CN103812281A - 一种节能永磁交流同步电机用复合磁体的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种节能永磁交流同步电机用复合磁体的制备工艺，该永磁体采用以下复合材料作为的永磁材料：(Nd1-xHox)y(Fe1-a-b-cZraNbbSic)zB6.5，其中x=0.05-0.08，y=10.5-11.8，a＝0.12-0.17，b=0.1-0.12，c=0.01-0.02，z=30.4-35.1该方法包括如下步骤：(1)制备永磁合金材料粉末，(2)制坯及取向，(3)烧结。本发明制备的复合磁体，采用钕铁硼为基体，采用Ho替代部分Nd，采用Zr、Nb及Si替代部分Fe，在保持成本较低的同时，提高材料的剩磁与矫顽力及耐高温性能，在制备过程中采用氢破、脱氢处理，以提高材料的各向异性，在制坯过程中，采用二次压坯工艺提高磁体的磁能积。

Description

一种节能永磁交流同步电机用复合磁体的制备工艺
所属技术领域
本发明涉一种节能永磁交流同步电机用复合磁体的制备工艺。
背景技术
随着工业化进程加速，能源问题已成为当代社会的焦点问题，节能材料的研究已经成为材料研究的一个重要方面。电机作为各类机械的重要基础部件之一，其效率高低对节约能源乃至经济的可持续发展有着重大影响。
永磁节能交流同步电机电机是由永磁体建立励磁磁场的同步电动机。它除了具有一般电磁式电动机所具备的良好的机械特性和调节特性以及调速范围宽和便于控制等特点外，还具有体积小、效率高、结构简单等优点。稀土永磁材料是永磁节能电机的核心材料，永磁节能电机要求该材料具有高矫顽力、体积小、功率高、抗冲击、温度稳定性好的特点。
钕铁硼磁性材料是80年代新发展起来的性能最好的永磁材料，目前已广泛用于电机制造。但是稀土的价格，特别是钕金属的价格不断上涨，导致钕铁硼磁性材料的价格也大幅上涨，造成用户的使用成本明显提高，对整个市场的良性发展造成了很大的冲击，因而开发低成本、高性能的新型钕铁硼磁性材料是市场发展的需要。
发明内容
本发明提供一种同于节能电机的稀土永磁体的制备方法，使用该方法制备的永磁材料，具有较高磁性能以及较低的制造成本。
为了实现上述目的，本发明提供的一种节能永磁交流同步电机用复合磁体的制备工艺，该永磁体采用以下复合材料作为的永磁材料：(Nd1-xHox)y(Fe1-a-b-cZraNbbSic)zB6.5，其中x=0.05-0.08，y=10.5-11.8，a=0.12-0.17，b=0.1-0.12，c=0.01-0.02，z=30.4-35.1该方法包括如下步骤：
(1)制备永磁合金材料粉末
按照上述配比将原料金属Nd、Ho、Zr、Fe、B、Nb和Si在约2/3大气压的氩气气氛保护下于1500-1550℃的感应炉中熔化，熔化后在1450-1500℃精炼35-40分钟，然后冷却浇铸成合金锭，然后重熔4-6次，将合金锭加入到甩带炉中，在氩气保护下于1400-1450℃的温度下的甩带炉中感应加热重熔，得到合金熔液，将该合金熔液经坩锅底部喷嘴的小孔喷射到高速旋转的水冷铜辊或钼辊表面瞬间凝固，冷却速度可达104-106K/s，形成非晶或微晶金属合金薄带；
将上述合金薄带置于氢破炉中抽真空至真空度为1Pa以下，在室温下通入氢气，保持压力在2-3×105Pa，时间在3-5h，冷却至室温，然后抽出残余氢气，开始升温脱氢，脱氢工艺采用400-500℃保温4-6h，脱氢气压低于10Pa时，脱氢结束，停止加温，冷却至室温并且控制脱氢气压，使得脱氢后氢破粉含氢量在2000-2500ppm之间，氢破后进行气流磨制磁粉；
(2)制坯及取向
将上述磁粉在气体压力为1-1.2MPa高压下经气流磨制得粒径为2-2.5μm微粉颗粒，在氩气保护氛围下，将微粉进行取向压制成型，得到毛坯，其中取向压制成型过程采用成型预压工艺，具体预压工艺为先在没有磁场的情况下将磁粉预压到密度为2.1-2.3g/cm3，再在磁场取向条件下将细粉压制成密度为3.4-3.6g/cm3，最后经过等静压处理得到磁体毛坯，取向磁场大小为2-2.5T，等静压大小为300-350MPa；
(3)烧结
将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先以5-10℃/min升温至600-650℃，保温2-3h，然后以10-15℃/min升温至1200-1250℃烧结4-5h，冷却至室温后，进行二次回火处理，得到产品。
本发明制备的复合磁体，采用钕铁硼为基体，采用Ho替代部分Nd，采用Zr、Nb及Si替代部分Fe，在保持成本较低的同时，提高材料的剩磁与矫顽力及耐高温性能，在制备过程中采用氢破、脱氢处理，以提高材料的各向异性，在制坯过程中，采用二次压坯工艺提高磁体的磁能积。
具体实施方式
实施例一
本实施例的永磁体采用以下复合材料作为的永磁材料：(Nd0.95Ho0.05)10.5(Fe0.76Zr0.12Nb0.1Si0.02)30.4B6.5。
按照上述配比将原料金属Nd、Ho、Zr、Fe、B、Nb和Si在约2/3大气压的氩气气氛保护下于1500℃的感应炉中熔化，熔化后在1450℃精炼35分钟，然后冷却浇铸成合金锭，然后重熔4次，将合金锭加入到甩带炉中，在氩气保护下于1400℃的温度下的甩带炉中感应加热重熔，得到合金熔液，将该合金熔液经坩锅底部喷嘴的小孔喷射到高速旋转的水冷铜辊或钼辊表面瞬间凝固，冷却速度可达104K/s，形成非晶或微晶金属合金薄带。
将上述合金薄带置于氢破炉中抽真空至真空度为1Pa以下，在室温下通入氢气，保持压力在2×105Pa，时间在5h，冷却至室温，然后抽出残余氢气，开始升温脱氢，脱氢工艺采用400℃保温6h，脱氢气压低于10Pa时，脱氢结束，停止加温，冷却至室温并且控制脱氢气压，使得脱氢后氢破粉含氢量在2000-2500ppm之间，氢破后进行气流磨制磁粉。
将上述磁粉在气体压力为1MPa高压下经气流磨制得粒径为2-2.5μm微粉颗粒，在氩气保护氛围下，将微粉进行取向压制成型，得到毛坯，其中取向压制成型过程采用成型预压工艺，具体预压工艺为先在没有磁场的情况下将磁粉预压到密度为2.1g/cm3，再在磁场取向条件下将细粉压制成密度为3.4g/cm3，最后经过等静压处理得到磁体毛坯，取向磁场大小为2T，等静压大小为300MPa；
将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先以5℃/min升温至600℃，保温3h，然后以10℃/min升温至1200℃烧结5h，冷却至室温后，进行二次回火处理，得到产品。
实施例二
本实施例的永磁体采用以下复合材料作为的永磁材料：(Nd0.92H00.08)11.8(Fe0.69Zr0.17Nb0.12Si0.02)35.1B6.5。
按照上述配比将原料金属Nd、Ho、Zr、Fe、B、Nb和Si在约2/3大气压的氩气气氛保护下于1550℃的感应炉中熔化，熔化后在1500℃精炼35分钟，然后冷却浇铸成合金锭，然后重熔6次，将合金锭加入到甩带炉中，在氩气保护下于1450℃的温度下的甩带炉中感应加热重熔，得到合金熔液，将该合金熔液经坩锅底部喷嘴的小孔喷射到高速旋转的水冷铜辊或钼辊表面瞬间凝固，冷却速度可达106K/s，形成非晶或微晶金属合金薄带。
将上述合金薄带置于氢破炉中抽真空至真空度为1Pa以下，在室温下通入氢气，保持压力在3×105Pa，时间在3h，冷却至室温，然后抽出残余氢气，开始升温脱氢，脱氢工艺采用500℃保温4h，脱氢气压低于10Pa时，脱氢结束，停止加温，冷却至室温并且控制脱氢气压，使得脱氢后氢破粉含氢量在2000-2500ppm之间，氢破后进行气流磨制磁粉。
将上述磁粉在气体压力为1.2MPa高压下经气流磨制得粒径为2-2.5μm微粉颗粒，在氩气保护氛围下，将微粉进行取向压制成型，得到毛坯，其中取向压制成型过程采用成型预压工艺，具体预压工艺为先在没有磁场的情况下将磁粉预压到密度为2.3f/cm3，再在磁场取向条件下将细粉压制成密度为3.6f/cm3，最后经过等静压处理得到磁体毛坯，取向磁场大小为2.5T，等静压大小为350MPa；
将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先以10℃/min升温至650℃，保温2h，然后以15℃/min升温至1250℃烧结4h，冷却至室温后，进行二次回火处理，得到产品。
比较例
稀土永磁合金成分为Fe77.1％、Nd8.5％、Co5％、Ga0.5％、Zr2.7％和B6.2％。采用中频感应熔炼，粗破碎、中破碎，然后氮气气流磨，再粉末磁场辐射取向，磁环尺寸外径30mm，内径20mm，高10mm；将毛坯间隔、合理码放，然后入炉，室温抽真空50min，采取控速方式以2.5℃/min升温；在升温过程中，在200℃保温30min，在500℃保温50min；再以5℃/min的升温速度加热到预烧温度，在真空度优于1×10-1Pa之后，在预烧温度1210℃烧结20min，然后充惰性气体并在1170℃烧结120min，再以30℃/min控速淬火至900℃，在900℃保温120min；在900℃之下，在从一温度平台向下一温度平台的冷却过程中，控制速度以1.5℃/min冷却；从500℃以1.0℃/min控速冷却到室温，最后出炉。
对相同形状和尺寸的实施例1-2及比较例的永磁体进行磁性能测试，磁性能测试利用BH仪测试，分别在25℃和100℃下进行测试，测量最大磁能积(BH)max和矫顽力。测试结果显示：在25℃时，实施例1-2的最大磁能积相对比较例提高15-25％，矫顽力相对比较例提高20％以上；在100℃时，实施例1-2的最大磁能积相对比较例提高25-28％，矫顽力相对比较例提高22％以上。

Claims (1)

1.一种节能永磁交流同步电机用复合磁体的制备工艺，该永磁体采用以下复合材料作为的永磁材料：(Nd1-xHox)y(Fe1-a-b-cZraNbbSic)zB6.5，其中x=0.05-0.08，y=10.5-11.8，a＝0.12-0.17，b=0.1-0.12，c=0.01-0.02，z=30.4-35.1该方法包括如下步骤：
(1)制备永磁合金材料粉末
按照上述配比将原料金属Nd、Ho、Zr、Fe、B、Nb和Si在约2/3大气压的氩气气氛保护下于1500-1550℃的感应炉中熔化，熔化后在1450-1500℃精炼35-40分钟，然后冷却浇铸成合金锭，然后重熔4-6次，将合金锭加入到甩带炉中，在氩气保护下于1400-1450℃的温度下的甩带炉中感应加热重熔，得到合金熔液，将该合金熔液经坩锅底部喷嘴的小孔喷射到高速旋转的水冷铜辊或钼辊表面瞬间凝固，冷却速度可达104-106K/s，形成非晶或微晶金属合金薄带；
将上述合金薄带置于氢破炉中抽真空至真空度为1Pa以下，在室温下通入氢气，保持压力在2-3×105Pa，时间在3-5h，冷却至室温，然后抽出残余氢气，开始升温脱氢，脱氢工艺采用400-500℃保温4-6h，脱氢气压低于10Pa时，脱氢结束，停止加温，冷却至室温并且控制脱氢气压，使得脱氢后氢破粉含氢量在2000-2500ppm之间，氢破后进行气流磨制磁粉；
(2)制坯及取向
将上述磁粉在气体压力为1-1.2MPa高压下经气流磨制得粒径为2-2.5μm微粉颗粒，在氩气保护氛围下，将微粉进行取向压制成型，得到毛坯，其中取向压制成型过程采用成型预压工艺，具体预压工艺为先在没有磁场的情况下将磁粉预压到密度为2.1-2.3g/cm3，再在磁场取向条件下将细粉压制成密度为3.4-3.6g/cm3，最后经过等静压处理得到磁体毛坯，取向磁场大小为2-2.5T，等静压大小为300-350MPa；
(3)烧结
将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先以5-10℃/min升温至600-650℃，保温2-3h，然后以10-15℃/min升温至1200-1250℃烧结4-5h，冷却至室温后，进行二次回火处理，得到产品。
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