技术领域
[0001] 本
发明属于稀土永磁材料技术领域,尤其涉及一种双主相含钇永磁磁体及其制备方法。
背景技术
[0002] 作为新材料产业重要组成部分的稀土永磁材料,广泛应用于
能源、交通、机械、医疗、IT、家电等行业,如制造各种永磁
电机、振动
马达、永磁仪表、
电子工业、
核磁共振装置、音响器材和磁疗设备等方面,其产品涉及国民经济的很多领域。
[0003] 目前用来制备钕
铁硼稀土永磁材料的稀土原料主要是钕、镨、镝、铽等。随着钕铁硼稀土永磁材料用量越来越大,钕、镨、镝、铽等
稀土金属成为稀缺资源,急需寻找能够替代这些稀缺资源的稀土金属。
[0004] 由于Y2Fe14B的
各向异性场HA远低于Nd2Fe14B,采用传统的制备方法制备的Y2Fe14B磁体无法满足用户对性能的要求,亟需研发一种新型的永磁
合金。
[0005] 随着中国南方高钇或中钇富铕型稀土矿的开采,钇相对过剩。在
专利申请CN101834045A,专利申请CN102360655A中,涉及了Y在稀土永磁材料的应用,但其采用的是单合金法,且Y的
质量百分数只在1%-10%;在专利申请CN200580001133.X中,虽提及此稀土永磁材料中可含有钇(单合金法),但是并未说明钇与钕、镨等稀土金属有相似的作用,可以部分取代钕铁硼稀土永磁材料中的这些面临短缺的稀土金属。
[0006] 单合金法是指在合金配料阶段加入各种原料混合熔炼得到单一成分的
合金锭,然后采用传统的粉末
冶金烧结工艺制备磁体。而双合金法是熔炼一个主相合金和一个辅相合金(或称液相合金,也就是富稀土相,或称
晶界相)。其中,辅相合金的主要作用是调整主相成分偏析、修复晶界或实现液相烧结(周寿增等,烧结钕铁硼稀土永磁材料与技术,冶金工业出版社,2011年9月版,第12章)。
[0007] 双主相合金工艺则是分别制备两种主相合金粉体,按一定比例混粉后成型、烧结,避免了单合金法与双合金法直接将Y熔入合金中,使得Y过多的替代了主相中的Pr,Nd而严重恶化磁体的性能,最终产品的剩磁、
矫顽力及磁能积均较低。
发明内容
[0008] 本发明的目的之一在于提供一种双主相含钇永磁磁体,钇占稀土总量的5%~60%,并且较少或不使用重稀土元素;本发明的另一个目的在于提供了一种双主相含钇永磁磁体的制备方法,在保持良好的
磁性能的同时,磁体的生产成本大幅降低。
[0009] 本发明的双主相含钇永磁磁体,其特征在于,所述双主相含钇永磁磁体的化学式按质量百分比为:(YηRe1-η)αFe100-α-β-γBβTMγ,其中,0.05≤η≤0.6,29≤α≤33,0.8≤β≤1.4,0.5≤γ≤3.6,Re为Nd,Pr,Dy,Tb,Ho元素中的一种或几种,TM为Ga,Co,Cu,Nb,Al元素中的一种或几种,所述双主相含钇永磁磁体具有(Y,Re)-Fe-B主相和(Pr, Nd)-Fe-B主相的双主相结构。
[0010] 在所述含钇永磁磁体中,钇含量占稀土总量的5%~60%。
[0011] 该合金的双主相为(YηRe1-η)2Fe14B(0.1≤η≤0.8)结构和(Prμ Nd1-μ)2Fe14B(0≤μ≤0.4)结构。
[0012] 一种双主相含钇永磁磁体的制备方法,包括如下步骤:(1)采用双主相工艺法配制两种不同的主相合金,第一主相合金的成分按质量百分比(PrμNd1-μ)αFe100-α-β-γBβTMγ,其中, 0≤μ≤0.4, 27≤α≤33,0.8≤β≤1.4,
0.5≤γ≤3.6, TM为Ga,Co,Cu,Nb,Al元素中的一种或几种;第二主相合金的成分按质量百分比为(YηRe1-η)αFe100-α-β-γBβTMγ,其中,0.1≤η≤0.8,27≤α≤33,
0.8≤β≤1.4,0.5≤γ≤3.6,Re为Nd,Pr,Dy,Tb, Ho元素中的一种或几种,TM为Ga,Co,Cu,Nb,Al元素中的一种或几种,分别配制两种原料;
(2)将步骤(1)中配好的两种原料分别进行熔炼,经
水冷
铜辊,制成平均厚度为
0.1~0.5mm的速凝片;
(3)将步骤(2)中制得的两种速凝片分别进行氢
破碎,脱氢后得到粗破碎磁粉;粉体加入一定量的抗
氧化剂;然后在惰性气体保护气氛下,分别进行气流磨,得到D50在1~6 u m之间,D50之比为1:3~3:1之间,D90/D10≥3.5的两种磁粉;
(4)根据不同牌号永磁合金的成分要求,以不同比例分别称取步骤(3)制备的两种磁粉在混料机中将两种磁粉混合均匀;
(5)在惰性气体保护气氛下,将混合均匀磁粉在
磁场强度为1.5~2.3T的磁场中取向成型,再进行冷
等静压,制成毛坯;
(6)将成型后的毛坯放入烧结炉中进行烧结,升温制度为:首先在450~800℃保温1~10小时进行脱氢,然后在烧结
温度1000~1080℃保温1~5小时后水冷或气冷;
(7)分别在800~930℃和450~550℃进行1~4小时的二级回火处理。
[0013] 在所述步骤(1)中,配制原料所需的稀土采用单一稀土金属,也可以采用比例确定的
混合稀土金属。在所述步骤(2)中,首先,将原材料放入中频感应熔炼速凝炉
坩埚内,-2 -2在
真空度达到10 Pa以上时给低功率预热,待真空度再次达到10 Pa以上后停止抽真空并充入高纯Ar,使炉内Ar气压达到-0.04 ~ -0. 08MPa后升功率进行熔炼;待原材料全部
熔化后保温一定时间,并获得
电磁搅拌,随后将金属液浇注到水冷铜辊上,制得平均厚度为0.1~0.5mm的速凝片。在所述步骤(3)中,气流磨时
风选轮的转速度控制在3000r/min~4000r/min。在所述步骤(6)中,在烧结过程中,脱氢段升温速度为2-3℃/min,接近烧
结温度的1小时,升温速度为0.5℃/min左右,达到设定值后保温1~4小时,然后水冷或气冷。
[0014] 本发明的设计原理如下:采用双主相含钇永磁磁体及其制备方法,最终在磁体中形成 (Prμ Nd1-μ)2Fe14B(0≤μ≤0.4)相(即(Pr,Nd)-Fe-B) 和(YηRe1-η)2Fe14B(0.1≤η≤0.8)(即(Y, Re) -Fe-B)双主相结构,两相之间存在晶界而不是Y,Pr,Nd,Re 相互掺杂Re 2Fe14B混合结构。其中,第一主相(Pr,Nd)-Fe-B为不含Y的反磁化能力较高相,其成分为(YηRe1-η)αFe100-α-β-γBβTMγ(wt. %);第二主相(Y, Re) -Fe-B为富含Y的反磁化能力较低相,其成分为(YηRe1-η)αFe100-α-β-γBβTMγ(wt.%)。
[0015] 由于反磁化能力较低相(Y, Re)-Fe-B在反磁化能力较高相(Pr,Nd)-Fe-B中的反磁化畴较难扩散长大,因此很好地克服了(Y, Re) -Fe-B相矫顽力差的缺点。同时,在(Y, Re)-Fe-B相中通过添加一些其它稀土元素来提高其矫顽力,最终获得良好性能的双主相含钇永磁磁体。
[0016] 与
现有技术相比,本发明的有益效果在于:(1)采用本发明生产双主相含钇永磁磁体,在保持良好磁性能的同时,大幅增加了Y的用量,占稀土总量的5%-60%,可利用相对过剩、廉价的稀土钇替代钕铁硼中的Nd和Pr,并使得稀土金属得到综合与平衡利用;磁体的生产成本大幅降低,极大的提高了磁体的性价比,其制备技术适于工程化规模生产;
(2)本发明只需熔炼两种成分速凝合金片,具有较高的成分可调
自由度;
(3)采用双主相合金工艺避免了直接将Y熔入合金中,使得Y过多地替代主相中的Pr,Nd而严重恶化磁体的性能,降低最终产品的剩磁、矫顽力及磁能积。
具体实施方式
[0017]
实施例1:根据本发明的制备方法制备按设计成分为[Y0.6Nd0.3625Ho0.0375]30FebalB1TMo. 67 (TM=Ga,Co,Cu,Nb,Al) (wt.%)的双主相含钇永磁磁体,其具体步骤如下:
(1)配制两种不同的主相合金,按照第一主相合金的成分按质量百分比为
Nd30FebalB1TM0. 67 (TM=Ga, Co, Cu, Nb,Al) (wt.%),第二主相合金的成分按质量百分比为[Y0.8Nd0.15Ho0.05]30FebalB1TM0.67 (TM=Ga, Co, Cu, Nb,Al) (wt.%),分别配制原料;
(2)将配好的原料分别进行如下熔炼:首先将原材料放入中频感应熔炼炉坩埚内,在-2 -2
真空度达到10 Pa以上时低功率预热,待真空度再次达到10 Pa以上后停止抽真空并充入高纯Ar,使炉内Ar气压达到-0.06Mpa后升高功率进行熔炼;待原材料全部熔化后保温一定时间,并获得电磁搅拌,随后将金属液浇注到水冷铜辊上,制得平均厚度为0.3mm的速凝片。
[0018] (3)将所制得的两种速凝片分别装入氢化炉中进行粗破碎,随后在N2保护气氛下,分别进行气流磨,气流磨时风选轮的转速度控制在3500r/min,制得磁粉的平均粒度在2.0-5.0μm范围;
(4)按照设计成分将步骤3制备两种磁粉进行混合,其中成分为[Y0.8Nd0.15Ho0.05]30FebalB1TM0.67 (TM=Ga, Co, Cu, Nb,Al) (wt.%)的磁粉约占总重量的75%,在混料机中将两种磁粉充分混合;
(5)在N2保护气氛下,将混合磁粉在磁场强度为2T的磁场中取向成型,再进行
冷等静压,制成毛坯;
(6)将成型后的毛坯放入高真空的烧结炉中进行烧结,在烧结过程中,脱氢段升温速度为2-3℃/min,其中烧结过程中在450℃,650℃,800℃分别保温1小时进一步脱氢,接近烧结温度的1小时,升温速度为0.5℃/min左右,达到设定值后保温1~4小时,然后随炉冷却或气冷;
(7)最后分别在930℃和520℃进行2小时的回火处理。
[0019] 测试磁体的磁性能,性能如表1所示。
[0020] 表1 为实施例1的双主相含钇永磁磁体的磁性能
[0021] 实施例2根据本发明的制备方法制备按设计成分为[Y0.48Pr0.1Nd0.4Dy0.02]30FebalB1TMo. 67 (TM=Ga,Co,Cu,Nb,Al) (wt.%)的双主相含钇永磁磁体,其具体步骤如下:
(1)配制两种不同的主相合金,第一主相合金的成分按质量百分比为
(Pr0.25Nd0.75)30FebalB1TM0. 67 (TM=Ga, Co, Cu, Nb,Al) (wt.%),第二主相合金的成分按质量百分比为[Y0.8Nd0.167Dy0.033]30FebalB1TM0.67 (TM=Ga, Co, Cu, Nb,Al) (wt.%),分别配制原料;
(2)将配好的原料分别进行如下熔炼:首先将原材料放入中频感应熔炼炉坩埚内,在真空度达到10-2Pa以上时低功率预热,待真空度再次达到10-2Pa以上后停止抽真空并充入高纯Ar,使炉内Ar气压达到-0.06Mpa后升高功率进行熔炼;待原材料全部熔化后保温一定时间,并获得电磁搅拌,随后将金属液浇注到水冷铜辊上,制得平均厚度为0.3mm的速凝片;
(3)将所制得的两种速凝片分别装入氢化炉中进行粗破碎,随后在N2保护气氛下,分别进行气流磨,气流磨时风选轮的转速度控制在3200r/min,制得磁粉的平均粒度在3.5μm左右;
(4)按照设计成分将步骤3制备两种磁粉进行混合,其中成分为[Y0.8Nd0.167Dy0.033]30FebalB1TM0.67 (TM=Ga, Co, Cu, Nb,Al) (wt.%)的磁粉约占总重量的60%,在混料机中将两种磁粉充分混合;
(5)在N2保护气氛下,将混合磁粉在磁场强度为2T的磁场中取向成型,再进行冷等静压,制成毛坯;
(6)将成型后的毛坯放入高真空的烧结炉中进行烧结,在烧结过程中,脱氢段升温速度为2-3℃/min,其中烧结过程中在460℃,640℃,820℃分别保温1小时进一步脱氢,接近烧结温度的1小时,升温速度为0.5℃/min左右,达到设定值后保温1~4小时,然后随炉冷却或气冷;
(7)最后分别在900℃和510℃进行2小时的回火处理。
[0022] 测试磁体的磁性能,性能如表2,表2为实施例2的双主相含钇永磁磁体的磁性能