一种低能耗钕铁硼磁性材料的制备方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本发明涉及一种低能耗钕铁硼磁性材料的制备方法。
【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]钕铁硼磁性材料产品是典型的节能节材产品，在传统产业的节能中有着不可替代的作用。但在现有技术中，钕铁硼磁性材料由于在应用过程中的温度稳定性差，磁感应强度低，内阻偏低，在应用的各种电气设备中存在磁电转换效率低，制造成本高，耗能高的缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种低能耗钕铁硼磁性材料的制备方法，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，在使用过程中能量损耗较低。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种低能耗钕铁硼磁性材料的制备方法，该永磁材料具备如下合金成分:(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，该方法包括如下步骤:
(1)母合金制备
将Y、Nd、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，将所得粉料置于磁场强度为1.7-2.1T中的磁场于760-800MPa下取向并压制坯体；
将坯体在200-300°C下预热80-100min，带热置于模具中加压260_280MPa以提高磁体密度；
(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。
[0006]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。
[0007]本发明制备的永磁材料，本发明通过使用Y掺杂替代Nd，并设定适合的原料比例，在降低制造成本的同时，提高了该永磁材料的饱和磁化强度和矫顽力，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；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；在材料中掺杂电阻率高的硅以提高材料的内阻，通过对磁性材料二次加压，有效提高磁密度，所制得的磁体具有良好的磁性能，居里温度超过280°C，具有良好的温度稳定性和较高的磁感应强度，其功率损耗通现有技术相比低得多。
【具体实施方式】
[0008]实施例一
本实施例制备的该永磁材料具备如下合金成分:(Ya46Nda 54) 25 (Fea77Nia2Sia03)
71.5^1.5^2°
[0009]将Y、Nd、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_4mbar，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。
[0010]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-0.05MPa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25m/s，冷却的速率为105°C /s，制备平均厚度为0.2-0.3mm的速凝片。
[0011]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。
[0012]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_3μπι，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，将所得粉料置于磁场强度为1.7Τ中的磁场于760MPa下取向并压制还体；将还体在200°C下预热80min，带热置于模具中加压260MPa以提高磁体密度。
[0013]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。
[0014]实施例二
本实施例制备的该永磁材料具备如下合金成分:(Ya53Nda 47) 28 (Fea73Nia22Siaci5)
65.4^1.8^5°
[0015]将Y、Nd、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_5