CN110379578A - 一种低成本无稀土磁性材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本无稀土磁性材料及其制备方法，属于磁性材料技术领域。本发明的低成本无稀土磁性材料按重量百分比计的化学式为：FebalB0.9～1.1％M1xM2y，其中M1为Ga、Al中的一种或两种，M2为Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag中的一种或几种，x的范围为0.01～10％，y的范围为0～5.8％。本发明的低成本无稀土磁性材料不含稀土元素，成本低，磁性能较现有的钕铁硼磁性材料接近，可以单独制成磁体使用或与钕铁硼磁性材料配合制成双相耦合磁体使用。

Description

一种低成本无稀土磁性材料及其制备方法
技术领域
本发明属于磁性材料技术领域，涉及一种低成本无稀土磁性材料及其制备方法。
背景技术
磁性材料作为一种古老而年轻的用途广泛的基础功能材料在长期的发展过程中其应用已经渗透到了国民经济和国防的各个方面，对于现代生活而言是必不可少的，存在于军工设备、电声器件、电动机、发电机、计算机硬盘驱动器、音圈电机、核磁共振成像仪、微波通讯技术、控制器、仪表及其他需用永久磁场的装置和设备中，磁性材料本身也得到了很大的发展。磁性材料包括铁氧体、稀土永磁(稀土钴、钕铁硼等)、铝镍钴、铁铬钴、铝铁等材料，其中最常用、用量最大的是铁氧体永磁、钕铁硼稀土永磁。与金属永磁相比，铁氧体永磁电阻率高，稳定性好，耐环境变化强，原料来源丰富、性能价格比较高、工艺成熟，又不存在氧化问题，但综合磁性能较低，其最大磁能积(BH)max一般小于10MGOe，因而逐渐被高磁性能的稀土永磁材料(钕铁硼永磁体的磁能积可达到59.5MGOe)所取代。但经过30年的发展，钕铁硼永磁材料的磁能积已经接近其理论值，很难再有大幅度地提升。而且一直以来，钕铁硼永磁材料的使用规模都为稀土元素所限制，由于工作环境的限制，如果要将钕铁硼永磁材料应用到电动汽车的驱动电机上，其必须具备很强的耐热性。为了提高钕铁硼永磁材料的耐热能力，业内采用的普遍方法是在其中加入价格昂贵的稀土元素(如镝和铽)，直接导致钕铁硼永磁材料的价格高昂。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种低成本无稀土磁性材料，其中完全不含稀土元素，成本低，磁性能较现有的钕铁硼磁性材料接近，可以单独制成磁体使用或与钕铁硼磁性材料配合制成双相耦合磁体使用，以获得具有不同综合磁性能的磁体，满足不同场合的使用。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种低成本无稀土磁性材料，所述低成本无稀土磁性材料按重量百分比计的化学式为：FebalB0.9～1.1％M1xM2y，其中M1为Ga、Al中的一种或两种，M2为Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag中的一种或几种，x的范围为0.01～10％，y的范围为0～5.8％。
作为优选，所述低成本无稀土磁性材料按重量百分比计的化学式为：FebalB0.9～1.1％Ga0.1～0.6％。
作为优选，所述低成本无稀土磁性材料按重量百分比计的化学式为：FebalB0.9～1.1％Al0.2～0.5％Cu0.1～0.3％。
本发明提供了一种铁基磁性材料，具有较高的剩磁和良好的内禀矫顽力，其剩磁可高于现有技术中的钕铁硼磁性材料，内禀矫顽力低于现有技术中的钕铁硼磁性材料，综合磁性能可与现有的钕铁硼磁性材料持平，并且本发明的磁性材料不含稀土，较钕铁硼磁性材料，成本可大大降低。本发明磁性材料中的Fe元素和B元素形成以B原子为形核的Fe12B磁畴，Ga和Al的添加能改善Fe12B固相的浸润角，使合金晶粒细化，改善晶粒边界显微结构，从而提高磁性材料的矫顽力；Cu的添加具有降低烧结温度、细化晶粒的作用。
本发明的另一目的在于提供一种低成本磁性材料，所述低成本磁性材料的制备原料包括质量百分比为10～90％的低成本无稀土磁性材料和质量百分比为10～90％的钕铁硼磁性材料。
本发明的无稀土磁性材料虽然剩磁较高，但内禀矫顽力较低，为了提高磁性材料的综合磁性能，本发明将无稀土磁性材料与现有的钕铁硼磁性材料
按比例混合，形成双相耦合磁性材料，二者在微观尺寸发生耦合作用，从而提高综合磁性能。
本发明的又一目的在于提供一种低成本无稀土磁性材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按照低成本无稀土磁性材料的化学式准备原料，将原料进行熔炼为合金液；
(2)将合金液采用气雾化制粉法制成粒径范围为0.01～20μm的磁粉；
(3)将磁粉进行磁场取向并压制成型，然后等静压处理，制成生坯；
(4)将生坯进行烧结，制得磁性材料成品。
作为优选，所述步骤(2)中的气雾化制粉法采用的雾化介质为氩气，氩气流量为0.1～100m3/s，氩气流速为0.01～300m/s，雾化压力为0.1～75MPa。
作为优选，所述氩气流量为5～14m3/s，氩气流速为3～13m/s，雾化压力为5～15MPa。
作为优选，所述步骤(2)中的磁粉的粒径范围为5-15μm。
作为优选，所述步骤(3)中磁场取向的磁场强度为1.5～1.8T。
作为优选，所述步骤(3)中压制成型的压力为8～12MPa，压制成型的时间为0.02～5s，等静压处理的压力为110～130MPa，等静压处理的时间为0.5～50s。
作为优选，所述步骤(4)中烧结为先升温至300～400℃保温1.5～2.5h，然后升温至800～900℃保温3.5～4.5h，再升温至1000～1200℃保温4～6h。
烧结后自然冷却到室温。
本发明采用气雾化的方法进行制粉，制得的磁粉球形度好，表面光洁，粉末组织结构均匀，并通过优化制备过程的工艺参数，保证了制备的磁性材料的磁性能和机械性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过合理配伍磁性材料的原料组分，在不使用稀土原料的前提下保证磁性材料的磁性能，同时显著降低了制备磁性材料的成本；制得的磁性材料可以单独使用也可以与现有的钕铁硼磁体按比例混合制成双相耦合磁性材料使用。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例中低成本无稀土磁性材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按照如下磁性材料的化学式准备原料：FebalB1.1％Ga0.3％，将原料进行熔炼为合金液；
(2)将合金液采用气雾化制粉法制成粒径范围为7～15μm的磁粉，气雾化制粉法采用的雾化介质为氩气，氩气流量为8m3/s，氩气流速为9m/s，雾化压力为10MPa；
(3)将磁粉在1.5T强度的磁场中进行磁场取向并在12MPa压力下压制3s成型，然后于130MPa压力下等静压处理30s，制成生坯；
(4)将生坯置于烧结炉中，先升温至350℃保温2h，然后升温至850℃保温4h，再升温至1100℃保温5h，然后自然冷却到室温，制得磁性材料成品。
实施例2
本实施例中低成本无稀土磁性材料的制备方法包括以下步骤：
(1)按照如下磁性材料的化学式准备原料：FebalB1％Al0.3％Cu0.2％，将原料进行熔炼为合金液；
(2)将合金液采用气雾化制粉法制成粒径范围为7～13μm的磁粉，气雾化制粉法采用的雾化介质为氩气，氩气流量为9m3/s，氩气流速为11m/s，雾化压力为12MPa；
(3)将磁粉在1.7T强度的磁场中进行磁场取向并在10MPa压力下压制5s成型，然后于120MPa压力下等静压处理50s，制成生坯；
(4)将生坯置于烧结炉中，先升温至350℃保温2h，然后升温至850℃保温4h，再升温至1100℃保温5h，然后自然冷却到室温，制得磁性材料成品。
实施例3
本实施例中低成本磁性材料由质量百分比为20％实施例1的低成本无稀土磁性材料和质量百分比为80％的钕铁硼磁性材料组成。
实施例4
本实施例中低成本磁性材料由质量百分比为50％实施例2的低成本无稀土磁性材料和质量百分比为50％的钕铁硼磁性材料组成。
实施例5
本实施例中低成本磁性材料由质量百分比为10％实施例2的低成本无稀土磁性材料和质量百分比为90％的钕铁硼磁性材料组成。
实施例6
本实施例中低成本磁性材料由质量百分比为15％实施例2的低成本无稀土磁性材料和质量百分比为85％的钕铁硼磁性材料组成。
对比例1
实施例3～6中的钕铁硼磁性材料。
本发明实施例和对比例中使用的钕铁硼磁性材料为现有技术中常规钕铁硼磁性材料，为同一种钕铁硼磁性材料，在此仅为说明本发明的可实施方式和产品性能，因此并未写出其具体化学式；在本发明中所有的钕铁硼磁性材料均可与本发明的低成本无稀土磁性材料按比例混合制成双相耦合的低成本磁性材料。
将本发明实施例1～6及对比例1中的磁性材料的性能进行比较，比较结果如表1所示。
表1：实施例1～6和对比例1中的磁性材料的性能
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种低成本无稀土磁性材料，其特征在于，所述低成本无稀土磁性材料按重量百分比计的化学式为：FebalB0.9～1.1％M1xM2y，其中M1为Ga、Al中的一种或两种，M2为Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag中的一种或几种，x的范围为0.01～10％，y的范围为0～5.8％。
2.根据权利要求1所述的低成本无稀土磁性材料，其特征在于，所述低成本无稀土磁性材料按重量百分比计的化学式为：FebalB0.9～1.1％Ga0.1～0.6％。
3.根据权利要求1所述的低成本无稀土磁性材料，其特征在于，所述低成本无稀土磁性材料按重量百分比计的化学式为：FebalB0.9～1.1％Al0.2～0.5％Cu0.1～0.3％。
4.一种低成本磁性材料，其特征在于，所述低成本磁性材料的制备原料包括质量百分比为10～90％的权利要求1～3中任一权利要求所述的无稀土磁性材料和质量百分比为10～90％的钕铁硼磁性材料。
5.一种低成本无稀土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：
(1)按照权利要求1～3中任一权利要求中的磁性材料的化学式准备原料，将原料进行熔炼为合金液；
(2)将合金液采用气雾化制粉法制成粒径范围为0.01～20μm的磁粉；
(3)将磁粉进行磁场取向并压制成型，然后等静压处理，制成生坯；
(4)将生坯进行烧结，制得磁性材料成品。
6.根据权利要求5所述的低成本无稀土磁性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的气雾化制粉法采用的雾化介质为氩气，氩气流量为0.1～100m3/s，氩气流速为0.01～300m/s，雾化压力为5～75MPa。
7.根据权利要求5所述的低成本无稀土磁性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中磁场取向的磁场强度为1.5～1.8T。
8.根据权利要求5所述的低成本无稀土磁性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中压制成型的压力为8～12MPa，压制成型的时间为0.02～5s，等静压处理的压力为110～130MPa，等静压处理的时间为0.5～50s。
9.根据权利要求5所述的低成本无稀土磁性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中烧结为先升温至300～400℃保温1.5～2.5h，然后升温至800～900℃保温3.5～4.5h，再升温至1000～1200℃保温4～6h。
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