一种氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体、其制备方法与系统装置

摘要

本发明提供了一种氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体、其制备方法与系统装置，所述的制备方法包括：流化状态的钐钴颗粒与镝源和反应气混合后反应，反应产物气固分离后得到所述的氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体。本发明采用流态化工艺不仅使得钐钴粉在流化床反应装置中与镝源和反应气充分接触，而且为后续充分反应提供动力学基础，实现粉体微观尺度的均匀分布，进一步保证永磁体宏观尺度的均匀性，有效提高钐钴永磁材料的矫顽力。

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料领域技术领域，涉及一种氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体、其制备方法与系统装置。

背景技术

钐钴永磁材料兼具高居里温度(TC可达923℃)和优良磁稳定性，是高温永磁应用领域的首要选择，在电子通讯、电子干扰与对抗、精确制导定位、航空航天等国防装备中发挥着不可替代的作用，是世界各国尖端技术发展和战略竞争的热点之一。近年来，钐钴永磁也开始应用于地铁和高铁的大功率牵引电机。随着我国轨道交通等行业的快速发展，未来对钐钴永磁的需求将持续增长。因此钐钴永磁越来越受到永磁行业的重视，其生产规模在我国永磁产业集中的局部地区也逐渐扩大。

钐钴永磁属于沉淀硬化型永磁材料，其硬磁性源于独特的纳米胞状结构，通过胞壁相钉扎胞状主相的畴壁移动，从而提高矫顽力。钐钴永磁具有不均匀反磁化过程，因而方形度低于形核型的永磁材料，从而导致钐钴永磁的实际矫顽力不到理论值的60％。因此，如何提高钐钴永磁材料的矫顽力成为行业研究领域的主要问题。

目前，一种有效的提升磁体矫顽力的方法是通过在永磁材料中掺杂氧化镝而提高磁场的各向异性，可以有效的改善磁体的矫顽力。

CN111161933A公开了一种高矫顽力低温度系数烧结钐钴永磁体的制备方法，包括以下步骤：(1)配料(2)熔炼铸锭(3)制粉(4)混料(5)取向成型(6)预烧、烧结、固溶(7)切片(8)溶液配制：将含镝物、无水乙醇、分散剂，混合，搅拌，得混合溶液；(9)涂覆：将步骤(7)所得钐钴合金薄片置于步骤(8)所得混合溶液，浸泡，干燥；(10)渗镝：将经步骤(9)处理后所得钐钴合金薄片置于真空加热炉中，真空渗透；(11)时效处理：将经步骤(10)处理后所得钐钴合金薄片进行时效处理，冷却，得钐钴永磁体。

由此可见，如何设计并制备高质量氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体，保证微观尺度上的成分均匀分布，成为提高钐钴永磁材料的矫顽力亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体、其制备方法与系统装置，本发明采用流态化工艺不仅使得钐钴粉在流化床反应装置中与镝源和反应气充分接触，而且为后续充分反应提供动力学基础，实现粉体微观尺度的均匀分布，进一步保证永磁体宏观尺度的均匀性，有效提高钐钴永磁材料的矫顽力。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体的制备方法，所述的制备方法包括：

流化状态的钐钴颗粒与镝源和反应气混合后反应，反应产物气固分离后得到所述的氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体。

本发明采用流态化工艺不仅使得钐钴粉在流化床反应装置中与镝源和反应气充分接触，而且为后续充分反应提供动力学基础，实现粉体微观尺度的均匀分布，进一步保证永磁体宏观尺度的均匀性，有效提高钐钴永磁材料的矫顽力。

作为本发明一种优选的技术方案，钐钴颗粒在保护性气氛中进行流化处理得到流化状态的钐钴颗粒。

优选地，所述的保护性气氛采用的保护性气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种或其中两组的组合。

本发明通过在保护性气氛中进行反应既可使得所述钐钴颗粒保持流化状态，又可隔绝环境中的氧气，便于后续氧化镝的可控包覆。

优选地，所述的钐钴颗粒的粒度为0.5～100μm，例如可以是0.5μm、1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的混合方式为：将镝源与反应气体分别独立通入流化状态的钐钴颗粒所在的保护性气氛中。

优选地，所述的混合温度为700～800℃，例如可以是700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃或800，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的混合时间≥1min，例如可以是1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的镝源为DyCl

优选地，所述的镝源经预热后混合反应。

优选地，所述的镝源预热至718～1500℃，例如可以是718℃、720℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃或1500℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的镝源通过载气送入反应装置内进行混合反应。

优选地，所述镝源与载气混合后的气速为50～500mL/min，例如可以是50mL/min、100mL/min、150mL/min、200mL/min、250mL/min、300mL/min、350mL/min、400mL/min、450mL/min或500mL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的反应气为水蒸气。

优选地，所述的反应气经预热后混合反应。

优选地，所述的反应气预热至0～100℃，例如可以是0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的反应气通过载气送入反应装置内进行混合反应。

优选地，所述反应气与载气混合后的气速为75～500mL/min，例如可以是75mL/min、100mL/min、150mL/min、200mL/min、250mL/min、300mL/min、350mL/min、400mL/min、450mL/min或500mL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明提供的制备方法限定了混合时间和混合温度，以及镝源和反应气通入流化床反应装置的气速，通过调整以上工艺参数实现了在钕铁硼永磁材料表面均匀沉积氧化镝的目的，并实现了对氧化镝含量的调控。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的气固分离的方法包括重力沉降、离心沉降或过滤。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的制备方法包括：

(Ⅰ)粒度为0.5～100μm的钐钴颗粒在保护气氛中进行流化处理得到流化状态的钐钴颗粒，所述保护气氛采用的保护性气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种或其中两组的组合；

(Ⅱ)将镝源预热至718～1500℃，预热后的镝源与载气混合后以50～500mL/min的气速通入流化状态的钐钴颗粒所处的保护性气氛中；同时，反应气在预热至0～100℃，预热后的反应气与载气混合后以75～500mL/min的气速通入流化状态的钐钴颗粒所处的保护性气氛中，流化状态的钐钴颗粒、镝源和反应气的混合温度为700～800℃，混合时间≥1min；

(Ⅲ)反应结束后得到的反应产物经重力沉降、离心沉降或过滤后得到氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体。

第二方面，本发明提供了一种采用第一方面所述的制备方法制备得到的氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体，所述的氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体中氧化镝质量分数0.1～3.0wt.％。

本发明提供的氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体通过化学气相沉积原理结合流化床工艺技术，在钐钴颗粒表面均匀包覆氧化镝外壳，微观尺度的均匀分布保证宏观尺度的均匀性，目的是为了提高钐钴永磁材料的矫顽力，保证宏观永磁电机成分均匀性。

第三方面，本发明提供了一种用于制备第一方面所述的氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体的系统装置，所述的系统装置包括流化床反应装置，所述的流化床反应装置的底部外接保护气进管，所述的反应装置的下部分别独立外接镝源发生装置和反应气进管，所述的流化床反应装置的上部外接料仓。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的流化床反应装置的顶部外接尾气处理装置。

优选地，所述的反应气进管上设置有汽化装置。

优选地，所述的流化床反应装置外接产品收集装置。

所述系统是指设备系统、系统装置或生产装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用流态化工艺不仅使得钐钴粉在流化床反应装置中与镝源和反应气充分接触，而且为后续充分反应提供动力学基础，实现粉体微观尺度的均匀分布，进一步保证永磁体宏观尺度的均匀性，有效提高钐钴永磁材料的矫顽力；

(2)本发明制备氧化镝包覆钐钴复合粉体的方法简单，包覆层均匀，厚度可控，成本低，易于规模化批量生产。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式提供的制备氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的系统装置的结构示意图；

其中，1-料仓；2-流化床反应装置；3-镝源发生装置；4-汽化装置；5-产品收集装置；6-尾气处理装置；

图2为本发明实施例1制备得到的氧化镝包覆钐钴复合粉体的SEM图。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种用于制备氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体的系统装置，所述的系统装置如图1所示，包括流化床反应装置2，流化床反应装置2的底部外接保护气进管，反应装置的下部分别独立外接镝源发生装置3和反应气进管，反应气进管上设置有汽化装置4。流化床反应装置2的上部外接料仓1，流化床反应装置2的顶部外接尾气处理装置6，流化床反应装置2外接产品收集装置5。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体的制备方法，所述的制备方法包括：

(1)粒度为0.5～100μm的钐钴颗粒在保护气氛中进行流化处理得到流化状态的钐钴颗粒，所述保护气氛采用的保护性气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种或其中两组的组合；

(2)将镝源预热至718～1500℃，预热后的镝源与载气混合后以50～500mL/min的气速通入流化状态的钐钴颗粒所处的保护性气氛中；同时，反应气在预热至0～100℃，预热后的反应气与载气混合后以75～500mL/min的气速通入流化状态的钐钴颗粒所处的保护性气氛中，流化状态的钐钴颗粒、镝源和反应气的混合温度为700～800℃，混合时间≥1min；

(3)反应结束后得到的反应产物经重力沉降、离心沉降或过滤后得到氧化镝包覆钐钴永磁材料复合粉体。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氮气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经重力沉降气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为0.2wt.％。

图2为本实施例制备得到的氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的SEM图，由图2可以看出钐钴粉体表面均匀包覆了一层氧化镝薄膜。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氩气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经离心沉降气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为0.3wt.％。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氦气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经过滤气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为0.5wt.％。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氮气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经重力沉降气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为2.1wt.％。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氩气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经离心沉降气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为1.5wt.％。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氦气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经过滤气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为2.2wt.％。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氮气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经重力沉降气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为1.4wt.％。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氩气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经离心沉降气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为0.3wt.％。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氦气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经过滤气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为0.7wt.％。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氩气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经离心沉降气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为0.1wt.％。

本实施例提供一种氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的制备方法，所述制备方法在本发明提供的如图1所示的系统装置中进行，所述制备方法包括以下步骤：

(1)向流化床反应装内通入氩气作为保护气，使粒径为1～3μm的钐钴颗粒在保护气氛中处于流化状态；

(2)将镝源DyCl

(3)反应结束后经离心沉降气固分离，得到氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体，氧化镝包覆钐钴磁性材料复合粉体的氧化镝含量为0.3wt.％。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。