一種高電阻率的稀土永磁體的製備方法與流程

2023-11-29 23:42:36

本發明涉及一種磁體的製備方法，尤其涉及一種稀土永磁體的製備方法，屬於磁體的製備工藝技術領域。

背景技術：

釹鐵硼材料自問世以來，由於其高磁能積、高矯頑力等特點被廣泛應用於計算機、通訊、航空航天、電機等諸多領域，成為製造效能高、體積小、質量輕的磁性功能材料的理想材料，對許多應用領域產生革命性的影響。但由於釹鐵硼材料的自身特性，其電阻率較低，在高頻交變的電磁場環境及高速運轉的電機中，釹鐵硼磁鋼內部會產生明顯的渦流損耗，從而導致磁體溫度升高，造成能耗損失、磁體性能下降、導致磁鋼燒蝕等各種不良。因此降低渦流損耗對於磁體在高頻、交流、高速電機等領域的應用十分關鍵。

減少永磁體電機渦流損耗的途徑主要有兩個：一是通過設計電機轉子。如分割磁體單元減少渦流損耗，但是切割磁體將大大提高製造成本；二是提高永磁體的電阻率減少渦流損耗。這是因為永磁體轉子的渦流損耗與電阻率成反比關係。因此，提高永磁體的電阻率來減少渦流損耗成為研究的重點。

中國專利CN1185009介紹了在稀土永磁體中添加粘結劑和絕緣劑的方法來之製備粘結磁體的方法，通過粘結劑、絕緣劑的作用來提高磁體的電絕緣性。

日本專利特開平8-279407介紹了一種多磁極電絕緣R-Fe-B永磁體的製備方法。該磁體為燒結磁體，其在燒結成型後採用真空蒸鍍的方法，在磁體表面鍍上一層2-10μm聚醯亞胺樹脂薄膜來改善磁體絕緣性能。

中國專利CN104425092A介紹了將釹鐵硼磁鋼本體與C/N/B/Si/S等非金屬源接觸，然後在高溫下處理。使非金屬源釋放出活性的非金屬原子並擴散進入釹鐵硼磁鋼本體中，改善磁體顯微組織，提高磁體電阻率。

中國專利CN104959618A介紹了將NdFeB磁粉氮化以提高電阻率的方法。該專利通過將磁粉在300-400℃條件下通入氨氣進行處理，使磁粉表面形成氮化層，利用氮化層的隔絕作用提高電阻率。

中國專利ZL201310314166介紹了通過採用Ca(NO3)2溶液和KF溶液在NdFeB粉體表面進行直接沉澱化學合成反應，然後將具有CaF2包覆層的粉體通過取向、熱壓和熱變形製備高電阻率磁體的方法。

以上方法大都是通過改善磁粉顆粒的絕緣性來提高磁體的電阻率，但提高電阻率程度有限且部分工藝操作難度較大，不易實現穩定生產。

技術實現要素：

本發明針對現有技術中提高永磁體電阻的工藝方面存在的不足，提供一種高電阻率的稀土永磁體的製備方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種高電阻率的稀土永磁體的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟：

1)向R1-M-B磁粉中添加絕緣片，其中，R1為稀土元素中的一種或多種的復配，M為Ti、V、Cr、Mn、Co、Ga、Cu、Si、Al、Zr、Nb、W、Mo中的一種或多種的復配，所述絕緣片為石英、氧化鋯、氧化鋁、矽酸鈣中的一種或多種的復配；

2)向步驟1)所得的磁粉與絕緣片的混合物填充到模具中，進行取向壓制；

3)將步驟2)所得的毛坯進行燒結，後進行時效處理，得稀土永磁體。

進一步，步驟1)所述的R1-M-B磁粉中各個組分的重量分數如下：R1 28.6～33wt％,B 0.92～1.2wt％,M≦2.3wt％,餘量為鐵和雜質。

進一步，步驟1)中所述的R1-M-B磁粉為雙合金粉，這裡所稱的雙合金粉是指兩種R1-M-B磁粉的物理混合物。

進一步，步驟1)中加入絕緣片的厚度≦0.1mm。

進一步，步驟1)中絕緣片的重量為磁粉總重量的0.01～5wt％。

進一步，步驟2)中取向壓制的工藝條件為：室溫，磁場強度2T。

進一步，步驟3)中所述的燒結為熱壓燒結。

進一步，步驟3)中所述燒結的溫度為910～1090℃，燒結時間為1.5～6h。

進一步，步驟3)中時效處理的溫度為450～600℃，時效處理的時間為2～5h。

本發明的有益效果是：

1)本發明工藝所製得的永磁體在保證磁體外觀完整性的前提下，克服了其他方法不能大幅提高電阻率的問題；

2)磁體應用到高頻交變的電磁場環境及高速運轉的電機中，可以使電機中的渦流損失大大降低，提高電機效率；

3)整體工藝簡單易行，原料廉價易得，可實現批量穩定生產。

具體實施方式

以下結合實例對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。

實施例1：

1)使用至少99％重量純度的Nd、Tb、Co、Al、Fe、Cu和硼鐵在氬氣氣氛中高頻熔化，並將熔體澆注到急冷輥上製成合金，合金的質量百分比為30％Nd、0.5％Tb、0.8％Co、0.2％Al、0.2％Cu、1％B、餘者為鐵和不可避免的雜質；將該合金進行氫爆、氣流磨研磨獲得平均粒度為3.4μm的磁粉；

2)向磁粉中添加1.5wt％的石英片後混合，其中石英片的平均尺寸為0.36-0.29-0.08mm，厚度為0.08mm；

3)將混合物填充到模具中，在常溫和磁場強度為2T的取向場的環境下進行取向壓制；

4)然後將壓坯放入真空燒結爐內，在溫度1090℃下燒結5h。燒結結束後，再進行510℃時效處理，時效時間為4h，得到尺寸為50-35-28mm的磁體。從磁體中加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-28mm方柱測試電阻率。

對比例1：

將與實施例1相同配方、相同粒度的磁粉不添加石英片，直接在常溫和磁場強度為2T的取向場中進行取向壓制，在溫度1090℃燒結5h，溫度510℃時效處理4h，得到相同尺寸50-35-28mm的磁體。從磁體上沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-28mm方柱測試電阻率。

實施例2：

1)使用至少99％重量純度的Nd、Dy、Co、Al、Fe、Cu和硼鐵在氬氣氣氛中高頻熔化，並將熔體澆注到急冷輥上製成合金，合金的質量百分比為31.5％Nd、0.5％Dy、1.0％Co、0.5％Al、0.2％Cu、0.92％B、餘者為鐵和不可避免的雜質，將該合金進行氫爆、氣流磨獲得平均粒度為3.0μm的磁粉；

2)在氣流磨磁粉中添加5wt％的氧化鋯片並混合，其中氧化鋯片的平均尺寸為0.23-0.20-0.05mm，厚度為0.05mm；

3)將二者的混合物填充到模具中，在常溫和磁場強度為2T的取向場的環境下進行取向壓制；

4)然後將壓坯放入真空燒結爐內，在溫度1060℃下燒結4.5h。燒結結束後，再進行490℃時效處理，時效時間為2h，得到尺寸為14-55-50mm的磁體。從磁體中沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-50mm方柱測試電阻率。

對比例2a：

將與實施例2相同配方、相同粒度的磁粉中添加5wt％的氧化鋯粉末並混合。直接在常溫和磁場強度為2T的取向場中進行取向壓制，在溫度1060℃燒結4.5h，溫度490℃時效處理2h，得到相同尺寸14-55-50mm的磁體。從磁體中沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-50mm方柱測試電阻率。

對比例2b：

將與實施例2相同配方、相同粒度的磁粉中不添加氧化鋯，直接在常溫和磁場強度為2T的取向場中進行取向壓制，在溫度1060℃燒結4.5h，溫度490℃時效處理5h，得到相同尺寸14-55-50mm的磁體。從磁體上加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-50mm方柱測試電阻率。

實施例3：

1)使用至少99％重量純度的Nd、Dy、Co、Al、Fe、Cu和硼鐵在氬氣氣氛中高頻熔化，並將熔體澆注到急冷輥上製成合金，合金的質量百分比為31.2％Nd、1.8％Dy、1.5％Co、0.4％Al、0.20％Cu、1.2％B、餘者為鐵和不可避免的雜質，將該合金進行氫爆、氣流磨獲得平均粒度為3.1μm的磁粉；

2)在氣流磨磁粉中添加3.5wt％的矽酸鈣片，其中矽酸鈣片平均尺寸為0.28-0.21-0.06mm，厚度為0.06mm；

3)將二者的混合物填充到模具中，在常溫和磁場強度為2T的取向場的環境下進行取向壓制；

4)然後將壓坯放入真空燒結爐內，在溫度1065℃下燒結5.0h。燒結結束後，再進行450℃時效處理，時效時間為4.5h，得到尺寸為16-44-35mm的磁體。從磁體中沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-35mm方柱測試電阻率。

對比例3:

將與實施例3相同配方、相同粒度的磁粉中不添加矽酸鈣片，直接在常溫和磁場強度為2T的取向場中進行取向壓制，在溫度1065℃燒結5.0h，溫度450℃時效處理4.5h，得到相同尺寸16-44-35mm的磁體。從磁體上沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-35mm方柱測試電阻率。

實施例4：

1)使用至少99％重量純度的Nd、Co、Al、Fe、Cu和硼鐵在氬氣氣氛中高頻熔化，並將熔體澆注到急冷輥上製成合金，合金的質量百分比為31.5％Nd、1.5％Co、0.3％Al、0.20％Cu、0.98％B、餘者為鐵和不可避免的雜質；將該合金進行氫爆、氣流磨獲得平均粒度為2.7μm的磁粉；

2)在氣流磨磁粉中添加2.5wt％的石英片；其中石英片的平均尺寸為0.25-0.13-0.03mm，厚度為0.03mm；

3)將二者的混合物填充到模具中，在常溫和磁場強度為2T的取向場的環境下進行取向壓制；

4)然後將壓坯放入真空燒結爐內，在溫度1040℃下燒結6.0h；燒結結束後，再進行590℃時效處理，時效時間為4.0h，得到尺寸為40-22-30mm的磁體。從磁體中沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-30mm方柱測試電阻率。

對比例4a：

將與實施例4相同配方的鱗片研磨成粒度分別為2.7μm的磁粉。在此磁粉中不添加石英片，直接在常溫和磁場強度為2T取向場中進行取向壓制，在溫度1040℃下燒結6.0h，溫度為590℃時效處理4.0h，得到相同尺寸40-22-30mm的磁體。從磁體上沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-35mm方柱測試電阻率。

對比例4b:

將與實施例4相同配方的鱗片研磨成粒度分別為3.2μm的磁粉。在此磁粉中不添加石英片，直接在常溫和磁場強度為2T取向場中進行取向壓制，分別在溫度1040℃下燒結6h，溫度為590℃時效處理4.0h，得到相同尺寸40-22-30mm的磁體。從磁體上沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-35mm方柱測試電阻率。

實施例5：

1)使用至少99％重量純度的Nd、Pr、Dy、Co、Al、Cu、Fe和硼鐵在氬氣氣氛中高頻熔化，並將熔體澆注到急冷輥上製成合金，合金的質量百分比為24.0％Nd、6.0％Pr、0.8％Dy、1.5％Co、0.6％Al、0.20％Cu、1.00％B餘者為鐵和不可避免的雜質。將該合金進行氫爆、氣流磨獲得平均粒度為3.0μm的磁粉；

2)在氣流磨磁粉中添加0.01wt％的氧化鋯；其中氧化鋯的平均尺寸為0.10-0.07-0.02mm，厚度為0.02mm；

3)將二者的混合物填充到模具中，在常溫和磁場強度為2T的取向場的環境下進行取向壓制；

4)然後將壓坯放入真空熱壓爐內，在溫度910℃下燒結1.5h。燒結完成後，系統開始施加壓力進行熱壓燒結，熱壓溫度為920℃，壓力為110MPa，時間為15min。熱壓燒結完成後，再進行530℃時效處理，時效時間為4.0h，得到尺寸為20-42-33mm的磁體E1。從磁體E1中沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-33mm方柱測試電阻率。

對比例5：

將相同配方、相同粒度的磁粉中不添加氧化鋯片，直接在常溫和磁場強度為2T的取向場中進行取向壓制。然後將壓坯放入真空熱壓爐內，在溫度910℃燒結1.5h。然後在溫度為920℃，壓力為110MPa下熱壓燒結15min。熱壓燒結完成後再進行530℃時效處理4h，得到相同尺寸20-42-33mm的磁體。從磁體上加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-33mm方柱測試電阻率。

實施例6：

1)使用至少99％重量純度的Nd、Dy、Co、Al、Fe、Cu和硼鐵在氬氣氣氛中高頻熔化，並將熔體澆注到急冷輥上製成合金，合金的質量百分比為27.3％Nd、1.3％Dy、1.8％Co、0.3％Al、0.2％Cu、1.00％B、餘者為鐵和不可避免的雜質。將該合金進行氫爆、氣流磨獲得平均粒度為3.0μm的磁粉；

2)在氣流磨磁粉中添加1.0wt％的氧化鋯和氧化鋁混合物，二者的比例為4:1。其中氧化鋯、氧化鋁片的平均尺寸為0.25-0.20-0.06，厚度方向為0.1mm；

3)將三者的混合物填充到模具中，在常溫和磁場強度為2T的取向場的環境下進行取向壓制；

4)然後將壓坯放入真空燒結爐內，在溫度1060℃下燒結4.5h。燒結結束後，再進行600℃時效處理，時效時間為5h，得到尺寸為14-55-50mm的磁體。從磁體中沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-50mm方柱測試電阻率。

對比例6：

將與對比例6相同配方、相同粒度的磁粉中不添加氧化鋯和氧化鋁片，直接在常溫和磁場強度為2T的取向場中進行取向壓制，在溫度1060℃燒結4.5h，溫度600℃時效處理5h，得到相同尺寸14-55-50mm的磁體。從磁體上加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-50mm方柱測試電阻率。

實施例7：

1)使用至少99％重量純度的Nd、Dy、Co、Al、Fe、Cu和硼鐵在氬氣氣氛中高頻熔化，並將熔體澆注到急冷輥上製成合金A、合金B。合金A的質量百分比為27.5％Nd、2.9％Dy、1.0％Co、0.2％Al、0.15％Cu、0.98％B、餘者為鐵和不可避免的雜質，將該合金進行氫爆、氣流磨獲得平均粒度為3.2μm的磁粉。合金B的質量百分比為18.5％Nd、14.0％Dy、3.0％Co、0.3％Al、0.25％Cu、0.96％B、餘者為鐵和不可避免的雜質，將該合金進行氫爆、氣流磨獲得平均粒度為3.0μm的磁粉。將合金A磁粉與合金B磁粉按照比例為4:1混合。

2)在氣流磨混合磁粉中添加3.0wt％的矽酸鈣片，其中矽酸鈣片平均尺寸為0.21-0.21-0.05mm，厚度為0.03mm；

3)將二者的混合物填充到模具中，在常溫和磁場強度為2T的取向場的環境下進行取向壓制；

4)然後將壓坯放入真空燒結爐內，在溫度1075℃下燒結5.0h。燒結結束後，再進行520℃時效處理，時效時間為4.5h，得到尺寸為14-42-31mm的磁體。從磁體中沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-31mm方柱測試電阻率。

對比例7:

將與實施例7相同配方、相同比例混合的磁粉中不添加矽酸鈣片，直接在常溫和磁場強度為2T的取向場中進行取向壓制，在溫度1075℃燒結5.0h，溫度520℃時效處理4.5h，得到相同尺寸14-42-31mm的磁體。從磁體上沿充磁方向加工D10-10mm樣柱測試磁性能，加工2-2-31mm方柱測試電阻率。

表1：實施例1～7和對比例1～7所得磁體的磁性能及電阻率測試數據

由上述數據可以看出，添加氧化鋯片、石英片、矽酸鈣片等絕緣材料後，與不添加絕緣材料的磁體相比，其剩磁降低，矯頑力基本不變，電阻率得到大幅提高，另外，由實施例2與對比例2a的實驗數據相比較可知，添加氧化鋯片的磁體電阻率要遠高於添加氧化鋯粉的磁體電阻率。這是因為，雖然氧化鋯粉可以隔絕磁粉，但是氧化鋯粉的隔絕效果有限，磁粉間任何點的相互接觸都會導致渦流的傳導，從而降低氧化鋯粉的隔絕作用，同理，任何其他形式的絕緣材料加入到磁體當中，都起不到同片狀絕緣材料相同的技術效果；從對比例4a與對比例4b的實驗數據相比較可知，二者磁體Br相當、

Hcj提高、電阻率提高。這是因為磁粉粒度越細，晶界相越多，晶界相對渦流的阻礙越大。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。