一种钆掺杂的永磁材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种钆掺杂的永磁材料的制备方法，该永磁材料具备如下合金成分：（GdxNd1?x）a（Fe1?y?zNiySiz）100?a?b?cBbNbc，其中x=0.56?0.75，y=0.20?0.22，z=0.03?0.05，a=25?28，b=1.5?1.8，c=2?5。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高的电阻率。
【专利说明】_种轧掺杂的永磁材料的制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种钆掺杂的永磁材料的制备方法。
【背景技术】
[0003]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。
[0004]自NdFeB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究就大量开展起来，NdFeB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Nd储量少价格高，给NdFeB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。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明提供一种钆掺杂的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高的电阻率。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供的一种钆掺杂的永磁材料的制备方法，该永磁材料具备如下合金成分:(GdxNd1-x)a(Fe1-y-zNiySiz)10-a-b-cBbNbc，其中x=0.56-0.75，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6(1、制、？6、祖、51、8、他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，随后将钢液浇注到线速度为3-5m/s的水冷铜辊上，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1-3μπι，再采用氟化镝纳米粉作为固体表面活性剂，其加入比例为气流磨原料粉的3_6wt%，通过高能球磨获得具有表面氟化镝绝缘涂层的片状粉体，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600-750°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 0C和450-480 V热处理回火I _2h，得到产品。
[0008]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1.5-3.7T，热处理时间为3-10分钟。
[0009]本发明制备的钕铁硼永磁体，通过选取价格低廉、资源丰富的Gd取代Nd，并结合合金组分及工艺参数的优化，制备了 Gd基永磁材料，其工艺简单，可控性高，原料廉价易得，成本低廉，且所获Gd基永磁材料在经过退火处理后，磁性能得以进一步的大幅提升，例如快淬带矫顽力提高了将近2k0e，磁能积提高了 3MG0e;在材料中掺杂电阻率高的硅并在磁材表面覆盖氟化镝以提高材料的内阻，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。
[0010]
【具体实施方式】
[0011]实施例一
本实施例永磁材料具备如下合金成分:(Ce0.56Nd0.44)25(Fe0.77Zn0.2S1.03)71.5Bl.5Nb2。
[0012]将06、制、？6、211、3丨、8、恥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。
[0013]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，随后将钢液浇注到线速度为3m/s的水冷铜辊上，制备平均厚度为0.2-0.3mm的速凝片。
[0014]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1KHZ，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 0C 0C、磁场强度为1.5T，热处理时间为3分钟。
[0015]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，再采用氟化镝纳米粉作为固体表面活性剂，其加入比例为气流磨原料粉的3wt%，通过高能球磨获得具有表面氟化镝绝缘涂层的片状粉体，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1.7T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。
[0016]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4-5h，冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在790 0C和450 0C热处理回火Ih，得到产品。
[0017]实施例二
本实施例永磁材料具备如下合金成分:(Ce0.75Nd0.25)28(Fe0.73Zn0.22Si0.05)63.2Bl.8Nb5o
[0018]将06、制、？6、211、3丨、8、恥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_5mbar，连续洗气3次，每次洗气充入高纯Ar气压力为600mbar，洗气完成后腔体内再充入高纯Ar气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6次，冷却后得到母合金铸锭。
[0019]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，随后将钢液浇注到线速度为5m/s的水冷铜辊上，制备平均厚度为0.2-0.3mm的速凝片。
[0020]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750°C、感应频率为10KHZ，热处理时间为20分钟；之后将石英管推入磁场退火炉中，设定温度750 °C、磁场强度为3.7T，热处理时间为10分钟。
[0021]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，再采用氟化镝纳米粉作为固体表面活性剂，其加入比例为气流磨原料粉的6wt%，通过高能球磨获得具有表面氟化镝绝缘涂层的片状粉体，其中所用高能球磨时间为4小时，球料比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320MPa。
[0022]将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先以10°C/min升温至750°C，保温4h，然后以15°C/min升温至1030°C烧结5h，冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在8300C和480 0C热处理回火2h，得到产品。
[0023]比较例
利用速凝甩片真空感应熔炼炉，将钕铁硼材料(PrNd)29I(FeAlCu)6U8B1.07在氩气保护下，在1480?1550 °C温度下熔炼，熔化的钢液浇铸到旋转的冷却铜棍上，制备出0.3?0.5mm厚度的钕铁硼合金薄片;利用氢破炉，在0.1MPa氢气压下吸氢，550°C温度脱氢，破碎成130μm的钕铁硼合金粉末；以上粉末进一步经过气流磨破碎成平均粒度4μπι的钕铁硼粉末;将5μπι镧铈合金粉末加入到3)中所述的粉末中，利用三维混料机混粉3小时，保证两种粉末均匀混合;其中，镧铈合金粉末中镧铈重量比为64.7: 35.3，镧铈合金粉末的添加比例为钕铁硼合金粉末重量的1.52%;利用磁场压机，将中混合均匀的粉末在1.7Τ的磁场下取向成型，再经过冷等静压，压力为200MPa，得到密度为4.68g/cm3的压坯;将成型压坯置于真空烧结炉中，在1075°C烧结保温3小时，在890°C—级回火保温2小时，在560°C 二级回火保温3小时，获得最终名义成分为(PrNd)29.95(FeAlCu)68.98B1.07烧结磁体。
[0024]对相同形状和尺寸的实施例1-2及比较例的永磁体进行磁性能测试以及内阻测试，在25°C进行测试，测量最大磁能积(BH)max和矫顽力。测试结果显示:实施例1-2的最大磁能积相对比较例提高20-25%，矫顽力相对比较例提高20%以上，内阻提高40%以上。
[0025]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种钆掺杂的永磁材料的制备方法，该永磁材料具备如下合金成分:(GdxNd1-X)a(Fe1-y-zNiySiz)i。。-a-b-cBbNbc，其中x=0.55-0.75，y=0.20-0.22，z=0.03-0.05，a=25_28，b=1.5-1.8,c=2-5，该方法包括如下步骤:(I)母合金制备将Gd、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，随后将钢液浇注到线速度为3-5m/s的水冷铜辊上，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_3μm，再采用氟化镝纳米粉作为固体表面活性剂，其加入比例为气流磨原料粉的3-6wt%，通过高能球磨获得具有表面氟化镝绝缘涂层的片状粉体，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600-750°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。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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1.5-3.7T，热处理时间为3-10分钟。
【文档编号】H01F1/057GK105931783SQ201610478422
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】徐 明
【申请人】无锡新大力电机有限公司