一種釔鐵基永磁材料的制備方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種釔鐵基永磁材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁材料具有將機(jī)械能(信息)與電磁能(信息)互相轉(zhuǎn)換的功能，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)信息、通訊、航空航天、交通、辦公自動(dòng)化、家電、人體健康與保健等高新技術(shù)領(lǐng)域，并已經(jīng)成為高新技術(shù)、新興產(chǎn)業(yè)與社會(huì)進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。近年來，稀土永磁體的應(yīng)用，使結(jié)構(gòu)簡單、功率因數(shù)高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)逐步在各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域替代傳統(tǒng)電勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)，這也使得節(jié)能電機(jī)制造業(yè)對于永磁材料的需求激增。
[0003]自YFeB永磁材料在1983年第一次被報(bào)道以后，對其磁性能和制備工藝的研宄就大量開展起來，YFeB永磁材料是迄今為止磁性最強(qiáng)的永磁材料，是當(dāng)前世界上發(fā)展最快，市場前景最好的永磁材料。但是，因金屬Y儲(chǔ)量少價(jià)格高，給YFeB永磁材料的應(yīng)用帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，有必要適應(yīng)稀土資源稀缺的現(xiàn)狀，探索新型磁性材料，在優(yōu)化磁體成份和制備工藝的基礎(chǔ)上，制備出價(jià)格低廉的永磁材料，達(dá)到降低原材料成本的目的。
[0004]稀土元素Y元素由于本身的剩余磁通密度和矯頑力的溫度系數(shù)的絕對值比Y、Pr、Dy等稀土類元素小，多被現(xiàn)有研宄人員作為替代稀土元素應(yīng)用于釹系稀土永磁中。因?yàn)閅元素會(huì)釹系中的主元素Fe和B形成的Y2Fel4B相，導(dǎo)致其性能下降。因此，一直以來，研宄人員釔鐵基稀土材料不會(huì)有很好的應(yīng)用價(jià)值。然而，發(fā)明人研宄發(fā)現(xiàn)，通過控制調(diào)整其成分的控制和制備工藝的控制，可以得到具有實(shí)用性能的稀土磁性材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種釔鐵基永磁材料的制備方法，使用該方法制備的永磁材料，具有較低的原料成本，并且具備較好的磁性能和較低的制造成本。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種釔鐵基永磁材料的制備方法，該永磁材料具備如下合金成分:(YxDyh)a (Fe1TzNiySiz)1HBbNbc，其中 x=0.82-0.95，y=0.20-0.22，z=0.03-0.05，a=25-28，b=l.5-1.8，c=2_5，該方法包括如下步驟:
(1)母合金制備
將Y、Dy、Fe、N1、S1、B、Nb等原料按照上述配比完成后，同時(shí)放入電弧爐銅坩禍(水冷)內(nèi)，關(guān)閉電弧爐腔體抽真空至10_4-10_5mbar，連續(xù)洗氣2_3次，每次洗氣充入高純Ar氣壓力為500-600mbar，洗氣完成后腔體內(nèi)再充入高純Ar氣600_700mbar，熔煉過程中不斷用電弧攪動(dòng)合金液，使其充分熔化均勻，關(guān)閉電流待合金液冷卻后，用機(jī)械手將合金錠上下翻轉(zhuǎn)，重復(fù)上述步驟，總共反復(fù)熔煉5-6次，冷卻后得到母合金鑄錠；
(2)速凝片制備
將鑄錠置于真空中頻速凝感應(yīng)爐中，抽真空，通入氬氣，使?fàn)t內(nèi)氬氣氣壓達(dá)到-0.05—0.06MPa后進(jìn)行熔煉，待原材料全部熔化后施以電磁攪拌精煉，隨后將鋼液澆注水冷銅輥上，輥輪的輪速為25-40m/s，冷卻的速率為105-106°C /s，制備平均厚度為0.2-0.3mm的速凝片；
(3)制坯及取向
將上述速凝片經(jīng)過氫破碎和氣流磨制成的微米級粉末粒徑為1-3 μ m，其中所用高能球磨時(shí)間為3-4小時(shí)，球料比10-15: 1，球磨介質(zhì)為乙二醇；
在氬氣保護(hù)氛圍下，將混合磁粉在磁場強(qiáng)度為1.7-2.1T的磁場中取向成型，再進(jìn)行冷等靜壓，制成毛坯，等靜壓大小為280-320MPa ；
(4)燒結(jié)
將成型毛坯在氬氣保護(hù)下放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，先以5-10°C /min升溫至600-800°C，保溫3-4h，然后以10-15°C /min升溫至1000_1030°C燒結(jié)4_5h，冷卻至室溫后，進(jìn)行二次回火處理，即分別在790-830°C和450-480°C熱處理回火l_2h，得到產(chǎn)品。
[0007]優(yōu)選的，在步驟(2)后還包括對速凝片退火處理的步驟，具體為:等待銅輥冷卻后取出速凝片，將速凝片裝入一端封口的石英管中，通過真空封管系統(tǒng)洗氣，洗氣完成后抽真空再充入高純Ar氣后將石英管的另一端封閉，打開感應(yīng)退火爐設(shè)定溫度400°C _750°C、感應(yīng)頻率為0.5-10KHZ，熱處理時(shí)間為10-20分鐘；之后將石英管推入磁場退火爐中，設(shè)定溫度400°C _750°C、磁場強(qiáng)度為1.5-2.5T，熱處理時(shí)間為10-30分鐘。
[0008]本發(fā)明制備的永磁材料，本發(fā)明通過設(shè)定Y、Fe、B的比例范圍，并摻雜Dy、Ni從而提高了該釔鐵基永磁材料的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力，進(jìn)而提高了釔鐵基永磁材料的整體磁性能，并解決了現(xiàn)有磁性材料中由于稀土 Y元素和非磁性含量B過多而造成的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力較低的問題；在材料中摻雜電阻率高的硅以提高材料的內(nèi)阻，采用二次壓坯工藝提高磁體的磁能積，最后在燒結(jié)過程中采用二次回火工藝，進(jìn)一步提高了材料的矯頑力。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例一
本實(shí)施例制備的永磁材料具備如下合金成分:(Ya82Dyai8)25(Fea77Nia2Siaci3)7h5Bh5Nb2tl
[0010]將Y、Dy、Fe、N1、S1、B、Nb等原料按照上述配比完成后，同時(shí)放入電弧爐銅坩禍(水冷)內(nèi)，關(guān)閉電弧爐腔體抽真空至l(T4-l(T5mbar，連續(xù)洗氣2次，每次洗氣充入高純Ar氣壓力為500mbar，洗氣完成后腔體內(nèi)再充入高純Ar氣600mbar，熔煉過程中不斷用電弧攪動(dòng)合金液，使其充分熔化均勻，關(guān)閉電流待合金液冷卻后，用機(jī)械手將合金錠上下翻轉(zhuǎn)，重復(fù)上述步驟，總共反復(fù)熔煉5次，冷卻后得到母合金鑄錠。
[0011]將鑄錠置于真空中頻速凝感應(yīng)爐中，抽真空，通入氬氣，使?fàn)t內(nèi)氬氣氣壓達(dá)到-0.06MPa后進(jìn)行熔煉，待原材料全部熔化后施以電磁攪拌精煉，隨后將鋼液澆注水冷銅輥上，輥輪的輪速為25-40m/s，冷卻的速率為105/s，制備平均厚度為0.2-0.3mm的速凝片。
[0012]等待銅輥冷卻后取出速凝片，將速凝片裝入一端封口的石英管中，通過真空封管系統(tǒng)洗氣，洗氣完成后抽真空再充入高純Ar氣后將石英管的另一端封閉。打開感應(yīng)退火爐設(shè)定溫度400°C、感應(yīng)頻率為0.5KHZ，熱處理時(shí)間為10分鐘；之后將石英管推入磁場退火爐中，設(shè)定溫度400°C、磁場強(qiáng)度為1.5T，熱處理時(shí)間為10分鐘。
[0013]將上述速凝片經(jīng)過氫破碎和氣流磨制成的微米級粉末粒徑為1-3 μπι，其中所用高能球磨時(shí)間為3小時(shí)，球料比10: 1，球磨介質(zhì)為乙二醇；在氬氣保護(hù)氛圍下，將混合磁粉在磁場強(qiáng)度為1.7Τ的磁場中取向成型，再進(jìn)行冷等靜壓，制成毛坯，等靜壓大小為280MPa。
[0014]將成型毛坯在氬氣保護(hù)下放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，先以5°C /min升溫至600°C，保溫3h，然后以10°C /min升溫至1000°C燒結(jié)4h，冷卻至室溫后，進(jìn)行二次回火處理，即分別在790°C和450°C熱處理回火lh，得到產(chǎn)品。
[0015]實(shí)施例二
本實(shí)施例制備的永磁材料具備如下合金成分:(Y0.95Dy0.05)