粘结型钐铁氮、钕铁氮、铁氧体永磁粉复合永磁材料及其制备方法

摘要

一种粘结型钐铁氮、钕铁氮和铁氧体永磁粉末的复合永磁材料，由重量百分数为83％～98.9％钐铁氮永磁粉、钕铁氮永磁粉和铁氧体永磁粉末的混合磁粉、1％～15％的高分子粘结剂及0.1－2％的助剂组成。混合磁粉的配方(按重量百分数计)为：钐铁氮永磁粉2％～96％，钕铁氮永磁粉2％～96％，铁氧体永磁粉2％～96％。复合永磁材料制备方法包括：模压成型、注射成型、挤出成型以及压延成型。该产品具有内禀性能优异，价格低廉，耐高温，抗腐蚀和氧化性能良好，特别是通过调整混合磁粉的配比，可实现性能与价格可调的特点。

说明书

                                     技术领域

本发明属于粘结永磁材料，特别涉及三种永磁合金粉末复合而成的粘结永磁材料。

                                     背景技术

20世纪90年代，我国的杨应昌教授报道了我国拥有自主知识产权的NdFe₁₂N_x型稀土永磁材料，因其具有稀土含量少，又不含钴等价格昂贵的掺杂金属，单位产品的原材料成本比钕铁硼低(约低30％)；剩余磁感应强度、磁能积高以及更强的抗氧化和抗腐蚀能力等特点，因而被受国内外关注。2001年，NdFe₁₂N_x型稀土永磁粉相继实现了工业化生产，由于其由于烧结工艺会导致氮脱离晶格，因此只能用于制作各种粘结磁体，包括注射成型、模压成型、压延成型、挤出成型磁体，其性能都大大高于铁氧体。

目前采用NdFe₁₂N_x取代NdFeB制备的粘结磁体，以及由NdFe₁₂N_x与铁氧体复合制备成的复合粘结磁体，虽然在抗氧化、耐腐蚀以及价格等方面有较大的改善，但由于NdFe₁₂N_x永磁粉末的矫顽力偏低(约400kA/m)，铁氧体永磁的矫顽力更低，由它们制备粘结磁体及其复合磁体的在抗外磁场干扰等能力不强，因而限制了它的应用。为了提高其内禀矫顽力，扩大这一高性价比的新型永磁材料的工业上应用领域，虽然可采用在NdFe₁₂N_x与铁氧体复合永磁材料中加入NdFeB磁粉的办法，但是从物理特性上看，NdFeB磁粉存在易于氧化，易于腐蚀等缺陷，要获得良好的使用性能不得不在制备过程中增加防腐、防氧化等工序，从而导致附加成本上升；另外目前的快淬NdFeB磁粉多呈鳞片状，颗粒粗大，难以同NdFe₁₂N_x与铁氧体复合永磁粉末混合均匀，这会给后续的工艺带来种种问题，制备的磁体往往存在许多技术缺陷。

1990年Coey等人发现Sm₂Fe₁₇N_x型化合物具有优异的永磁性能，具有和NdFe₁₂N_x型稀土永磁粉相似的特点，且NdFe₁₂N_x型永磁粉相比它具有更高的内禀矫顽力(HDDR法制备的各向同性的Sm₂Fe₁₇N_x磁粉的矫顽力可达1600kA/m)。由于Sm₂Fe₁₇N_x型稀土永磁粉耐腐蚀和抗氧化的能力同NdFe₁₂N_x磁粉相当，如用其替代NdFeB磁粉添加到NdFe₁₂N_x与铁氧体复合永磁材料中，可在不降低复合磁体的耐腐蚀和抗氧化能力的同时，解决NdFe₁₂N_x与铁氧体复合永磁材料矫顽力低的问题；另外2∶17型氮化物磁粉的粒度与NdFe₁₂N_x磁粉以及铁氧体永磁粉相当，它们极易实现均匀混合，这为后续的工艺奠定了良好的基础，可有效的减少制备的复合磁体的缺陷。

可见由NdFe₁₂N_x、铁氧体和Sm₂Fe₁₇N_x型永磁粉组成的复合永磁材料不仅具有优异的内禀性能，而且价格相对低廉，又具有耐高温，抗腐蚀和氧化的能力，特别是通过调整混合磁粉的配比，可实现性能与价格的可调，适用范围广泛，是一种具有的广阔市场前景的复合永磁材料。

                                  发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种新的粘结永磁复合材料及其制备方法，这种方法制备的永磁复合材料不仅具有优异的内禀性能，而且价格低廉，又具有耐高温、抗腐蚀和氧化的能力。

本发明的技术方案是：钐铁氮稀土永磁粉、钕铁氮永磁粉以及铁氧体永磁粉的混合磁粉经充分机械搅拌、混合后，用偶联剂进行包覆处理，然后加入粘结剂及添加剂混合均匀，并最终成型为复合永磁体。

上述粘结复合永磁材料的成型方法包括：模压成型、注射成型、挤出成型以及压延成型。

上述粘结复合永磁材料的制备过程中采用的偶联剂为硅烷系列或钛酸酸脂系列，其含量在0.1-1％(重量百分数)。

上述粘结复合永磁材料的制备过程中采用的添加剂包括润滑剂和抗老化剂等，其中润滑剂为硬脂酸或硬脂酸盐。

上述粘结复合永磁材料的制备过程中采用的粘结剂为高分子粘结剂可以选用环氧树脂、酚醛树脂、钛酸二烯丙酯、天然及人工合成橡胶、尼龙系列等中的至少一种，其含量为1-15％(重量百分数)。

上述粘结复合永磁材料的中的钐铁氮稀土永磁粉为自制或市售的任意一种SmFeN永磁粉、钕铁氮永磁粉为自制或市售的任意一种NdFeN永磁粉，铁氧体永磁粉为自制或市售的任意一种铁氧体永磁粉，钐铁氮、钕铁氮、铁氧体复合永体的混合磁粉的配方(按重量百分数计)为：

钐铁氮稀土永磁粉    2％～96％

钕铁氮稀土永磁粉    2％～96％

铁氧体永磁粉        2％～96％

本发明由于采用钐铁氮稀土永磁粉、钕铁氮永磁粉和铁氧体永磁粉作为原料，复合磁体具有良好的抗外磁场的干扰能力；而且价格低廉，又具有耐高温，抗腐蚀和氧化的能力，特别是通过调整混合磁粉的配比，可实现性能与价格的可调。总之，本发明适用于汽车制造、家用电器、微特电机、仪器仪表等领域。

                            具体实施方式

实施例1：

本实施例中混合磁粉的配方为各向同性Sm₂Fe₁₇N_x(x≤3)磁粉80％(重量百分数)，钡铁氧体永磁粉(其分子式为BaO.6Fe₂O₃)10％(重量百分数)，各向同性NdFe₁₂N_x(x≤3)稀土永磁粉10％(重量百分数)；粘结剂选用环氧树脂，含量为1.5％(重量百分数)，混合磁粉的含量为98.4％(重量百分数)；混合磁粉用硅烷进行包覆处理，然后加入环氧树脂粘结剂及硬脂酸润滑剂混合均匀，在压机上压制成型，成型压力选为8T，成型体都为φ10×10mm的标准试样。复合永磁材料的密度为5.75g/cm³，磁性能为剩磁Br＝0.57T，磁感矫顽力Hcb＝380kA/m，内禀矫顽力Hcj＝870kA/m，最大磁能积(BH)m＝58kA/m³。

实施例2：

本实施例中混合磁粉的配方为重量百分数为50％的各向异性NdFe₁₂N_x(x≤3)磁粉、20％的各向异性的Sm₂Fe₁₇N_x(x≤3)磁粉和锶铁氧体永磁粉(分子式为SrO.6Fe₂O₃)30％(重量百分数)；粘结剂选用环氧树脂，含量为1.3％(重量百分数)，混合磁粉的含量为98.5％(重量百分数)；混合磁粉用钛酸脂进行包覆处理，然后加入环氧树脂粘结剂及硬脂酸锌润滑剂混合均匀，取向后再在压机上压制成型，成型压力选为8T，成型体都为φ10×10mm的标准试样。复合永磁材料的密度为6.07g/cm³，磁性能为剩磁Br＝0.73T，磁感矫顽力H_cb＝289kA/m，内禀矫顽力H_cj＝634kA/m，最大磁能积(BH)_m＝74kJ/m³。

实施例3：

本实施例中，采用重量百分比为80％的锶铁氧体永磁粉(分子式为SrO.6Fe₂O₃)、5％各向异性的NdFe₁₂N_x(x≤3)磁粉和15％的各向异性的Sm₂Fe₁₇N_x(x≤3)磁粉的混合磁粉，放入Z型捏合机中混合，重量比0.3％的硅烷经丙酮稀释后，以喷洒的方式加入，最后加入重量百分数为9％尼龙6和0.2％抗老化剂RD(2二氢化喹啉聚合体)，混合均匀，混合磁粉的含量为90.5％(重量百分数)。混合物经双螺杆挤出造粒后，最终在250℃，120Mpa条件下注射成型出磁体。复合永磁体的磁性能为剩磁Br＝0.38T，磁感矫顽力H_cb＝270kA/m，内禀矫顽力H_cj＝525kA/m，最大磁能积(BH)m＝38kJ/m³。

实施例4：

本实施例中混合磁粉的配方为重量百分数为50％钡铁氧体永磁粉(其分子式为BaO.6Fe₂O₃)，30％的各向同性Sm₀₂Fe₁₇N_x(x≤3)磁粉和20％的各向同性的NdFe₁₂N_x(x≤3)磁粉；粘结剂选用酚醛树脂，含量为1.5％(重量百分数)，混合磁粉的含量为98.4％(重量百分数)；混合磁粉用硅烷进行包覆处理，然后加入酚醛树脂粘结剂及硬脂酸锌润滑剂混合均匀，在压机上压制成型，成型压力选为10T，成型体都为φ10×10mm的标准试样。复合永磁材料的密度为5.8g/cm³，磁性能为剩磁Br＝0.51T，磁感矫顽力H_cb＝350kA/m，内禀矫顽力H_cj＝740kA/m，最大磁能积(BH)_m＝47kJ/m³。

实施例5：

本实施例中，采用重量百分比为5％钡铁氧体永磁粉(其分子式为BaO.6Fe₂O₃)，80％的各向异性的NdFe₁₂N_x(x≤3)磁粉和15％的各向异性的Sm₂Fe₁₇N_x(x≤3)磁粉的混合磁粉5公斤，放入Z型捏合机中混合，0.03公斤的硅烷经丙酮稀释后，以喷洒的方式加入，最后加入0.6公斤氯化聚乙烯橡胶、0.02公斤抗老化剂SPH(苯乙烯化苯酚)和0.02公斤的硬脂酸锌润滑剂，混合均匀。再在100℃下用密炼机混炼，再用双辊炼混炼，混炼上片后采用双辊压延机压制成型。复合永磁材料的磁性能为剩磁Br＝0.58T，磁感矫顽力H_cb＝362kA/m，内禀矫顽力H_cj＝713kA/m，最大磁能积(BH)_m＝52kJ/m³。