CN110176351A - 一种高效电机用钕铁硼磁体的制备方法 - Google Patents

一种高效电机用钕铁硼磁体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于磁性材料技术领域，具体涉及一种高效电机用钕铁硼磁体的制备方法，包括：将市售氟化钙粉末与无水乙醇混合制成浆液，均匀涂覆到已烧结加工好的半成品钕铁硼磁体面积最大的面上，将上述涂覆好的磁体摆放放入料盒中，置于真空烧结炉中两级回火获得高电阻率的磁体，所得磁体不影响磁体的性能，还提高磁体电阻率，降低电机运行过程中磁体的涡流损耗，降低温升，减少磁体性能的损失，充分发挥磁体的性能。

Description

一种高效电机用钕铁硼磁体的制备方法
技术领域
本发明属于磁性材料技术领域，涉及一种钕铁硼制备工艺，具体涉及一种高效电机用钕铁硼磁体的制备方法。
背景技术
烧结钕铁硼磁体具有较高的磁能积，广泛应用在电动机、发电机中。与传统电机相比，稀土钕铁硼永磁电机具有高效节能、体积小等特点。但是由于钕铁硼磁体的电阻率很低，在其提供动态磁场时会产生涡流，使磁体温度升高，导致磁通损失，矫顽力下降，进而电机电流升高，温升进一步增加，电机性能恶化。涡流损耗是由交变磁场的电磁感应所引起的涡流造成的，它是磁性材料的主要损耗之一。因此，降低涡流损耗的有效方法是提高材料的电阻率。
目前电机行业主要靠散热系统来降低温升，但效果有限。也有部分学者采用将高电阻率的氟化钙粉末与钕铁硼粉末混匀，再磁场成型、烧结致密获得高电阻的磁体。但是随着氟化钙粉末的添加，磁体的密度下降较快，矫顽力、剩磁明显下降，影响磁体的使用，未能提高电机的效能。还有研究中采用在钕铁硼粉末成型中分层加入氟化钙粉末，进而根据需要选择加入的层数，适当提升磁体的电阻。但是磁体的机械强度严重恶化，且提升的幅度有限。以上两种方案都对磁体的性能以及机械强度产生较大影响，未有实际应用。
电机工作者设计中，还有采用将磁体分段加工，环氧胶绝缘粘接，再精加工，最后整体环氧涂覆的方法。该工艺可以起到提高电阻率，降低电机温升，提高电机效能的作用，但是加工磁体材料利用率低，成本较高，最后不能全面推广。
本发明旨在利用新的晶界扩散工艺方法制备低成本、高电阻率、高效能电机用烧结钕铁硼磁体。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了一种新的晶界扩散工艺制备低成本钕铁硼磁体的方法，即选用氟化钙为扩散源，涂覆在半成品磁体面积最大的两个面上，放入烧结炉中扩散处理，获得高电阻率的烧结钕铁硼磁体。该工艺制备的低成本钕铁硼磁体可以降低电机温升，提高电机效能。
具体的，本发明涉及一种高效钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将市售氟化钙粉末与无水乙醇混合制成浆液，均匀涂覆到已烧结加工好的半成品钕铁硼磁体面积最大的两个面上；
(2)将上述涂覆好的磁体摆放放入料盒中，置于真空烧结炉中两级回火获得高电阻率的磁体。
更具体的，本发明涉及的一种高效钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将市售氟化钙粉末与无水乙醇按照质量比1:1～1:2混合制成浆液，均匀涂覆到已烧结加工好的半成品钕铁硼磁体面积最大的面上，涂覆重量占磁体重量比优选0.3～1％；
(2)将上述涂覆好的磁体摆放放入料盒中，置于真空烧结炉中700～1000℃烧结3～10小时，然后快速冷却至70℃以下；
(3)将上述磁体再次升温至500～600℃，二级回火保温3～5小时，获得高电阻率的磁体。
优选的，步骤(3)二次回火处理后，还可以进一步将所得高电阻率的磁体经过高精度磨床再次加工成成品尺寸。
更进一步的，加工成成品后可进一步经过相应的表面处理得到最终成品。
优选的，步骤(1)所述涂覆重量占磁体重量比为0.5～1％。
优选的，步骤(1)所述市售氟化钙粉末与无水乙醇质量比为1:1～1:1.5。
优选的，步骤(1)所述氟化钙粉末粒度小于5微米，优选为0.5～1微米。
优选的，步骤(1)所述已烧结加工好的半成品钕铁硼磁体为钕铁硼38SH毛坯。
优选的，步骤(1)所述已烧结加工好的半成品钕铁硼磁体加工成厚度为2～9mm厚的钕铁硼磁片。
优选的，步骤(2)所述烧结温度为900～1000℃，烧结时间为5～7小时。
本发明采用在半成品磁体表面涂覆氟化钙，然后700～1000℃保温6～15小时，使氟化钙扩散至磁体内部，不影响磁体的性能，还提高晶界电阻率，提高磁体电阻率，降低电机运行过程中磁体的涡流损耗，降低温升，减少磁体性能的损失，充分发挥磁体的性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。所描述的实施例及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
1)根据需求将已烧结好的钕铁硼38SH毛坯机械加工成50mm*30mm*6.1mm的半成品，并除油清洗干净；
2)将市售0.5～1微米的氟化钙粉末与无水乙醇按照质量比1:1混合制成浆液，均匀涂覆到上述半成品磁体50mm*30mm的两个面上，涂覆量占磁体重量的0.5％；
3)将上述涂覆好的磁体放入料盒中，置于真空烧结炉中900℃烧结7小时，然后快速冷却至70℃以下，再次升温至500℃，二级回火保温3～5小时，最终获得扩散好的磁体；
4)以上扩散好的50mm*30mm*6.1mm磁体，再经过机加工获得尺寸为50mm*30mm*6mm的成品磁体。
其晶界扩散处理前基体的性能和扩散处理后磁体的性能见表1。
实施例2
1)根据需求将已烧结好的钕铁硼38SH毛坯机械加工成50mm*30mm*6.1mm的半成品，并除油清洗干净；
2)将市售0.5～1微米的氟化钙粉末与无水乙醇按照质量比1:1混合制成浆液，均匀涂覆到上述半成品磁体50mm*30mm的两个面上，涂覆量占磁体重量的1％；
3)将上述涂覆好的磁体放入料盒中，置于真空烧结炉中900℃烧结7小时，然后快速冷却至70℃以下，再次升温至500℃，二级回火保温3～5小时，最终获得扩散好的磁体；
4)以上扩散好的50mm*30mm*6.1mm磁体，再经过机加工获得尺寸为50mm*30mm*6mm的成品磁体。
其扩散处理后磁体的性能见表1。
实施例3
1)根据需求将已烧结好的钕铁硼38SH毛坯机械加工成50mm*30mm*3.1mm的半成品，并除油清洗干净；
2)将市售0.5～1微米的氟化钙粉末与无水乙醇按照质量比1:2混合制成浆液，均匀涂覆到上述半成品磁体50mm*30mm的两个面上，涂覆量占磁体重量的1％；
3)将上述涂覆好的磁体放入料盒中，置于真空烧结炉中1000℃烧结5小时，然后快速冷却至70℃以下，再次升温至600℃，二级回火保温3～5小时，最终获得扩散好的磁体；
4)以上扩散好的50mm*30mm*6.1mm磁体，再经过机加工获得尺寸为50mm*30mm*3mm的成品磁体。
其扩散处理后磁体的性能见表1。
实施例4
1)根据需求将已烧结好的钕铁硼38SH毛坯机械加工成50mm*30mm*3.1mm的半成品，并除油清洗干净；
2)将市售0.5～1微米的氟化钙粉末与无水乙醇按照质量比1:1混合制成浆液，均匀涂覆到上述半成品磁体50mm*30mm的两个面上，涂覆量占磁体重量的1％；
3)将上述涂覆好的磁体放入料盒中，置于真空烧结炉中900℃烧结7小时，然后快速冷却至70℃以下，再次升温至500℃，二级回火保温3～5小时，最终获得扩散好的磁体；
4)以上扩散好的50mm*30mm*6.1mm磁体，再经过机加工获得尺寸为50mm*30mm*3mm的成品磁体。
其扩散处理后磁体的性能见表1。
对比例1
1)按照1.4％重量比将0.5～1μm的氟化钙粉末加入到钕铁硼38SH的粉末中，利用三维混料机混粉6小时，保证两种粉末均匀混合；
2)利用磁场压机，将1)中混合均匀的粉末在1.7T的磁场下取向成型，再经过冷等静压，压力为200MPa，得到密度为4.4～4.7g/cm3的压坯；
3)将压坯置于真空烧结炉中，在1070～1100℃烧结保温3～4小时，在850～950℃一级回火保温2～3小时，在500～600℃二级回火保温3～4小时，最终获得烧结磁体38SH-1，将上述毛坯机械加工成50mm*30mm*6mm的成品磁体。
添加1.4％氟化钙粉末磁体的性能见表1。
对比例2
1)按照4.3％重量比将0.5～1μm的氟化钙粉末加入到钕铁硼38SH的粉末中，利用三维混料机混粉6小时，保证两种粉末均匀混合；
2)利用磁场压机，将1)中混合均匀的粉末在1.7T的磁场下取向成型，再经过冷等静压，压力为200MPa，得到密度为4.4～4.7g/cm3的压坯；
3)将压坯置于真空烧结炉中，在1070～1100℃烧结保温3～4小时，在850～950℃一级回火保温2～3小时，在500～600℃二级回火保温3～4小时，最终获得烧结磁体38SH-2，将上述毛坯机械加工成50mm*30mm*6mm的成品磁体。
添加4.3％氟化钙粉末磁体的性能见表1。
表1.不同实施例磁性能参数以及50mm方向电阻率
Br(kGs) Hcj(kOe) (BH)<sub>m</sub>(MGOe) ρ(μΩ.cm)
38SH基体 12.44 22.67 38.13 148
实施例1 12.4 23.6 38 206
实施例2 12.38 23.8 37.68 300
实施例3 12.36 23.7 37.46 350
实施例4 12.35 24.1 37.4 450
对比例1 11.37 21.38 31.53 162
对比例2 10.56 21.02 27.12 180
由上表1中实施例1、2数据和表1对比例数据对比可知，通过本发明方法，制备出磁体剩磁Br略微降低，矫顽力Hcj上升，电阻率ρ上升；而对比例磁体的剩磁及矫顽力大幅降低，影响磁体使用。对比实施例2、3、4可知，对于产品厚度尺寸薄的磁体，该工艺提升电阻率的效果更明显，且随着保温时间5小时延长至7小时，磁体电阻率进一步提高。
总之，按照本发明的工艺，磁体电阻率ρ上升，剩磁Br无明显降低，矫顽力Hcj有小幅提升，不影响磁体使用的情况下，有利于减少涡流损耗，降低温升，有利于电机效能的提升。

Claims (10)

1.一种高效钕铁硼磁体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将市售氟化钙粉末与无水乙醇混合制成浆液，均匀涂覆到已烧结加工好的半成品钕铁硼磁体面积最大的两个面上；
(2)将上述涂覆好的磁体摆放放入料盒中，置于真空烧结炉中两级回火获得高电阻率的磁体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将市售氟化钙粉末与无水乙醇按照质量比1:1～1:2混合制成浆液，均匀涂覆到已烧结加工好的半成品钕铁硼磁体面积最大的两个面上，涂覆重量占磁体重量比为0.3～1％；
(2)将上述涂覆好的磁体摆放放入料盒中，置于真空烧结炉中700～1000℃烧结3～10小时，然后快速冷却至70℃以下；
(3)将上述磁体再次升温至500～600℃，二级回火保温3～5小时，获得高电阻率的磁体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)二次回火处理后，还可以进一步将所得高电阻率的磁体经过高精度磨床再次加工成成品尺寸。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：加工成成品后可进一步经过相应的表面处理得到最终成品。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述涂覆重量占磁体重量比为0.5～1％。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述市售氟化钙粉末与无水乙醇质量比为1:1～1:1.5。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述氟化钙粉末粒度小于5微米，优选为0.5～1微米。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述已烧结加工好的半成品钕铁硼磁体为钕铁硼38SH毛坯。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述已烧结加工好的半成品钕铁硼磁体加工成厚度为2～9mm厚的钕铁硼磁片。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述烧结温度为900～1000℃，烧结时间为5～7小时。
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