一種低能耗釹鐵硼磁性材料的制備方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種低能耗釹鐵硼磁性材料的制備方法。
【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(duì)于永磁材料的需求激增。
[0003]釹鐵硼磁性材料產(chǎn)品是典型的節(jié)能節(jié)材產(chǎn)品，在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的節(jié)能中有著不可替代的作用。但在現(xiàn)有技術(shù)中，釹鐵硼磁性材料由于在應(yīng)用過程中的溫度穩(wěn)定性差，磁感應(yīng)強(qiáng)度低，內(nèi)阻偏低，在應(yīng)用的各種電氣設(shè)備中存在磁電轉(zhuǎn)換效率低，制造成本高，耗能高的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種低能耗釹鐵硼磁性材料的制備方法，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，在使用過程中能量損耗較低。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種低能耗釹鐵硼磁性材料的制備方法，該永磁材料具備如下合金成分:(YxNcU) a (Fe1^zNiySiz) 100-a-b-cBbNbc,其中 χ=0.46-0.53，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、Nd、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(jí)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，將所得粉料置于磁場強(qiáng)度為1.7-2.1T中的磁場于760-800MPa下取向并壓制坯體；
將坯體在200-300°C下預(yù)熱80-100min，帶熱置于模具中加壓260_280MPa以提高磁體密度；
(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。
[0006]優(yōu)選的，在步驟(2)后還包括對(duì)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。
[0007]本發(fā)明制備的永磁材料，本發(fā)明通過使用Y摻雜替代Nd，并設(shè)定適合的原料比例，在降低制造成本的同時(shí)，提高了該永磁材料的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力，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；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；在材料中摻雜電阻率高的硅以提高材料的內(nèi)阻，通過對(duì)磁性材料二次加壓，有效提高磁密度，所制得的磁體具有良好的磁性能，居里溫度超過280°C，具有良好的溫度穩(wěn)定性和較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其功率損耗通現(xiàn)有技術(shù)相比低得多。
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例一
本實(shí)施例制備的該永磁材料具備如下合金成分:(Ya46Nda 54) 25 (Fea77Nia2Sia03)
71.5^1.5^2°
[0009]將Y、Nd、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_4mbar，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。
[0010]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-0.05MPa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25m/s，冷卻的速率為105°C /s，制備平均厚度為0.2-0.3mm的速凝片。
[0011]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。
[0012]將上述速凝片經(jīng)過氫破碎和氣流磨制成的微米級(jí)粉末粒徑為1_3μπι，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，將所得粉料置于磁場強(qiáng)度為1.7Τ中的磁場于760MPa下取向并壓制還體；將還體在200°C下預(yù)熱80min，帶熱置于模具中加壓260MPa以提高磁體密度。
[0013]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。
[0014]實(shí)施例二
本實(shí)施例制備的該永磁材料具備如下合金成分:(Ya53Nda 47) 28 (Fea73Nia22Siaci5)
65.4^1.8^5°
[0015]將Y、Nd、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_5