一種稀土鈷基永磁體用帶狀釬焊料及其制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于稀土永磁體釬焊材料及制造領域，特別涉及一種稀土鈷基永磁體用帶 狀釬焊料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 稀土鈷基永磁體是二十世紀六十年代發展起來的第一、二代稀土永磁材料，在現 代高新技術、新興產業發展中發揮了重要作用。由于稀土鈷基永磁材料具有較高的居里溫 度（SmC 〇5 :740°C，Sm2C〇17 :850°C )，并具有沉淀硬化型的矯頑力機制，即矯頑力是由沉淀 相對疇壁的釘扎來決定的。因此，稀土鈷基永磁體具有較低的剩磁溫度系數和較低的剩磁 溫度不可逆損失，即具有較高的溫度穩定性。同時由于材料是以鈷為基，磁體具有較好的環 境使用性能。正是這種高穩定性，使得稀土鈷基永磁體在高精度儀器儀表，微波通訊，航空、 航天、船舶的導航系統，以及大型推進電機等高技術領域的應用中起到了不可替代的作用。 隨著這些高科技領域的發展，需要對相應結構設計的更新換代，這樣急需為之相應的稀土 鈷基永磁體焊接先進技術。因此，制造出SmCo稀土永磁體的釬焊材料也是當務之急。
[0003] 由于用熔焊等傳統工藝焊接，對于SmCo稀土永磁材料而言具有不可焊接性，目前 在磁體產品連接、組裝方面主要是用環氧樹脂粘結來完成，在與其他金屬材料復合則采用 螺栓等機械連接。這些方法在連接工藝和強度方面會受到限制，同時由于環氧樹脂粘隨時 間老化問題使得磁體組裝工件使用壽命受到限制。在有振動的使用環境中采用機械連接方 法，經長期疲勞松動也會使得磁體組裝工件使用壽命受到限制。由于SmCo稀土永磁體是脆 性材料，使用機械連接還較容易使磁體受到"傷害"。能否使用"焊接"方法解決上述問題， 一直是材料研究領域的技術難題。
[0004] 理論上講，稀土鈷基永磁材料若具有可焊接性，將可制成任何形狀的組裝磁體，但 是在現有的技術中未曾見到SmCo稀土永磁體用焊接材料及制造方法。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種可使稀土鈷基永磁材料能夠焊接的帶狀釬焊材料，該材 料由稀土組合-鈷-銅-硅元素作為成分組成。
[0006] 本發明的另一個目的是提供一種可使稀土鈷基永磁材料能夠焊接的帶狀釬焊材 料的制備方法，采用將合金熔煉后再進行速凝的工藝步驟。
[0007] 為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：
[0008] 本發明提供一種稀土鈷基永磁體用帶狀釬焊料，該帶狀釬焊料的化學式按質量百 分比表示為：Sm aCobCucSidRei。。 abc d，其中，0彡a彡30,5彡b彡20,5彡C彡15，1彡d彡5， Re為稀土元素 Ce、Pr中的一種。
[0009] 優選地，5彡a彡20, 5彡b彡15。
[0010] 所述稀土鈷基永磁體用帶狀釬焊料通過速凝制取方法獲得。
[0011] 所述稀土鈷基永磁體用帶狀釬焊料呈連續帶狀，厚度為0.05~0. 15mm，具有60~ 100納米的微晶結構。
[0012] 本發明提供一種如權利要求1所述的稀土鈷基永磁體用帶狀釬焊料的制備方法， 包括如下步驟：
[0013] (1)按照稀土鈷基永磁體用帶狀釬焊料的質量百分比化學式： SmaCobCucSidRei。。 abcd，其中，0 彡a彡 30,5彡b彡 20,5 彡 c彡 15，1 彡 d彡 5，Re 為稀土元 素 Ce、Pr中的一種，進行物料配比；
[0014] (2)將步驟⑴配好的原料裝入真空熔煉爐，在10 1MP下進行真空熔煉合成鑄態 合金；
[0015] (3)將步驟（2)所得鑄態合金破碎后，裝入噴帶管后裝卡在真空速凝爐內，抽真空 至10 3MP后，將整個爐體充入氬氣；然后向噴帶管中再充入高于爐體中氣壓的氬氣，加熱升 高溫度至鑄態合金熔化；
[0016] (4)調節冷卻輥轉速，待轉速穩定后增加感應圈功率，待速凝溫度恒定后，打開噴 帶管將鑄態合金液噴射到高速旋轉的冷卻輥上速凝。
[0017] 所述制備方法的速凝溫度為750~950 °C。
[0018] 所述步驟（3)中鑄態合金破碎至粒度小于20mm顆粒。
[0019] 所述步驟（3)中向整個爐體充入氬氣至0· 02MP，向噴帶管中充入氬氣至0· 05MP。
[0020] 所述步驟（4)中冷卻輥的轉速為10~20米/分。
[0021] 噴帶管與爐體的氣壓差設定在0· 01~0· 06MP之間。
[0022] 與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
[0023] 本發明帶狀稀土鈷基永磁體用釬焊料的主要特質是根據成分不同，熔點可以在 500~800°C范圍內進行調節，即可以實現在較寬的溫度范圍內進行SmCo磁體的釬焊過程； 采用本發明的釬焊料進行SmCo永磁材料釬焊接（如圖1所示），其抗彎強度接近SmCo永磁 體原基體的強度，比用環氧樹脂進行SmCo磁體粘結的抗彎強度高出3. 6倍，如表1所示。
[0024] 本發明的帶狀稀土鈷基永磁體用釬焊料，解決了釤鈷永磁不可焊性的難題。經過 焊接實踐，其焊接強度完全可以滿足SmCo磁體各種性能、尺寸、形狀及強度的焊接要求。
【附圖說明】
[0025] 圖1為采用本發明的稀土鈷基永磁體用帶狀釬焊料進行SmCo磁體焊接后的照片
[0026] 圖2為釬焊料在Sm元素高于30wt %時，導致釬焊料不成連續帶狀
[0027] 圖3為本發明的帶狀稀土鈷基永磁釬焊料的外觀
【具體實施方式】
[0028] 下面結合實施例對本發明進行進一步說明。
[0029] 本發明稀土鈷基永磁體用釬焊料成分組成
[0030] 通常釬焊定義為用比母材熔點低的金屬材料作為釬料，用液態釬料潤濕母材和填 充工件接口間隙并使其與母材相互擴散的焊接方法。釬焊時只有釬料熔化而母材保持固 態，這就要求釬料的熔點低于母材的熔點，其成分亦有差別。熔化的釬料依靠潤濕和毛細作 用吸入并保持在母材間隙內，液態釬料與固態母材間的相互擴散形成冶金結合。釬焊特點 是變形小，接頭光滑，適合于焊接精密、復雜和由不同材料組成的構件。釬焊只在母材數微 米和數十微米界面進行反應，一般不涉及母材深層結構，因此適用作為稀土鈷基永磁材料 焊接。
[0031] 釬焊料的選擇特質通常是：
[0032] 1、盡量選擇釬焊料主成分與母材成分相近。
[0033] 2、釬焊料液相線要低于母材液相線至少20~30°C。
[0034] 3、釬焊料中的某一重要組元應能與母材產生液態互熔、固溶，從而能夠形成牢固 的結合。
[0035] 4、釬焊料主成分與母材主成分在元素周期表中的位置應當盡量靠近，這樣的釬焊 料引起的電化學腐蝕較小。
[0036] 5、釬焊料最好具有良好的加工性能，以便能制成絲、棒、片、箱、粉等型材。
[0037] 稀土鈷基永磁材料主要由Sm、Co、Cu、Fe和Zr五個元素組成。其相組成為Sm2Co 17。 一般實際重量百分比是Sm25. 0%，C〇50%，（Cu、Fe、Zr)25%。稀土鈷永磁材料的熔點在 1230°C 左右。
[0038] 根據稀土鈷基永磁材料和釬焊料的選擇特質，本發明帶狀釬焊料的主要特征是采 用與5!11 2(：〇17主成分稀土金屬Sm在元素周期表中的位置相靠近的稀土金屬Ce、Pr元素其中 一種與Sm元素相配合作為主成分，同時為了降低釬焊料的熔點并與Sm 2Co17合金基體成分 相靠近，特別加入一定量的金屬Co和Cu元素。另外，為了實現在后續釬焊料帶材制備的必 要條件加入了硅Si元素。
[0039] 實驗證明，稀土含量較低其磁體焊接強度較差，而稀土含量過高（特別是Sm元 素）又導致釬焊料不能成連續帶狀，如圖2所示。因此本發明稀土鈷基永磁體用釬焊料 的合金組成按質量百分比表示是：Sm a C〇bCucSidRei。。a b c d，其中，0彡a彡30, 5彡b彡20， 5彡c彡15，1彡d彡5, Re為稀土元素 Ce、Pr中的一種。
[0040] 本發明稀土鈷基永磁體用釬焊料的第二個特征是所制備的釬焊料具有60~100 納米的微晶結構。本發明稀土鈷基永磁體用釬焊料的第三個特征是所制備的釬焊料呈帶 狀，如圖3所示。根據釬焊料制備工藝不同和焊接工藝要求不同，釬焊料帶狀厚度可以在 0. 05~0. 15mm范圍內進行調節。
[0041] 表1焊接和環氧膠連接磁體與SmCo材料基體抗彎強度比較
[0043] 稀土鈷基永磁體用帶狀釬焊料的制取方法
[0044] 本發明的稀土鈷基永磁帶狀釬焊料采用速凝制取方法獲得，包括如下步驟：
[0045] (1)按照稀土鈷基永磁體用帶狀釬焊料的質量百分比化學式： SmaCobCucSidRei。。 abcd，其中，0 彡a彡 30,5彡b彡 20,5 彡 c彡 15，1 彡 d彡 5，Re 為稀土元 素 Ce、Pr中的一種，進行物料配比；
[0046] (2)將步驟（1)配好的原料裝入真空熔煉爐，在10 1MP下進行真空熔煉合成鑄態 合金；
[0047] (3)將步驟（2)所得鑄態合金破碎后，裝入噴帶管后裝卡在真空速凝爐內，抽真空 至10 3MP后，將整個爐體充入氬氣；然后向噴帶管中再充入高于爐體中氣壓的氬氣，加熱升 高溫度至鑄態合金熔化；
[0048] (4)調節冷卻輥轉速，待轉速穩定后增加感應圈功率，待速凝溫度恒定后，打開噴 帶管將鑄態合金液噴射到高速旋轉的冷卻輥上速凝。
[0049] 在速凝過程中控制速凝溫度是非常重要的因素。溫度過高會導致釬焊料合金氧化 或粘輥不成帶。溫度過低又影響獲得連續的帶狀釬焊料。因此，根據上述釬焊料不同成分及 熔點特質，本稀土鈷基永磁體用帶狀釬焊料制取方法的主要特征是速凝溫度設定在750~ 950 °C進行。
[0050] 在速凝工藝過程中，輯速也是決定釬焊料能否獲得合適的微晶結構和能否形成帶 狀的關鍵因素之一。輥速度過快會形成非晶狀態，輥速過慢會導致晶粒過大。本稀土鈷基 永磁體用帶狀釬焊料制取方法的第二個特征是將輥速設定在10~20米/分時進行速凝噴 帶，即可以獲得晶粒在60~100納米的連續帶狀的釬焊料。
[0051] 在速凝制作過程中另一個影響連續噴帶的因素是噴帶管與爐體的氣壓差。壓差過 大會使得噴嘴處鋼液噴濺影響噴帶的連續性，而壓差過小則會導致噴嘴處鋼液不能正常流 動而凝固堵塞，噴不出帶子來。因此，根據本發明中釬焊料特質，本稀土鈷基永磁體用帶狀 釬焊料制取方法的第三個特征是將噴帶管與爐體的氣壓差設定在〇. 01~〇. 06MP之間。在 這個氣壓差范圍，用上述釬焊料成分組成和速凝制作工藝可以獲得連續的帶狀稀土鈷基永 磁體用釬焊料。
[0052] 實施例1
[0053] (1)參見表2,將Sm元素按30%，Ce、Pr元素其中一種分別按50%重量百分比，與 5% Co, 10% Cu，5% Si重量百分比進行物料配比；
[0054] (2)用真空熔煉爐在10 1MP下冶煉合成鑄態合金；
[0055] (3)將鑄錠破碎至粒度小于20mm顆粒裝入噴帶管后裝卡在速凝爐內，抽真空至 10 3MP后，將整個爐體充入氬氣至0. 02MP ;然后向噴帶管中再充入高于爐體中氣壓的氬氣 至0. 05MP，加熱升高溫度至鑄態合金熔化；
[0056] (4)將冷卻輥轉速調至10m/s，待轉速穩定后增加感應圈功率，待速凝溫度達 950 °C恒定后，打開噴帶管將鑄態合金液噴射到高速旋轉的冷卻輥上速凝。