專利名稱：高電阻率永磁合金及其制備方法
技術領域：
本發明屬于永磁材料的制備領域，特別涉及一種高電阻率永磁合金及其制備方
法。·
背景技術：
在當前的全球經濟和環境條件下，對高效和節能的普遍關注，使得各產業領域都采用結構簡単、功率因數高、起動轉矩大的永磁同步電動機(PMSM)代替傳統電勵磁電動機。但是，由于受到磁場空間諧波和時間諧波的作用，在稀土永磁體內是存在渦流的，并且隨著電機功率的提高，永磁體的體積變大，加之轉子散熱差，渦流損耗不但會引起較高溫升，使工作效率降低，在極端情況下可能會導致永磁體失磁，從而降低電機性能。目前，基于脈寬調制(PWM)逆變器的PMSM調速方法得到了迅速發展，與正弦電壓驅動相比，在PWM逆變器驅動下的PMSM中，永磁體的渦流損耗大幅度增加，這就對電機用稀土永磁體的性能提出了更高的要求。釹鐵硼永磁材料以其高磁能積、低價格和良好的加エ性能在永磁同步電動機中獲得了迅速的推廣應用。但與鐵氧體相比，它的電導率較高，基于Nd2Fe14B的大部分強磁體的主要缺點是溫度穩定性差。迄今為止，燒結NdFeB磁體的室溫最大磁能積的最高值是59MG0e，商業磁體的最大磁能積在48_50MG0e。然而，Nd2Fe14B的居里溫度僅312°C，Hci的反轉溫度系數β則達到-0.55'0.6%/°C。因此，普通高磁能積(BH)max、低矯頑カHcd的Nd-Fe-B磁體僅能在低于70°C的溫度下工作。部分Co替代Fe的磁體可以提高Nd2Fe14B的居里溫度，但不能提高最高工作溫度(Ttjp),因為Co對各向異性場不利。而提高Hcd的反轉溫度系數β并不是提高Ttjp的最有效方法。提高Ttjp的傳統方法是通過Dy替代Nd提高其室溫內稟矯頑力Hei，但是Dy的磁矩與Fe和Nd的磁矩是反向平行的，這種Nd-Dy-Fe-B磁體的飽和磁化強度Ms和最大磁能積(BH)max不是很高。目前，典型燒結Nd-Dy-Fe-B磁體的最高工作溫度Tqp為200-230°C，除了燒結，還可以通過熔融甩帶前體的熱壓及隨后的熱塑性變形制備高性能各向異性Nd-Fe-B和Pr-Fe-B磁體。ー些早期的報道稱熱變形磁體具有優良的耐熱性。然而，數據顯示Hei的反轉溫度系數β約為-0.64%/°C。與燒結磁體直接比較顯示，熱變形磁體比相同的燒結磁體表現出較差的熱穩定性。對于電機用燒結NdFeB永磁體最重要的是不能引起熱退磁。熱退磁是不可逆退磁，即不可再充磁，不能確保原有的磁通量。因此，要從根本上解決電機用燒結釹鐵硼永磁體的熱退磁問題，必須減小永磁體電機的渦流損耗。減少永磁體電機渦流損耗的途徑主要有兩個，一是通過電機轉子設計，如分割磁體單元來減少渦流損耗。有限元分析表明對于ー個單相永磁體無刷直流電機，永磁體的渦流損耗可以通過分割轉子環形磁體成8個扇形體使其從75W減小到23W，如果磁體被不銹鋼外殼包裹，8個扇形磁體可使永磁體潤流損失減少67%,另外,外殼的總潤流損耗卻被增長了約90%，結果，總的轉子渦流損耗僅減少約23%，即提高扇形磁體的數量可以減小轉子渦流損耗，但是，當用金屬外殼保護磁體時，此方法變的不太有效。當然，切割磁體還將大大提高制造成本。另一個途徑是通過提高永磁體的電阻率減少渦流損耗。對于永磁體轉子，其渦流損耗Wm與電阻率P呈反比例關系，因此，可以通過磁體電阻率的變化來控制磁體中的渦流損耗。高分子粘接磁體由于粘接劑的絕緣效應具有高的電阻率，但是它們的工作溫度受到高分子材料軟化的限制，同時由于磁稀釋效應使其最大磁能積比同類燒結磁體低好幾倍。高熔點的無機納米顆粒摻雜永磁體，不僅可以提高磁體的電阻率，同時保持其高的磁性能。因此，開發一種高電阻率釹鐵硼復合磁體，大幅度減少渦流損失，提高電機效率，減少所需能量，減少CO2排放，同時保持電機的低成本，可用于高能效電動機和高速發動機 設備，對我國的節能環保領域的高速發展具有十分重要意義。
發明內容
針對上述問題，本發明提供了一種高電阻率永磁合金及其制備方法，使永磁合金在保持原有優越磁性能的基礎上，獲得高電阻率。本發明的原理在于采用高熔點、絕緣無機材料納米粉體對釹鐵硼永磁材料粉體進行固體表面活性劑高能球磨，通過高能球磨,永磁合金粉和固體無機納米粉的混合物被磨球沖擊擠壓，高電阻率的固體表面活性劑納米粉體嵌入Nd-Fe-B合金粉的表面，通過磨球的反復沖擊擠壓，形成表面覆有無機納米粉絕緣涂層的、各向異性片狀粉體，其c軸均在片內、平行于片表面，再通過磁場取向熱壓技術提高材料的致密度和各向異性，獲得層片結構的磁體(如圖I所示)。該磁體與傳統的顆粒結構的高分子粘結磁體不同，該層片結構的磁體c軸平行于層的方向，即磁化方向，層間由于無機納米材料的絕緣作用，在垂直于磁化方向的電阻率較高，在獲得高電阻率的同時保持其高的磁性能。為實現上述目的，結合本發明原理，本發明提供了如下技術方案—種高電阻率永磁合金，由粉末冶金方法制成，其中，該合金的粉末料由Nd-Fe-B合金粉末和該粉末表面包覆的固體表面活性劑絕緣層組成，所述固體表面活性劑為Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho的氟化物或氧化物中的至少一種，固體表面活性劑為Nd-Fe-B合金粉末重量的5% — 15% ;所述Nd-Fe-B合金粉末的粒徑為微米級，固體表面活性劑的粒徑為納米級。Nd-Fe-B合金粉末的粒徑為0. 5-8 u m,固體表面活性劑的粒徑為1-lOOnm。該合金通過以下步驟制備I)先將Nd-Fe-B速凝片經氫破碎和氣流磨制備粒徑為0. 5-8 U m的微米粉；2)加入Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho的氟化物或氧化物粉末且其粒徑為1-lOOnm，通過固體表面活性劑高能球磨，制備具有表面絕緣涂層的片狀粉體；3)通過磁場取向、熱壓成型制備高電阻率永磁合金塊體；其中，所述永磁合金為層片結構，且c軸平行于層的方向。電阻率P ^ I. OmQ cm,最大磁能積(BH)max ^ 38MGs0e。所述永磁合金的電阻率為I. 0-2. Om Q cm,磁能積為38_45MGs0e,矯頑力為14-16k0e，剩磁為 12-15kGs。一種高電阻率永磁合金的制備方法，其中，依次包括如下步驟
(I)熔煉將金屬Nd、Fe、Ga、Co、Cu及合金NdFe、BFe, DyFe金屬熔煉，制備得到Nd-Fe-B合金速凝片；(2)將所述速凝片經氫破碎和氣流磨制備為粒徑為0. 5-8 u m的微米級粉末；(3)在所述微米級粉末中加入粒徑為I-IOOnm的無機納米固體表面活性劑，通過固體表面活性劑高能球磨獲得具有表面絕緣涂層的片狀粉體；(4)通過磁場取向壓制成型；(5)通過熱壓成型獲得高電阻率永磁合金。所述固體表面活性劑為Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho的氟化物和氧化物中的至少一種。
所述固體表面活性劑的加入比例為氣流磨原料粉的5wt%— 15wt%,在步驟(3)中高能球磨時間為1-8小時，球料比10:1-30:1。在步驟(4)中磁場強度為2T，壓力為160_300Mpa。在步驟(5)所述熱壓成型在真空熱壓爐中進行。所述熱壓成型的真空度高于I. OX KT1Pa,熱壓溫度為540_560°C，保溫時間為Imin0與現有技術相比，本發明的有益效果在于I、本發明在提高磁體電阻率的同時，充分發揮Nd-Fe-B磁體的優異磁性能，通過改變無機納米顆粒的種類、含量以及摻雜后合金的微觀結構，實現高電阻率無機納米顆粒摻雜改性Nd-Fe-B磁體的電阻率的可調控性，可制備出高電阻率、高磁能積的Nd-Fe-B永磁合金，電阻率 P > I. Om Q cm, (BH) max ^ 38MGs0e ；2、本發明的高電阻率永磁合金可以大幅度減少渦流損失，提高電機效率，減少所需能量，減少CO2排放，同時保持電機的低成本，可用于高能效電動機和高速發動機設備，可用于混合動力汽車、火車、輪船、風力發電等。
圖I為加入NdF3含量為8wt%的所制備的永磁合金的SEM像。
具體實施例方式下面，結合實施例進一步詳細說明本發明。實施例I :采用本發明的制備方法制備永磁合金，首先，將Nd-Fe-B合金制成速凝片，經氫破碎和氣流磨制成微米級粉末，再采用CaF2納米粉作為固體表面活性劑，其加入比例為氣流磨原料粉的10wt%，通過高能球磨獲得具有表面絕緣涂層的片狀粉體，其中所用高能球磨時間為1. 5小時，球料比30:1 ;在磁場中壓制成型，所用磁場2T，壓力為180Mpa ;最后，熱壓成型獲得高電阻率永磁合金，其中熱壓成型真空度高于I. OX KT1Pa,熱壓溫度為550°C，保溫時間為Imin。在上述制備工藝條件下，所制備的高電阻率永磁合金的電阻率1. 4mQcm，磁能積38MGs0e，矯頑力為 16k0e，剩磁 12kGs。實施例2:
采用本發明的制備方法制備永磁合金，首先，將Nd-Fe-B合金制成速凝片，經氫破碎和氣流磨制成微米級粉末，再采用NdF3納米粉作為固體表面活性劑，其加入比例為氣流磨原料粉的10wt%，通過高能球磨獲得具有表面絕緣涂層的片狀粉體，其中所用高能球磨時間為I. 5小時,球料比10:1 ;在磁場中壓制成型,所用磁場2T,壓力為180Mpa ;最后，熱壓成型獲得高電阻率永磁合金，其中熱壓成型的真空度高于I. OXIO-lPa，熱壓溫度為550°C，保溫時間為Imin。在上述制備工藝條件下，所制備的高 電阻率永磁合金的電阻率1. 4mQcm，磁能積42MGs0e，矯頑力為 16k0e，剩磁 14kGs。實施例3 采用本發明的制備方法制備永磁合金，首先，將Nd-Fe-B合金制成速凝片，經氫破碎和氣流磨制成微米級粉末，再采用DyF3納米粉作為固體表面活性劑，其加入比例為氣流磨原料粉的10wt%，通過高能球磨獲得具有表面絕緣涂層的片狀粉體，其中所用高能球磨時間為I. 5小時,球料比10:1 ;在磁場中壓制成型,所用磁場2T,壓力為180Mpa ;最后，熱壓成型獲得高電阻率永磁合金，其中熱壓成型的真空度高于I. OXIO-lPa，熱壓溫度為550°C，保溫時間為Imin。在上述制備工藝條件下，所制備的高電阻率永磁合金的電阻率1. 3mQcm，磁能積41MGs0e，矯頑力為 15k0e，剩磁 13kGs。實施例4 采用本發明的制備方法制備永磁合金，首先，將Nd-Fe-B合金制成速凝片，經氫破碎和氣流磨制成微米級粉末，再采用NdF3納米粉作為固體表面活性劑，其加入比例為氣流磨原料粉的15wt%，通過高能球磨獲得具有表面絕緣涂層的片狀粉體，其中所用高能球磨時間為I小時，球料比10:1 ;在磁場中壓制成型,所用磁場2T,壓力為180Mpa ;最后,熱壓成型獲得高電阻率永磁合金，其中熱壓成型的真空度高于I. OXIO-lPa，熱壓溫度為550°C，保溫時間為Imin。在上述制備工藝條件下，所制備的高電阻率永磁合金的電阻率1. 8mQcm，磁能積40MGs0e，矯頑力為 14. 5k0e，剩磁 12. 8kGs。
權利要求
1.一種高電阻率永磁合金，由粉末冶金方法制成，其特征在于該合金的粉末料由Nd-Fe-B合金粉末和該粉末表面包覆的固體表面活性劑絕緣層組成，所述固體表面活性劑為Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho的氟化物或氧化物中的至少一種，固體表面活性劑為Nd-Fe-B合金粉末重量的5% — 15%;所述Nd-Fe-B合金粉末的粒徑為微米級，固體表面活性劑的粒徑為納米級。
2.如權利要求I所述的高電阻率永磁合金，其特征在于所述Nd-Fe-B合金粉末的粒徑為0. 5-8 u m,固體表面活性劑的粒徑為l-100nm。
3.如權利要求I所述的高電阻率永磁合金，其特征在于該合金通過以下步驟制備 1)先將Nd-Fe-B速凝片經氫破碎和氣流磨制備粒徑為0.5-8 u m的微米粉； 2)加入粒徑為I-IOOnm的Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho的氟化物或氧化物粉末，通過固體表面活性劑高能球磨，制備具有表面絕緣涂層的片狀粉體； 3)通過磁場取向、熱壓成型制備高電阻率永磁合金塊體； 其中，所述永磁合金為層片結構，且c軸平行于層的方向。
4.如權利要求I所述的高電阻率永磁合金,其特征在于電阻率P^ I. OmQ cm,最大磁能積(BH) max ^ 38MGsOe。
5.如權利要求4所述的高電阻率永磁合金，其特征在于所述永磁合金的電阻率為I. 0-2. OmQcm,磁能積為 38_45MGsOe,矯頑力為 14_16k0e,剩磁為 12_15kGs。
6.—種如權利要求1-5之一所述的高電阻率永磁合金的制備方法,其特征在于依次包括如下步驟 (1)熔煉將金屬Nd、Fe、Ga、Co、Cu及合金NdFe、BFe、DyFe金屬熔煉，制備得到Nd-Fe-B合金速凝片； (2)將所述速凝片經氫破碎和氣流磨制備為粒徑為0.5-8 u m的微米級粉末； (3)在所述微米級粉末中加入粒徑為I-IOOnm的無機納米固體表面活性劑，通過固體表面活性劑高能球磨獲得具有表面絕緣涂層的片狀粉體； (4)通過磁場取向壓制成型； (5)通過熱壓成型獲得高電阻率永磁合金。
7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于所述固體表面活性劑為Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho的氟化物和氧化物中的至少一種。
8.如權利要求6或7所述的制備方法，其特征在于所述固體表面活性劑的加入比例為氣流磨原料粉的5wt%— 15wt%。
9.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于在步驟(3)中高能球磨時間為1-8小時,球料比10:1-30:1。
10.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于在步驟(4)中磁場強度為2T，壓力為160_300Mpao
11.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于在步驟(5)所述熱壓成型在真空熱壓爐中進行。
12.如權利要求6或11所述的制備方法，其特征在于所述熱壓成型的真空度高于I.OX KT1Pa,熱壓溫度為540-560°C，保溫時間為lmin。
全文摘要
本發明屬于永磁材料的制備領域，特別涉及一種高電阻率永磁合金及其制備方法，其中該合金的粉末料由Nd-Fe-B合金粉末和該粉末表面包覆的固體表面活性劑絕緣層組成，所述固體表面活性劑為Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Nd、Dy、Tb、Gd、Ho的氟化物或氧化物中的至少一種，固體表面活性劑為Nd-Fe-B合金粉末重量的5％－15％；所述Nd-Fe-B合金粉末的粒徑為0.5-8μm的微米級，固體表面活性劑的粒徑為1-100nm的納米級。本發明的高電阻率永磁合金電阻率ρ≥1.0mΩcm，最大磁能積(BH)max≥38MGsOe。該磁體將大幅度減少渦流損失，同時保持電動機和發動機的低成本，可用于高能效電動機和高速發動機等設備。
文檔編號H01F7/02GK102682949SQ201210162429
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者朱明剛, 李衛, 鄭立允 申請人:鋼鐵研究總院