一种钇铁基永磁材料的制备方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种钇铁基永磁材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]磁材料具有将机械能(信息)与电磁能(信息)互相转换的功能，目前已经被广泛应用于计算机、网络信息、通讯、航空航天、交通、办公自动化、家电、人体健康与保健等高新技术领域，并已经成为高新技术、新兴产业与社会进步的重要物质基础之一。近年来，稀土永磁体的应用，使结构简单、功率因数高、起动转矩大的永磁同步电动机(PMSM)逐步在各产业领域替代传统电励磁电动机，这也使得节能电机制造业对于永磁材料的需求激增。
[0003]自YFeB永磁材料在1983年第一次被报道以后，对其磁性能和制备工艺的研宄就大量开展起来，YFeB永磁材料是迄今为止磁性最强的永磁材料，是当前世界上发展最快，市场前景最好的永磁材料。但是，因金属Y储量少价格高，给YFeB永磁材料的应用带来了巨大的挑战。因此，有必要适应稀土资源稀缺的现状，探索新型磁性材料，在优化磁体成份和制备工艺的基础上，制备出价格低廉的永磁材料，达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矫顽力的温度系数的绝对值比Y、Pr、Dy等稀土类元素小，多被现有研宄人员作为替代稀土元素应用于钕系稀土永磁中。因为Y元素会钕系中的主元素Fe和B形成的Y2Fel4B相，导致其性能下降。因此，一直以来，研宄人员钇铁基稀土材料不会有很好的应用价值。然而，发明人研宄发现，通过控制调整其成分的控制和制备工艺的控制，可以得到具有实用性能的稀土磁性材料。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种钇铁基永磁材料的制备方法，使用该方法制备的永磁材料，具有较低的原料成本，并且具备较好的磁性能和较低的制造成本。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供的一种钇铁基永磁材料的制备方法，该永磁材料具备如下合金成分:(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，该方法包括如下步骤:
(1)母合金制备
将Y、Dy、Fe、N1、S1、B、Nb等原料按照上述配比完成后，同时放入电弧炉铜坩祸(水冷)内，关闭电弧炉腔体抽真空至10_4-10_5mbar，连续洗气2_3次，每次洗气充入高纯Ar气压力为500-600mbar，洗气完成后腔体内再充入高纯Ar气600_700mbar，熔炼过程中不断用电弧搅动合金液，使其充分熔化均匀，关闭电流待合金液冷却后，用机械手将合金锭上下翻转，重复上述步骤，总共反复熔炼5-6次，冷却后得到母合金铸锭；
(2)速凝片制备
将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，使炉内氩气气压达到-0.05—0.06MPa后进行熔炼，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，随后将钢液浇注水冷铜辊上，辊轮的轮速为25-40m/s，冷却的速率为105-106°C /s，制备平均厚度为0.2-0.3mm的速凝片；
(3)制坯及取向
将上述速凝片经过氢破碎和气流磨制成的微米级粉末粒径为1-3 μ m，其中所用高能球磨时间为3-4小时，球料比10-15: 1，球磨介质为乙二醇；
在氩气保护氛围下，将混合磁粉在磁场强度为1.7-2.1T的磁场中取向成型，再进行冷等静压，制成毛坯，等静压大小为280-320MPa ；
(4)烧结
将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先以5-10°C /min升温至600-800°C，保温3-4h，然后以10-15°C /min升温至1000_1030°C烧结4_5h，冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在790-830°C和450-480°C热处理回火l_2h，得到产品。
[0007]优选的，在步骤(2)后还包括对速凝片退火处理的步骤，具体为:等待铜辊冷却后取出速凝片，将速凝片装入一端封口的石英管中，通过真空封管系统洗气，洗气完成后抽真空再充入高纯Ar气后将石英管的另一端封闭，打开感应退火炉设定温度400°C _750°C、感应频率为0.5-10KHZ，热处理时间为10-20分钟；之后将石英管推入磁场退火炉中，设定温度400°C _750°C、磁场强度为1.5-2.5T，热处理时间为10-30分钟。
[0008]本发明制备的永磁材料，本发明通过设定Y、Fe、B的比例范围，并掺杂Dy、Ni从而提高了该钇铁基永磁材料的饱和磁化强度和矫顽力，进而提高了钇铁基永磁材料的整体磁性能，并解决了现有磁性材料中由于稀土 Y元素和非磁性含量B过多而造成的饱和磁化强度和矫顽力较低的问题；在材料中掺杂电阻率高的硅以提高材料的内阻，采用二次压坯工艺提高磁体的磁能积，最后在烧结过程中采用二次回火工艺，进一步提高了材料的矫顽力。
【具体实施方式】
[0009]实施例一
本实施例制备的永磁材料具备如下合金成分:(Ya82Dyai8)25(Fea77Nia2Siaci3)7h5Bh5Nb2tl
[0010]将Y、Dy、Fe、N1、S1、B、Nb等原料按照上述配比完成后，同时放入电弧炉铜坩祸(水冷)内，关闭电弧炉腔体抽真空至l(T4-l(T5mbar，连续洗气2次，每次洗气充入高纯Ar气压力为500mbar，洗气完成后腔体内再充入高纯Ar气600mbar，熔炼过程中不断用电弧搅动合金液，使其充分熔化均匀，关闭电流待合金液冷却后，用机械手将合金锭上下翻转，重复上述步骤，总共反复熔炼5次，冷却后得到母合金铸锭。
[0011]将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，使炉内氩气气压达到-0.06MPa后进行熔炼，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，随后将钢液浇注水冷铜辊上，辊轮的轮速为25-40m/s，冷却的速率为105/s，制备平均厚度为0.2-0.3mm的速凝片。
[0012]等待铜辊冷却后取出速凝片，将速凝片装入一端封口的石英管中，通过真空封管系统洗气，洗气完成后抽真空再充入高纯Ar气后将石英管的另一端封闭。打开感应退火炉设定温度400°C、感应频率为0.5KHZ，热处理时间为10分钟；之后将石英管推入磁场退火炉中，设定温度400°C、磁场强度为1.5T，热处理时间为10分钟。
[0013]将上述速凝片经过氢破碎和气流磨制成的微米级粉末粒径为1-3 μπι，其中所用高能球磨时间为3小时，球料比10: 1，球磨介质为乙二醇；在氩气保护氛围下，将混合磁粉在磁场强度为1.7Τ的磁场中取向成型，再进行冷等静压，制成毛坯，等静压大小为280MPa。
[0014]将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先以5°C /min升温至600°C，保温3h，然后以10°C /min升温至1000°C烧结4h，冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在790°C和450°C热处理回火lh，得到产品。
[0015]实施例二
本实施例制备的永磁材料具备如下合金成分:(Y0.95Dy0.05)