钇铁基磁性材料、其制备方法及钇铁基稀土永磁体的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种钇铁基磁性材料、其制备方法及钇铁基稀土永磁体。该钇铁基磁性材料主要包含Y、Fe和B，其中，Y所占的原子百分比为10％～25％，B所占的原子百分比为12％～30％，余量为Fe。本发明通过设定Y、Fe、B的比例范围，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。进一步地，本发明还通过控制材料的相结构和晶粒尺寸，从而进一步增强了相间交换耦合作用，并进一步提高了该钇铁基永磁材料的饱和磁化强度和矫顽力，进一步提高了钇铁基永磁材料的整体磁性能。
【专利说明】
钇铁基磁性材料、其制备方法及钇铁基稀土永磁体
技术领域
[0001] 本发明涉及稀土磁性材料领域，具体而言，涉及一种钇铁基磁性材料、其制备方法 及宇乙铁基稀土永磁体。
【背景技术】
[0002] R-T-B系稀土永磁材料具有四方晶R2T14B化合物主相，使得具有优异的磁特性，并 被广泛应用于电子、机械等领域。特别是当稀土元素 R为Nd时，即钕铁硼永磁具有良好的 磁性能（例如居里温度Tc、各向异性磁场Ha、矫顽力He j和磁能积G3H)max等磁性参数）， 在资源量、耐蚀性方面比使用其它的稀土元素 R-T-B系稀土永磁优异，使其在民生、产业、 输送设备等中被广泛使用。随着市场对Nd-Fe-B稀土永磁的需求地不断增加，以及镨、钕等 稀土资源越来越稀少、价格越来越昂贵，钕铁硼的成本中所占比例越来越大。因此，为了保 护环境、节约稀土资源，对其他轻稀土 La、Ce、Y等稀土资源的开发研究变得极为重要。
[0003] 例如，中国专利CN104103393A公开了一种耐高温、低成本、高性能钇镨钴铁硼烧 结永磁体，采用多合金制备法制备 YxGdyLazCewNdhPr uRQ~ 4QFe 与 C〇aGabNbeZrdAleCu fBQ.s~ 2.。稀 土永磁，利用相对丰富的钇、镨、钆、镧、铈大幅度甚至完全替代钕，使磁体的生产成本大幅 度降低，通过优化设计配方和改进制粉工艺可使磁体在高温、高湿等恶劣环境下工作使用。 中国专利CN104112556A公开了一种R-T-B系烧结磁铁，其中R含有稀土元素钇Y和R1钕， R中的R1:Y比以烧结体组成的摩尔比为80:20到35:65,从而得到在R-T-B系烧结磁铁中 表现高的耐蚀性且表现良好的磁特性的R-T-B系烧结磁铁。
[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Nd、 Pr、Dy等稀土类元素小，多被现有研究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Y2Fe14B相，导致其性能下降。因此，一直以来， 研究人员钇铁基稀土材料不会有很好的应用价值。然而，发明人研究发现，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] 本发明的主要目的在于提供一种钇铁基磁性材料、其制备方法及钇铁基稀土永磁 体，以提高钇铁基磁性材料的性能及实用价值。
[0006] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钇铁基磁性材料，该钇铁 基磁性材料主要包含Y、Fe和B，其中，Y所占的原子百分比为10%~25%，B所占的原子百 分比为12%~30%，余量为Fe。
[0007] 进一步地，B所占的原子百分比为20%~30%。
[0008] 进一步地，钇铁基磁性材料含有Y2Fe14B主晶相和YFe 2B2次晶相。
[0009] 进一步地，赵铁基磁性材料还含有其他晶相，其他晶相包括YFe2晶相、Y 6Fe23晶相 和FexB晶相，其中X为1~3。
[0010] 进一步地，￥$6148主晶相和￥?6過2次晶相所占的积分数为60%~95%。
[0011] 进一步地，YFe2B2次晶相所占的体积分数为5 %~35 %。
[0012] 进一步地，Y2Fe14B主晶相和YFe2B 2次晶相的晶粒尺寸均为30~100nm ;其他晶相 的晶粒尺寸为20~50nm。
[0013] 本发明还提供了一种上述钇铁基磁性材料的制备方法，该制备方法包括以下步 骤：按照比例制备母合金；将母合金进行高温熔化后浇铸到旋转的辊轮，并进行旋转快淬 冷却后得到钇铁基磁性材料。
[0014] 进一步地，辊轮的轮速为25-40m/s ;旋转快淬冷却的步骤中，冷却的速率为105~ 106。。/s。
[0015] 进一步地，在旋转快淬冷却的步骤之后，制备方法还包括进行热处理的步骤，且热 处理的温度为600~800°C，热处理的时间为5~30min。
[0016] 本发明还提供了一种钇铁基稀土永磁体，该钇铁基稀土永磁体由本发明提供的钇 铁基磁性材料与粘结剂组成。
[0017] 应用本发明的技术方案，本发明提供了一种主要成分为Y、Fe和B的钇铁基磁性 材料，并通过设定Y、Fe、B的比例范围，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。进一步地，本发明还 通过控制材料的相结构和晶粒尺寸，从而进一步增强了相间交换耦合作用，并进一步提高 了该赵铁基永磁材料的饱和磁化强度和矫顽力，进一步提1? 了赵铁基永磁材料的整体磁性 能。
【具体实施方式】
[0018] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将结合实施例来详细说明本申请。
[0019] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式 也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语"包含"和/或"包 括"时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0020] 由【背景技术】可知，现有钇铁基磁性材料的性能及实用价值较低。本发明的发明人 针对上述问题进行研究，提供了一种钇铁基磁性材料，该钇铁基磁性材料主要包含Y、Fe 和B，其中，Y所占的原子百分比为10%~25%，B所占的原子百分比为12%~30%，余量 为Fe。
[0021] 本发明通过设定Y、Fe、B的比例范围，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。进一步地， 本发明还通过控制材料的相结构和晶粒尺寸，从而进一步增强了相间交换耦合作用，并进 一步提1? 了该赵铁基永磁材料的饱和磁化强度和矫顽力，进一步提1? 了赵铁基永磁材料的 整体磁性能。
[0022] 下面将更详细地描述根据本发明提供的钇铁基磁性材料的示例性实施方式。然 而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里 所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完 整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
[0023] 上述钇铁基磁性材料中，当B的含量小于12时，B的含量不足以与稀土元素 Y和 Fe形成Y2Fe14B相和YFe2B2相，当B的含量大于30时，会导致主相结构发生改变，产生过多 的其他相如YFejPFeB等相，降低了材料的磁性能。优选的，B所占的原子百分比为20%~ 30% 〇
[0024] 优选地，上述钇铁基磁性材料含有Y2Fe14B主晶相和YFe 2B2次晶相。Y 2Fe14B主晶相 具有较高的饱和磁化强度和居里温度，但是其磁晶各向异性场较低。YFe 2B2次晶相补充了 Y2Fe14B主晶相的磁各向异性场小的特点，提升了钇铁基磁性材料的磁各向异性，从而提高 了该钇铁基磁性材料的饱和磁化强度和矫顽力。
[0025] 上述钇铁基磁性材料还可以还有其他相，优选地，其他相包括YFe#H相、Y 6Fe2j 相和FexB晶相，其中X为1~3。且其他相主要为晶界富集相，与Y2Fe14B主晶相和YFe 2B2 次晶相交换耦合作用，提高了钇铁基磁性材料的磁性能。
[0026] Y2Fe14B主晶相和YFe2B2次晶相的体积分数可以根据实际需求进行设定，优选地， Y2Fe14B主晶相和YFe2B2次晶相的体积分数为60 %~95 %。当上述两相的体积分数小于60 % 时，会导致本发明中的磁性材料的主要相的比例过低，而无法提供足够的饱和磁化强度和 温度系数；若上述两相的体积分数大于90%时，其他相的比较就会降低，就会间接减弱了 主相和晶界间的交换耦合作用，从而降低了材料的整体性能。优选的，其中YFe 2B2次晶相的 体积分数在5%~35%之间。
[0027] 本发明还可以通过调节晶粒尺寸来调控钇铁基磁性材料的磁性能。优选地， Y2Fe14B主晶相和YFe2B2次晶相的晶粒尺寸均为30~100nm ;其他晶相的晶粒尺寸为20~ 50nm。Y2Fe14B主晶相、YFe2B2次晶想和其他晶相在相应的晶粒尺寸范围内存在交换耦合作 用，因此而产生的剩磁增强效应，可以提高材料的综合磁性能。更优选的，Y 2Fe14B主晶相和 YFe2B2次晶相的晶粒尺寸均为30~60nm。
[0028] 本发明中，所述永磁材料中的Y元素可以部分地被Ce，Pr，Nd和Sm等稀土元素替 换；所述永磁材料中的Fe元素可以部分地被Co，Cu，Al，Si其中一种或多种的元素替换。本 发明所述的稀土永磁粉还含有C，Si，Al，Ti，V等元素可以增加相结构的稳定，该成分的含 量为原子百分比1% _5%。
[0029] 同时，本发明还提供了一种上述钇铁基磁性材料的制备方法。该制备方法包括以 下步骤：按照比例制备母合金；将母合金进行高温熔化后浇铸到旋转的辊轮，并进行旋转 快淬冷却后得到钇铁基磁性材料。
[0030] 上述制备方法中，优选地，进一步地，辊轮的轮速为25~40m/s，冷却的速率为 10 5~10 6°C /s。轮速过慢，容易导致制备出来的磁粉含有大量晶粒粒径过大，而若轮速过 高，会导致制备出来的磁粉全部为非晶，抑制了 Y2Fe14B主晶相的生成。本发明制备磁粉的 关键在于，通过控制轮速和冷却速度，使得急冷快淬后制备得到的磁粉中，稀土永磁粉中主 晶相为Y2Fe 14B相和非晶相，主晶相的尺寸的含量占10~30%。
[0031] 在旋转快淬冷却的步骤之后，制备方法还可以包括进行热处理的步骤，且热处理 的温度为600~800°C，热处理的时间为5~30min。通过控制热处理温度和时间控制，促 进急快淬得到的磁粉中非晶部分晶化长大，得到了 YFe2B2次晶相，控制最终得到YFeB磁粉 中的￥和148主晶相和￥?^2次晶相的体积分数为60%~95%。
[0032] 本发明还提供一种钇铁基稀土永磁体，该钇铁基稀土永磁体由本发明提供的钇铁 基磁粉材料和粘结剂组成。上述的钇铁基磁粉在居里温度以下具有正值的矫顽力温度系 数。即随着温度升高材料的矫顽力有所提高，具体温度系数与材料的相组成相关。
[0033] 下面将结合实施例进一步说明本发明提供的钇铁基磁性材料及其制备方法。
[0034] 实施例S1
[0035] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为700°C，热处理时间在lOmin，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0036] 实施例S2
[0037] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为700°C，热处理时间在12min，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0038] 实施例S3
[0039] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上 述磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为600°C，热处理时间在5min，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0040] 实施例S4
[0041] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上 述磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为600°C，热处理时间在8min，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0042] 实施例S5
[0043] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为800°C，热处理时间在25min，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0044] 实施例S6
[0045] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为800°C，热处理时间在18min，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0046] 实施例S7
[0047] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为800°C，热处理时间在30min，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0048] 实施例S8
[0049] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为600°C，热处理时间在lOmin，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0050] 实施例S9
[0051] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为700°C，热处理时间在20min，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0052] 实施例S10
[0053] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为600°C，热处理时间在16min，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0054] 对比例D1
[0055] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为700°C，热处理时间在lOmin，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0056] 对比例D2
[0057] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为700°C，热处理时间在lOmin，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0058] 对比例D3
[0059] 首先，按照一定的成分比例（如表1所示）配比后进行熔炼母合金，将制备的母合 金进行高温熔化后，浇铸到旋转的辊轮，进行旋转快淬和冷却，其中急冷快淬过程在Ar保 护气氛下进行，将钢液喷到以V轮速旋转的辊轮上，经过快淬冷却后得到YFeB磁粉；对上述 磁粉进行热处理的步骤，热处理的温度为700°C，热处理时间在lOmin，制备得最终YFeB磁 粉，具体的成分配比见表1。
[0060] 表 1
[0061]
[0062] 测试：对实施例S1至S10和对比例D1至D3获得的YFeB磁粉的磁性能进行测试， 测试结果如表2所示。从表2可以看出，实施例S1至S10获得的YFeB磁粉的He j、（BH)max 和Br均明显大于对比例D1至D3获得的YFeB磁粉。
[0063] 表 2
[0064]
[0065]
[0066] 从以上实施例可以看出，本发明上述的实例实现了如下技术效果：本发明提供了 一种主要成分为Y、Fe和B的钇铁基磁性材料，并通过设定Y、Fe、B的比例范围，从而提高了 该宇乙铁基永磁材料的饱和磁化强度和矫顽力，进而提1? 了赵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。进一步地，本发明还通过控制材料的相结构和晶粒尺寸，从而进一步增强 了相间交换耦合作用，并进一步提高了该钇铁基永磁材料的饱和磁化强度和矫顽力，进一 步提高了钇铁基永磁材料的整体磁性能。
[0067] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人 员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种钇铁基磁性材料，其特征在于，所述钇铁基磁性材料主要包含Y、Fe和B，其中， Y所占的原子百分比为10%~25%，B所占的原子百分比为12%~30%，余量为Fe。2. 根据权利要求1所述的钇铁基磁性材料，其特征在于，B所占的原子百分比为20%~ 30%〇3. 根据权利要求1或2所述的钇铁基磁性材料，其特征在于，所述钇铁基磁性材料含有 Y2Fe14B主晶相和YFe2B2次晶相。4. 根据权利要求3所述的钇铁基磁性材料，其特征在于，所述钇铁基磁性材料还含有 其他晶相，所述其他晶相包括YFe2晶相、Y 6Fe23晶相和Fe XB晶相，其中X为1~3。5. 根据权利要求4所述的钇铁基磁性材料，其特征在于，Y 2Fe14B主晶相和YFe2B2次晶 相所占的积分数为60%~95%。6. 根据权利要求5所述的钇铁基磁性材料，其特征在于，YFe 2B2次晶相所占的体积分数 为5%~35%。7. 根据权利要求4所述的钇铁基磁性材料，其特征在于，所述Y 2Fe14B主晶相和所述 YFe2B2次晶相的晶粒尺寸均为30~100nm ;所述其他晶相的晶粒尺寸为20~50nm。8. -种权利要求1至7中任一项所述的钇铁基磁性材料的制备方法，其特征在于，所述 制备方法包括以下步骤： 按照比例制备母合金； 将所述母合金进行高温熔化后浇铸到旋转的辊轮，并进行旋转快淬冷却后得到所述钇 铁基磁性材料。9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述辊轮的轮速为25-40m/s ;所述旋 转快淬冷却的步骤中，冷却的速率为1〇5~10 6°C /s。10. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述旋转快淬冷却的步骤之后， 所述制备方法还包括进行热处理的步骤，且所述热处理的温度为600~800°C，所述热处理 的时间为5~30min。11. 一种钇铁基稀土永磁体，其特征在于，所述钇铁基稀土永磁体由权利要求1至7中 任一项所述的钇铁基磁性材料与粘结剂组成。
【文档编号】H01F1/053GK105989982SQ201510081109
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月13日
【发明人】李红卫, 谢佳君, 李扩社, 罗阳, 于敦波, 孙亮, 闫文龙
【申请人】有研稀土新材料股份有限公司