CN108461244A - 一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体 - Google Patents

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Abstract

本发明属于永磁体制造技术领域，具体涉及一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体。永磁体制备使用的组分的质量分数比如下：Co：3.2‑8.0%，B：0.5‑0.76%，Zr：0.02‑0.025%，Ti：0.08‑0.11%，Sn：0.005‑0.01%，Ga：0.15‑0.42%，Zr：1.3‑1.6%，Al：0.8‑1.2%，稀土元素25‑33%，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，稀土元素包括大量Dy、La、Ce、Nd元素，以及少量Tb、Pr、Ho、Sm。永磁体制备过程包括磁场定向、压制成坯、高温烧结、退火处理、空隙封闭和表面处理。该永磁体的耐高温和耐腐蚀性能优秀，结构和磁场性质稳定，适合用于高速电动机转子永磁体制造。

Description

一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体
技术领域
本发明属于永磁体制造技术领域，具体涉及一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体。
背景技术
电动机是把电能转换成机械能的一种设备，主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子；利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。目前日本和美国制造企业生产的高端电机的极限转速可以达到60000-80000r/min，这种电机运转过程需要承受超高的温度和压力，对材料的要求非常高。
电动机的其中一个核心技术部件为转子部分的永磁体，永磁体的生产需要使用大量稀土元素，我国作为世界上最大的稀土资源拥有国，但是永磁体生产能力较日本企业却还有一些差距。目前我国生产的永磁体磁场稳定性相对较差，永磁体的耐高温性能和耐腐蚀性能也有不足。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，该型永磁体的耐高温和耐腐蚀性能非常优秀，可以适用于高速电动机转子永磁体的制造。
一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，该永磁体制备使用的组分的质量分数比如下：Co：3.2-8.0%，B：0.5-0.76%，Zr：0.02-0.025%，Ti：0.08-0.11%，Sn：0.005-0.01%，Ga：0.15-0.42%， Zr：1.3-1.6%，Al：0.8-1.2%，稀土元素25-33%，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，该永磁体制备使用的组分的质量分数比如下：Co：5.1%，B：0.61%，Zr0.023%，Ti：0.095%，Sn：0.008%，Ga：0.28%， Zr：1.45%，Al：1.03%，稀土元素29%，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，稀土元素中含有Dy、La、Ce的质量和占比为45-60%，三者比例随机，Nd的质量占比为15-20%，余量为Tb、Pr、Ho、Sm中的两种或两种以上。
本发明的磁体的制备方法如下：
（1）按照各组分的质量份数比准备各原料，将原材料在真空熔炉中进行熔融处理，再经过水冷铸造得到合金锭，将合金锭采用氢破碎工艺破碎处理，破碎后的粉末经过使用惰性气体保护的气流磨粉碎研磨，得到所需磁料微粉。
（2）将磁料微粉加入到模具中等静压成型，成型模具外使用脉冲磁场进行取向，脉冲磁场的磁场强度为1.5-2T，成型后的磁体坯送入到烧结炉中进行烧结，烧结后冷却至室温，然后进行热处理，热处理完成后得到烧结稀土永磁体。
（3）将烧结稀土永磁体表面打磨后用无水乙醇或丙酮溶剂冲洗干净并干燥，然后将永磁体送入到煮沸的封孔处理液中进行封孔处理，封孔处理时间为30-60min。
（4）封孔处理后的永磁体干燥后用3%的硝酸溶液清洗，清洗后将永磁体放入到表面处理剂中，以25-30℃的温度水浴加热处理1.5-2h，处理完成后得到所需耐高温耐腐蚀永磁体。
进一步优选地，步骤（1）中真空熔炉内的熔融温度为1550-1650℃，磁料微粉的粒径为2-3μm。
进一步优选地，步骤（2）中烧结炉内的烧结过程如下，先在30-40min内升温至750-800℃，接着在脱氢状态下保温3-5h，接着在35-50min内将温度升高至1080-1120℃，保温烧结4-6h。
进一步优选地，步骤（2）中热处理工艺为二级回火处理，工艺流程如下：将烧结完成的稀土永磁体温度升高至900-950℃，保温3-4h，然后将温度降低至500-550℃，继续保温3-4h，最后将温度降至室温。
进一步优选地，步骤（3）中封孔处理液由硅酸钠、氢氧化钠和水混合配置成，硅酸钠的浓度为22-24g/L，氢氧化钠的浓度为20-24g/L。
进一步优选地，步骤（4）中表面处理剂的制备方法如下：按照钼酸钾10g/L，高锰酸钾8 g/L，氟化钠3 g/L，偏硅酸钠2 g/L，氯化铈0.4 g/L的比例配置混合溶液，并使用硫酸调节溶液PH值为1.5-2，然后将溶液在30-35℃的水浴温度下搅拌15-20min，得到所需表面处理剂。
本发明提供的一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的永磁体使用了经过大量试验后总结出来的配方，通过精确利用该配方中各元素的配比，以及稀土元素的准确添加，可以使得生产得到永磁体磁性稳定均一，永磁体耐高温性能非常优秀，在高温高速状态下仍能保持结构的稳定和性质的稳定。
该型永磁体经过高温烧结后，对永磁体进行表面打磨，然后使用封孔处理液将永磁体表面的气隙进行封闭，最后使用表面处理液在永磁体表面形成防护膜，该防护膜的结合力强，防护性能好，能够使得该永磁体的抗划伤和耐腐蚀性能得到大大增强。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，该永磁体制备使用的组分的质量分数比如下：Co：3.2%，B：0.5%，Zr：0.02%，Ti：0.08%，Sn：0.005%，Ga：0.15%， Zr：1.3%，Al：0.8%，稀土元素25%，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，稀土元素中含有Dy、La、Ce的质量和占比为45%，三者比例随机，Nd的质量占比为15%，余量为Tb、Pr的任意比组合物。
本发明的磁体的制备方法如下：
（1）按照各组分的质量份数比准备各原料，将原材料在真空熔炉中进行熔融处理，真空熔炉内的熔融温度为1550℃，再经过水冷铸造得到合金锭，将合金锭采用氢破碎工艺破碎处理，破碎后的粉末经过使用惰性气体保护的气流磨粉碎研磨，得到所需磁料微粉，磁料微粉的粒径为2μm。
（2）将磁料微粉加入到模具中等静压成型，成型模具外使用脉冲磁场进行取向，脉冲磁场的磁场强度为1.5T，成型后的磁体坯送入到烧结炉中进行烧结，烧结过程如下，先在30min内升温至750℃，接着在脱氢状态下保温3h，接着在35min内将温度升高至1080℃，保温烧结4h；烧结后冷却至室温，然后进行热处理，热处理工艺为二级回火处理，工艺流程如下：将烧结完成的稀土永磁体温度升高至900℃，保温3h，然后将温度降低至500℃，继续保温3h，最后将温度降至室温，得到烧结稀土永磁体。
（3）将烧结稀土永磁体表面打磨后用无水乙醇溶剂冲洗干净并干燥，然后将永磁体送入到煮沸的封孔处理液中进行封孔处理，封孔处理液由硅酸钠、氢氧化钠和水混合配置成，硅酸钠的浓度为22g/L，氢氧化钠的浓度为20g/L；封孔处理时间为30min。
（4）封孔处理后的永磁体干燥后用3%的硝酸溶液清洗，清洗后将永磁体放入到表面处理剂中，以25℃的温度水浴加热处理1.5h，处理完成后得到所需耐高温耐腐蚀永磁体。其中，表面处理剂的制备方法如下：按照钼酸钾10g/L，高锰酸钾8 g/L，氟化钠3 g/L，偏硅酸钠2 g/L，氯化铈0.4 g/L的比例配置混合溶液，并使用硫酸调节溶液PH值为1.5，然后将溶液在30℃的水浴温度下搅拌15min，得到所需表面处理剂。
实施例2
一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，该永磁体制备使用的组分的质量分数比如下：Co：8.0%，B：0.76%，Zr：0.025%，Ti：0.11%，Sn：0.01%，Ga：0.42%， Zr：1.6%，Al：1.2%，稀土元素33%，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，稀土元素中含有Dy、La、Ce的质量和占比为60%，三者比例随机，Nd的质量占比为20%，余量为Ho、Sm的任意比组合物。
本发明的磁体的制备方法如下：
（1）按照各组分的质量份数比准备各原料，将原材料在真空熔炉中进行熔融处理，真空熔炉内的熔融温度为1650℃，再经过水冷铸造得到合金锭，将合金锭采用氢破碎工艺破碎处理，破碎后的粉末经过使用惰性气体保护的气流磨粉碎研磨，得到所需磁料微粉，磁料微粉的粒径为3μm。
（2）将磁料微粉加入到模具中等静压成型，成型模具外使用脉冲磁场进行取向，脉冲磁场的磁场强度为2T，成型后的磁体坯送入到烧结炉中进行烧结，烧结过程如下，先在40min内升温至800℃，接着在脱氢状态下保温5h，接着在50min内将温度升高至1120℃，保温烧结6h；烧结后冷却至室温，然后进行热处理，热处理工艺为二级回火处理，工艺流程如下：将烧结完成的稀土永磁体温度升高至950℃，保温4h，然后将温度降低至550℃，继续保温4h，最后将温度降至室温，得到烧结稀土永磁体。
（3）将烧结稀土永磁体表面打磨后用丙酮溶剂冲洗干净并干燥，然后将永磁体送入到煮沸的封孔处理液中进行封孔处理，封孔处理液由硅酸钠、氢氧化钠和水混合配置成，硅酸钠的浓度为24g/L，氢氧化钠的浓度为24g/L；封孔处理时间为60min。
（4）封孔处理后的永磁体干燥后用3%的硝酸溶液清洗，清洗后将永磁体放入到表面处理剂中，以30℃的温度水浴加热处理2h，处理完成后得到所需耐高温耐腐蚀永磁体。其中，表面处理剂的制备方法如下：按照钼酸钾10g/L，高锰酸钾8 g/L，氟化钠3 g/L，偏硅酸钠2 g/L，氯化铈0.4 g/L的比例配置混合溶液，并使用硫酸调节溶液PH值为2，然后将溶液在35℃的水浴温度下搅拌20min，得到所需表面处理剂。
实施例3
一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，该永磁体制备使用的组分的质量分数比如下：Co：5.1%，B：0.61%，Zr0.023%，Ti：0.095%，Sn：0.008%，Ga：0.28%， Zr：1.45%，Al：1.03%，稀土元素29%，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，稀土元素中含有Dy、La、Ce的质量和占比为50%，三者比例随机，Nd的质量占比为18%，余量为Tb、Ho、Sm的任意比组合物。
本发明的磁体的制备方法如下：
（1）按照各组分的质量份数比准备各原料，将原材料在真空熔炉中进行熔融处理，真空熔炉内的熔融温度为1600℃，再经过水冷铸造得到合金锭，将合金锭采用氢破碎工艺破碎处理，破碎后的粉末经过使用惰性气体保护的气流磨粉碎研磨，得到所需磁料微粉，磁料微粉的粒径为2μm。
（2）将磁料微粉加入到模具中等静压成型，成型模具外使用脉冲磁场进行取向，脉冲磁场的磁场强度为1.7T，成型后的磁体坯送入到烧结炉中进行烧结，烧结过程如下，先在35min内升温至780℃，接着在脱氢状态下保温4h，接着在40min内将温度升高至1100℃，保温烧结5h；烧结后冷却至室温，然后进行热处理，热处理工艺为二级回火处理，工艺流程如下：将烧结完成的稀土永磁体温度升高至930℃，保温3.5h，然后将温度降低至530℃，继续保温3.5h，最后将温度降至室温，得到烧结稀土永磁体。
（3）将烧结稀土永磁体表面打磨后用无水乙醇溶剂冲洗干净并干燥，然后将永磁体送入到煮沸的封孔处理液中进行封孔处理，封孔处理液由硅酸钠、氢氧化钠和水混合配置成，硅酸钠的浓度为23g/L，氢氧化钠的浓度为21g/L；封孔处理时间为45min。
（4）封孔处理后的永磁体干燥后用3%的硝酸溶液清洗，清洗后将永磁体放入到表面处理剂中，以28℃的温度水浴加热处理1.7h，处理完成后得到所需耐高温耐腐蚀永磁体。其中，表面处理剂的制备方法如下：按照钼酸钾10g/L，高锰酸钾8 g/L，氟化钠3 g/L，偏硅酸钠2 g/L，氯化铈0.4 g/L的比例配置混合溶液，并使用硫酸调节溶液PH值为1.8，然后将溶液在33℃的水浴温度下搅拌17min，得到所需表面处理剂。
实施例4
一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，该永磁体制备使用的组分的质量分数比如下：Co：7.2%，B：0.60%，Zr：0.022%，Ti：0.085%，Sn：0.005%，Ga：0.42%， Zr：1.4%，Al：0.9%，稀土元素27%，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，稀土元素中含有Dy、La、Ce的质量和占比为45%，三者比例随机，Nd的质量占比为20%，余量为Tb、Pr、Ho、Sm的任意比组合物。
本发明的磁体的制备方法如下：
（1）按照各组分的质量份数比准备各原料，将原材料在真空熔炉中进行熔融处理，真空熔炉内的熔融温度为1580℃，再经过水冷铸造得到合金锭，将合金锭采用氢破碎工艺破碎处理，破碎后的粉末经过使用惰性气体保护的气流磨粉碎研磨，得到所需磁料微粉，磁料微粉的粒径为2μm。
（2）将磁料微粉加入到模具中等静压成型，成型模具外使用脉冲磁场进行取向，脉冲磁场的磁场强度为2T，成型后的磁体坯送入到烧结炉中进行烧结，烧结过程如下，先在30min内升温至800℃，接着在脱氢状态下保温4h，接着在50min内将温度升高至1080℃，保温烧结4h；烧结后冷却至室温，然后进行热处理，热处理工艺为二级回火处理，工艺流程如下：将烧结完成的稀土永磁体温度升高至910℃，保温3.5h，然后将温度降低至500℃，继续保温4h，最后将温度降至室温，得到烧结稀土永磁体。
（3）将烧结稀土永磁体表面打磨后用丙酮溶剂冲洗干净并干燥，然后将永磁体送入到煮沸的封孔处理液中进行封孔处理，封孔处理液由硅酸钠、氢氧化钠和水混合配置成，硅酸钠的浓度为22g/L，氢氧化钠的浓度为24g/L；封孔处理时间为35min。
（4）封孔处理后的永磁体干燥后用3%的硝酸溶液清洗，清洗后将永磁体放入到表面处理剂中，以25℃的温度水浴加热处理2h，处理完成后得到所需耐高温耐腐蚀永磁体。其中，表面处理剂的制备方法如下：按照钼酸钾10g/L，高锰酸钾8 g/L，氟化钠3 g/L，偏硅酸钠2 g/L，氯化铈0.4 g/L的比例配置混合溶液，并使用硫酸调节溶液PH值为1.8，然后将溶液在31℃的水浴温度下搅拌17min，得到所需表面处理剂。
性能测试
通过检测得出，本实施例的永磁体在150-200℃温度范围内波动时，永磁体的磁感应强度变化范围不大于35%，在酸碱腐蚀测试中，质量损失率低于2%，因此证明，本实施例的永磁体的耐高温性能和耐腐蚀性能非常优秀。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，其特征在于：所述永磁体制备使用的组分的质量分数比如下：Co：3.2-8.0%，B：0.5-0.76%，Zr：0.02-0.025%，Ti：0.08-0.11%，Sn：0.005-0.01%，Ga：0.15-0.42%， Zr：1.3-1.6%，Al：0.8-1.2%，稀土元素25-33%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，其特征在于：所述永磁体制备使用的组分的质量分数比如下：Co：5.1%，B：0.61%，Zr0.023%，Ti：0.095%，Sn：0.008%，Ga：0.28%， Zr：1.45%，Al：1.03%，稀土元素29%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，其特征在于：所述稀土元素中含有Dy、La、Ce的质量和占比为45-60%，三者比例随机，Nd的质量占比为15-20%，余量为Tb、Pr、Ho、Sm中的两种或两种以上。
4.根据权利要求1-3任意一项所述高速电机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，其特征在于：所述永磁体的制备方法如下：
（1）按照各组分的质量份数比准备各原料，将原材料在真空熔炉中进行熔融处理，再经过水冷铸造得到合金锭，将合金锭采用氢破碎工艺破碎处理，破碎后的粉末经过使用惰性气体保护的气流磨粉碎研磨，得到所需磁料微粉；
（2）将磁料微粉加入到模具中等静压成型，成型模具外使用脉冲磁场进行取向，脉冲磁场的磁场强度为1.5-2T，成型后的磁体坯送入到烧结炉中进行烧结，烧结后冷却至室温，然后进行热处理，热处理完成后得到烧结稀土永磁体；
（3）将烧结稀土永磁体表面打磨后用无水乙醇或丙酮溶剂冲洗干净并干燥，然后将永磁体送入到煮沸的封孔处理液中进行封孔处理，封孔处理时间为30-60min；
（4）封孔处理后的永磁体干燥后用3%的硝酸溶液清洗，清洗后将永磁体放入到表面处理剂中，以25-30℃的温度水浴加热处理1.5-2h，处理完成后得到所需耐高温耐腐蚀永磁体。
5.根据权利要求1所述一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，其特征在于：步骤（1）所述真空熔炉内的熔融温度为1550-1650℃，磁料微粉的粒径为2-3μm。
6.根据权利要求1所述一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，其特征在于：步骤（2）所述烧结炉内的烧结过程如下，先在30-40min内升温至750-800℃，接着在脱氢状态下保温3-5h，接着在35-50min内将温度升高至1080-1120℃，保温烧结4-6h。
7.根据权利要求1所述一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，其特征在于：步骤（2）所述热处理工艺为二级回火处理，工艺流程如下：将烧结完成的稀土永磁体温度升高至900-950℃，保温3-4h，然后将温度降低至500-550℃，继续保温3-4h，最后将温度降至室温。
8.根据权利要求1所述一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，其特征在于：步骤（3）所述封孔处理液由硅酸钠、氢氧化钠和水混合配置成，硅酸钠的浓度为22-24g/L，氢氧化钠的浓度为20-24g/L。
9.根据权利要求1所述一种高速电动机制造用耐高温耐腐蚀永磁体，其特征在于：步骤（4）所述表面处理剂的制备方法如下：按照钼酸钾10g/L，高锰酸钾8 g/L，氟化钠3 g/L，偏硅酸钠2 g/L，氯化铈0.4 g/L的比例配置混合溶液，并使用硫酸调节溶液PH值为1.5-2，然后将溶液在30-35℃的水浴温度下搅拌15-20min，得到所需表面处理剂。
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