[发明专利]高电阻率永磁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于永磁材料的制备领域，特别涉及一种高电阻率永磁合金及其制备方法。

背景技术

在当前的全球经济和环境条件下，对高效和节能的普遍关注，使得各产业领域都采用结构简单、功率因数高、起动转矩大的永磁同步电动机（PMSM）代替传统电励磁电动机。但是，由于受到磁场空间谐波和时间谐波的作用，在稀土永磁体内是存在涡流的，并且随着电机功率的提高，永磁体的体积变大，加之转子散热差，涡流损耗不但会引起较高温升，使工作效率降低，在极端情况下可能会导致永磁体失磁，从而降低电机性能。目前，基于脉宽调制（PWM）逆变器的PMSM调速方法得到了迅速发展，与正弦电压驱动相比，在PWM逆变器驱动下的PMSM中，永磁体的涡流损耗大幅度增加，这就对电机用稀土永磁体的性能提出了更高的要求。

钕铁硼永磁材料以其高磁能积、低价格和良好的加工性能在永磁同步电动机中获得了迅速的推广应用。但与铁氧体相比，它的电导率较高，基于Nd₂Fe₁₄B的大部分强磁体的主要缺点是温度稳定性差。迄今为止，烧结NdFeB磁体的室温最大磁能积的最高值是59MGOe，商业磁体的最大磁能积在48-50MGOe。然而，Nd₂Fe₁₄B的居里温度仅312℃，H_ci的反转温度系数β则达到-0.55~-0.6%/℃。因此，普通高磁能积(BH)_max、低矫顽力H_ci的Nd-Fe-B磁体仅能在低于70℃的温度下工作。部分Co替代Fe的磁体可以提高Nd₂Fe₁₄B的居里温度，但不能提高最高工作温度(T_op)，因为Co对各向异性场不利。而提高H_ci的反转温度系数β并不是提高T_op的最有效方法。提高T_op的传统方法是通过Dy替代Nd提高其室温内禀矫顽力H_ci，但是Dy的磁矩与Fe和Nd的磁矩是反向平行的，这种Nd-Dy-Fe-B磁体的饱和磁化强度M_s和最大磁能积(BH)_max不是很高。目前，典型烧结Nd-Dy-Fe-B磁体的最高工作温度T_op为200-230℃，

除了烧结，还可以通过熔融甩带前体的热压及随后的热塑性变形制备高性能各向异性Nd-Fe-B和Pr-Fe-B磁体。一些早期的报道称热变形磁体具有优良的耐热性。然而，数据显示H_ci的反转温度系数β约为-0.64%/℃。与烧结磁体直接比较显示，热变形磁体比相同的烧结磁体表现出较差的热稳定性。

对于电机用烧结NdFeB永磁体最重要的是不能引起热退磁。热退磁是不可逆退磁，即不可再充磁，不能确保原有的磁通量。因此，要从根本上解决电机用烧结钕铁硼永磁体的热退磁问题，必须减小永磁体电机的涡流损耗。

减少永磁体电机涡流损耗的途径主要有两个，一是通过电机转子设计，如分割磁体单元来减少涡流损耗。有限元分析表明对于一个单相永磁体无刷直流电机，永磁体的涡流损耗可以通过分割转子环形磁体成8个扇形体使其从75W减小到23W，如果磁体被不锈钢外壳包裹，8个扇形磁体可使永磁体涡流损失减少67%，另外，外壳的总涡流损耗却被增长了约90%，结果，总的转子涡流损耗仅减少约23％，即提高扇形磁体的数量可以减小转子涡流损耗，但是，当用金属外壳保护磁体时，此方法变的不太有效。当然，切割磁体还将大大提高制造成本。

另一个途径是通过提高永磁体的电阻率减少涡流损耗。对于永磁体转子，其涡流损耗Wm与电阻率ρ呈反比例关系，因此，可以通过磁体电阻率的变化来控制磁体中的涡流损耗。高分子粘接磁体由于粘接剂的绝缘效应具有高的电阻率，但是它们的工作温度受到高分子材料软化的限制，同时由于磁稀释效应使其最大磁能积比同类烧结磁体低好几倍。高熔点的无机纳米颗粒掺杂永磁体，不仅可以提高磁体的电阻率，同时保持其高的磁性能。

因此，开发一种高电阻率钕铁硼复合磁体，大幅度减少涡流损失，提高电机效率，减少所需能量，减少CO₂排放，同时保持电机的低成本，可用于高能效电动机和高速发动机设备，对我国的节能环保领域的高速发展具有十分重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高电阻率永磁合金及其制备方法，使永磁合金在保持原有优越磁性能的基础上，获得高电阻率。