专利名称：：新型稀土-铁-氮永磁材料的制作方法该发明属于磁性材料领域。现有的稀土永磁材料已发展了三代。第一、第二代是以SmCo5和Sm2Co17为基的稀土-钴永磁合金。其主要成份是钴，但钴资源紧缺、成本昂贵，自1983年底以来，发展起以铁为主要成份的第三代Nd2Fe14B型磁体，但Nd2Fe14B居里温度不高，温度稳定性差，需要改善其性能或发展新型稀土-铁永磁材料。该发明即为一种新型稀土-铁-氮(R-Fe-N)永磁材料系列。本发明的技术要点如下1.以稀土-铁为基的合金，如R2Fe17，R2Fe14B和R(Fe，M)12，其中M＝Ti、V、Mo、W、Si、Al、Mn等，研成粉末，颗粒度在10-100μ之间，在氮气中进行热处理。处理温度在350℃-600℃之间，保温时间0.5-4小时，气压约为1个大气压。经此处理后，氮原子可进入到R-Fe合金的结构中，形成相应的R-Fe-N合金。如R2Fe17Nx，R2Fe14BNy和R(Fe，M)12Nz等，其中R为稀土元素，M为稳定ThMn12结构的第三元素，x≈2-3。y，z≈1(x，y，z的数值是依不同的结构而异的)。中子衍射研究表明，氮原子进入上述诸晶体的间隙位置，表1举例列出上述典型的R-Fe-N合金的晶体结构及晶格常数。表1Sm2Fe17N2，Nd2Fe14BN和NdTiFe11N的晶体结构和晶格常数<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">合金晶体结构a(nm)C(nm)Sm2Fe17N2菱方R3m0.87281.2657Nd2Fe14BN四方P42／mnm0.88511.2253NdTiFe11N四方I4／mmm0.87010.4844</table></tables>上述的R(Fe、M)12Nz合金，其特点是当R＝Nd、Tb、Ho等，M＝Ti，V，Mo，Nb，W，Si，Ga，Al，Mn时，为新型的永磁合金，如NdTiFe11Nz，NdV2Fe10Nz等，为了进一步提高矫顽力，饱和磁化强度和居里温度Nd可部分地用Tb等高磁晶各向异性的重稀土元素代换，Ti、V可混合配比，或者掺杂微量的Mo，Nb，W，Ga，Si，Al等，Fe可用适量的Co代换，如(NdTb)(Ti，Nb，Al，Fe)12Nz，(Nd、Tb)(Ti，V，Co，Fe)12Nz等。上述的合金R2Fe17Nx，其中R＝Sm时，为新型的永磁合金。为了进一步提高矫顽力，饱和磁化强度和居里温度，Fe可部分地被Ga、Al、Zr、Mn、Co、Cu替换，如Sm2(Fe，Ga，Zr，Co)17Nx。上述的合金R2Fe14BNy，其中当R＝Nd时，为高居里温度的Nd-Fe-B型永磁材料，为进一步提高矫顽力和居里温度，可以用Tb、Dy部分代换Nd，用Nb，Al，Cu，Ga，Co部分代换Fe如(NdDy)2(FeNbAl)14BNy和(NdDy)2(FeCoNbGa)14BNy。2.在1中所述新型稀土-铁-氮永磁材料，即采用了在氮气气氛下的热处理工艺，使之吸氮后居里温度升高、饱和磁化强度增加，同时磁晶各向异性发生重大变化。因此氮气热处理工艺，既可以作为改善磁体磁性的一种方法，如Nd2Fe14B吸氮以后，居里温度从585K升至640K;又是制造高居里温度新型稀土-铁永磁材料的一种手段，如Sm2Fe17和R(Fe、M)12，其中R为Nd、Tb、Ho等，吸氮以后不仅居里温度升高、居里温度TC皆在700K以上，而且C轴成为易磁化方向，室温下具有强各向异性场，特别是Sm2Fe17Nx和Nd(TiFe)12Nz具有高饱和磁化强度，可制成高矫顽力，高磁能积磁体，最大磁能积的理论值分别是55MGOe和60MGOe，表2列出Sm2Fe17N2和NdTiFe11N的基本磁性。表2Sm2Fe17N2和NdTiFe11N的饱和磁化强度σS、居里温度Tc，各向异性场HA和易磁化方向<tablesid="table2"num="002"><tablealign="center">合金σS(emu/g)Tc(K)HA(特斯拉)易磁化方向1.5K293K1.5K293KSm2Fe17N2148.72137.5674717.012.0C-轴NdTiFe11N158.80145.3574011.58.0C－轴</table></tables>上面所述的氮气热处理工艺的条件为氮气的纯度为99.9%以上;热处理温度为350-600℃;热处理的时间为0.5-4小时;氮气压力为1个大气压;样品的颗粒度在10-100μ之间，即在上述条件下的工艺过程，制成R-Fe-N永磁材料。若进一步将永磁材料R-Fe-N合金粉末制成永磁磁体，该发明采用了复合磁体工艺，其方法是用重量比为10Wt%-50Wt%的锌粉、锡粉或铝粉与永磁合金粉末均匀混合，然后在100-300MPa的压力下在磁场中成型，再在400℃-500℃温度下热处理，即制成各向异性的复合磁体。亦可先采用机械合金化方法和快淬方法，制出R-Fe纳米微晶粉末，然后在氮气中热处理，形成R-Fe-N纳米微晶粉末，该粉末可以直接采用橡胶或树脂粘接或直接压型制成各向同性的永磁体。此外，上述的稀土-铁-氮永磁材料，亦可采用合金熔炼的工艺来制备，其特点是利用合金组元中相应的氮合金或与氮形成的化合物作为原料配制而后进行熔炼。本发明的优点在于R-Fe-N合金有很高的居里温度(700K以上)，因此制成的永磁体可在较高温度下使用，克服了Nd2Fe14B磁体的缺点。另外，Nd(TiFe)12Nz合金制成的永磁体，因为可以不使用价格昂贵和稀有的钐(Sm)金属，从而成本低，有利于市场竞争。实施例电弧炉或感应炉熔炼Nd(TiFe)12合金。把合金磨粉，颗粒度约30μ，放入钼皿。置钼皿于石英管中，进行热处理。热处理温度为480℃。石英管内注入流通的高纯氮气，压力为一个大气压。保温2小时，然后从炉中取出石英管，用水冷却石英管。制成Nd(TiFe)12Nz合金，Z≈1。此合金居里温度为740K。C轴为易磁化方向，室温各向异性场8特斯拉，饱和磁化强度4πMs在温度为1.5K和300K时分别为14759高斯和13509高斯。上面制成的Nd(TiFe)12Nz合金粉末，进一步研磨到颗粒度为3μ，然后与15Wt%的锌粉均匀混合，高压压型，再在400℃的温度下热处理，即制成复合磁体。权利要求1.一种新型永磁材料，其特征是含有稀土-铁-氮元素的永磁合金R2Fe17Nx、R2Fe14BNy和R(Fe，M)12Nz，其中(1)R为稀土元素；(2)M为稳定ThMn12结构的第三元素；(3)x≈2-3，y、z≈1。2.按照权利要求1所述的稀土-铁-氮永磁材料，其中R(Fe、M)12Nz合金的特征是(1)当R＝Nd、Tb、Ho;M＝Ti、V、Mo、Nb、W、Si、Ga、Al、Mn时为新型永磁合金NdTiFe11N或NdV2Fe10N;(2)当Nd部分地用Tb代换;Ti、V混合配比或掺杂微量的Mo、Nb、W、Ga、Si、Al;Fe用适量Co代换，即为新型永磁合金(NdTb)(Ti，NbAl，Fe)12N或(NdTb)(Ti，V，Co，Fe)12N。3.按照权利要求1所述的稀土-铁-氮永磁材料，其中R2Fe17Nx合金的特征是(1)R＝Sm时，为新型永磁合金;(2)Fe部分地被Ga、Al、Zr、Mn、Co、Cu替换，为新型永磁合金Sm2(Fe，Ga，Zr，Co)17Nx。4.按照权利要求1所述的稀土-铁-氮永磁材料，其中R2Fe14BNy合金的特征是(1)R＝Nd，为高居里温度的Nd-Fe-B型永磁材料;(2)Tb、Dy部分代换Nd，用Nb、Al、Cu、Ga、Co部分代替Fe为新型永磁材料(NdDy)2(FeNbAl)14BNy或(Nd、Dy)2(FeCoNbGa)14BNy。5.一种新型稀土-铁-氮永磁材料和磁体的制造工艺方法，其特征是采用了氮气热处理工艺和复合磁体工艺。6.按照权利要求5所述的稀土-铁-氮永磁材料的制造工艺，其氮气热处理工艺特征是(1)氮气的纯度99.9%;(2)热处理温度350℃-600℃;(3)热处理时间0.5-4小时;(4)氮气压力为1个大气压;(5)样品的颗粒度在10-100μ之间。7.按照权利要求5所述的稀土-铁-氮永磁磁体的制造工艺，其复合磁体工艺的特征是(1)用重量比为10Wt%-50Wt%的锌粉、锡粉或铝粉与永磁合金粉末均匀混合;(2)在100-300MPa压力下成型;(3)在400℃-500℃温度下热处理;(4)在磁场中取向，制成各向异性的复合磁体。8.按照权利要求5至7所述的稀土-铁-氮永磁材料和磁体的制造工艺，其特征是可先采用机械合金化或快淬方法，制出R-Fe纳米微晶粉末，然后在氮气中热处理制成R-Fe-N纳米微晶粉末，再用橡胶或树脂粘接或直接压型制成各向异性的永磁体。9.按照权利要求1所述的稀土-铁-氮永磁材料，亦可采用合金熔炼的工艺来制备，其特征是利用合金组元中相应的氮合金或与氮形成的化合物作为原料来配制而后进行熔炼。全文摘要本发明通过氮气热处理工艺制造以R文档编号H01F41/02GK1059230SQ9010916公开日1992年3月4日申请日期1990年11月16日优先权日1990年11月16日发明者杨应昌,张晓东申请人:北京大学