本的磁光盘系统市场将达到一万亿日元。我国已建立二条磁光盘生产线，使用的靶材合金就是TbDyFe系合金。相信不久以后，磁光盘市场将形成一定规模。
众所周知，在冶炼实用合金时，以母合金(中间合金)的形式加入合金元素比以纯金属的形式加入更为合理，特别是对那些难熔金属或是加入量很少或是溶解度很小的合金元素更是如此。母合金的熔点低于纯金属的熔点，因而在冶炼实用合金时易快速熔化，使化学成分均匀，各部分差别小，并且可缩短熔炼时间，提高合金回收率，降低生产成本。由于金属镝的主要用途都是用在含铁的合金中，因而以镝铁(Dy-Fe)母合金形式加入镝更为合理。镝铁合金的用途与金属镝的用途相同，但无论是从它们的生产工艺上考虑，还是从生产成本上考虑，镝铁合金均比金属镝有更大的优越性。
然而，过去所有的研究和开发的产品均为镝含量不稳定的块状镝铁合金。如有报导，曾用稀土氧化物的钙热还原法，首先制取纯金属镝，再用共熔法配成含镝量80～90％的镝铁合金。另外也曾用共析电解法制取含镝量为95％的镝铁合金，用共熔法制成的镝铁合金虽然含镝量高，但其应用价值很小，至今未推广应用；原因是该法经二次熔融配制成的，因此提高了生产成本，而且，生产方法有严重的环境污染问题。而共析电解法制取的镝铁合金含量虽高，但镝含量无法控制在一定范围内，因此也未实际使用。这两种方法制得的镝铁合金均为块状，难于在液态合金中快速均匀溶化。
此外，还有文献报导，首先将氧化镝和氧化铁处理成DyF3和FeF3，再经Ca还原制成镝铁合金块；该法的处理存在严重的环境污染问题，而且Dy、Fe的含量均难以控制。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种生产工艺简单、无污染、生产成本低的镝铁合金粉的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种镝铁合金粉的制备方法，它采用还原扩散法制造含镝20％～60％(重量)的镝铁合金粉；还原扩散法制取镝铁合金粉的化学反应方程式是：
首先将一定量的氧化镝粉末与金属钙屑或钙粒、铁粉用混料器均匀混合，然后在压力机上把混合料在20～60MPa压力下压成料块，再将其置于真空电阻炉中，在氩气保护下加热，使其进行还原和扩散反应，生成不同含镝量的镝铁合金粉；随氧化镝加入量不同，合金粉中含镝量可在20％～60％(重量)范围内变化，当镝含量达59％时，其组成Fe2Dy的金属间化合物；还原反应的温度为800℃～1000℃，保持时间1小时至3小时，扩散反应的温度为1000℃～1250℃，保持时间为2～6小时；反应完成以后，试料随炉冷却，可缓冷，也可急冷，试料冷却至40℃～60℃时，即可出炉；试料块出炉后，可先将其压碎并粉碎至小于8mm的细小颗粒，再将其置入水中浸泡，或将试料块直接投入水中浸泡，浸泡一段时间后，边搅拌，边用流动的水冲洗，清除副产物氧化钙和过剩的钙与水形成的氢氧化钙悬浮物，直至水中无这种白色悬浮物为止，然后加入浓度1％～5％(重量)的弱酸性水溶液洗2～3次，再用清水洗合金粉至水溶液的pH值至中性，倒出水后，向剩余的合金粉中加入酒精清洗，使用的酒精量与合金粉的重量比为0.5∶1至2∶1，最后倒出酒精，置于真空干燥箱中干燥，所得干燥的合金粉即为最终产品。
与现有技术相比，本发明采用的还原扩散法是由氧化物直接还原得到金属镝并立即扩散与铁粉形成原子比恒定(Fe∶Dy＝2∶1)的Fe2Dy化合物，该化合物中的Dy含量为59％，上下波动范围很小。该法无环境污染，生产成本又低，Dy含量又稳定，因此完全具有实际应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
将Dy2O3100克，Fe粉59.8克和Ca粒42克(直径1～3μm)，用混料器均匀混合后，再用50MPa压力压成试料块放入反应器中，然后置于预先充入Ar气的电阻加热炉中加热至900℃时保温1小时，再继续升温至1200℃保温3小时，然后随炉冷却至50℃左右，取出试料置于水中，使其慢慢与水反应，同时进行搅拌，之后再用1％稀醋酸水溶液清洗，再用水和酒精清洗，最后进行真空干燥。所得合金粉145克，其中Dy＝57.07％、Fe＝41.96％、Ca 0.12％、O 0.14％、C 0.01％、N 0.014％。
实施例2
将Dy2O3 186.5克、Ca粒78克、铁粉223克，合计487.5克，按实施例1方法处理后所得合金粉460克，其中Dy＝32.82％、Fe＝66.90％、O 0.15％、Ca 0.02％。
实施例3
称重Dy2O3 588克、Fe 334.5克、Ca粒246克，共1168.5克，压成试料块后经900℃、1小时还原和1100℃、5小时的扩散反应。试料块再经实施例1方法处理后所得合金粉800克，其中Dy 58.67％、Fe 40.83％、O 0.12％、Ca 0.11％、C 0.01％。
利用实施例3合金粉600克，在25公斤真空感应炉上冶炼了20公斤N33H钕铁硼合金，经铸锭、粉碎、压型、烧结、热处理等工序制成钕铁硼磁体，经北京中国计量科学研究院测量结果：其磁性能为Br＝12.20KGs，Hcj＝17.78KOe，(BH)max＝34.08MGOe，高于标准牌号磁体的磁性能。
Claims (1)
1.一种镝铁合金粉的制备方法，其特征在于，采用还原扩散法制造含镝20％～60％(重量)的镝铁合金粉；还原扩散法制取镝铁合金粉的化学反应方程式是：
首先将一定量的氧化镝粉末与金属钙屑或钙粒、铁粉用混料器均匀混合，然后在压力机上把混合料在20～60MPa压力下压成料块，再将其置于真空电阻炉中，在氩气保护下加热，使其进行还原和扩散反应，生成不同含镝量的镝铁合金粉；随氧化镝加入量不同，合金粉中含镝量可在20％～60％(重量)范围内变化，当镝含量达59％时，其组成为Fe2Dy的金属间化合物；还原反应的温度为800℃～1000℃，保持时间1小时至3小时，扩散反应的温度为1000℃～1250℃，保持时间为2～6小时；反应完成以后，试料随炉冷却，可缓冷，也可急冷，试料冷却至40℃～60℃时，即可出炉；试料块出炉后，可先将其压碎并粉碎至小于8mm的细小颗粒，再将其置入水中浸泡，或将试料块直接投入水中浸泡，浸泡一段时间后，边搅拌，边用流动的水冲洗，清除副产物氧化钙和过剩的钙与水形成的氢氧化钙悬浮物，直至水中无这种白色悬浮物为止，然后加入浓度1％～5％(重量)的弱酸性水溶液洗2～3次，再用清水洗合金粉至水溶液的pH值至中性，倒出水后，向剩余的合金粉中加入酒精清洗，使用的酒精量与合金粉的重量比为0.5∶1至2∶1，最后倒出酒精，置于真空干燥箱中干燥，所得干燥的合金粉即为最终产品。
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Granted publication date: 20051130 Termination date: 20181109 |
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