一种电动机用高性能R-T-B稀土永磁体及其制备方法与流程 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术一种电动机用高性能r-t-b稀土永磁体及其制备方法技术领域1.本发明涉及一种电动机用高性能r-t-b稀土永磁体及其制备方法，属于稀土磁体领域。背景技术：2.r-t-b稀土永磁体是一种磁性能优异的永磁材料，与其他永磁材料相比具有最高的磁能积，广泛应用于现代工业。r-t-b稀土磁体高磁能积的特点能够有效实现设备的小型化，因此在电动机领域逐渐取代了其他永磁材料。3.交变磁场会在导体中引发涡流，涡流做功会产生焦耳热。r-t-b稀土永磁体的电阻率约为150μω·cm，电阻率较低，比铁氧体的电阻率低两个数量级左右，因此在电动机中工作时，在交变磁场的作用下涡流产生的焦耳热更大，导致磁体发热严重。此外，由于r-t-b磁体磁性能温度系数为负，随着磁体温度的升高磁性能会逐渐降低，导致电动机的工作效率变差。目前对于磁体使用时由于发热造成磁性能损失的解决方法主要有两种：一是通过添加重稀土元素提高磁体的矫顽力、改善磁性能温度系数；二是提高磁体的电阻率，降低其在工作时产生的热量，从而降低磁体工作时的温度。4.磁体成分中添加重稀土元素能够提高磁体的矫顽力、改善r-t-b磁体的温度系数。但由于重稀土元素与铁元素呈反铁磁性耦合，在熔炼阶段添加重稀土元素会显著降低磁体的剩磁。晶界扩散是近年来发展起来的一项新技术，采用晶界扩散的方法使重稀土元素沿着晶界向磁体内部扩散能够在剩磁微量下降的情况下显著提高磁体的矫顽力。5.通过提高磁体的电阻率可以降低涡流产生的焦耳热，降低磁体在电动机中工作时的温度，提高电动机的工作效率。cn1983471b提供了一种向磁体内部添加高电阻率颗粒物的方法来提高r-t-b磁体电阻率，但是由于该类颗粒物的加入导致磁体难以烧结致密，需要添加烧结助剂来辅助烧结。同时该颗粒物和烧结助剂的存在导致非磁性相体积分数增加，影响磁体剩磁。6.研究表明交变磁场中涡流虽然在整块磁体中都有分布，但不同区域的分布密度并不均匀。磁体的边缘处的电流密度大，产生的焦耳热相对较高，而在磁体心部电流密度较小，产生的焦耳热较低。因此通过一定的方法提高磁体表面层一定厚度的电阻率，即提高磁体中涡流密度较大区域的电阻率而不影响磁体其他区域，实现不影响磁体磁性能的条件下抑制涡流产生的焦耳热。结合重稀土元素的晶界扩散处理，提高磁体的矫顽力，有望制备电动机用高性能的r-t-b稀土永磁体。技术实现要素：7.针对r-t-b稀土永磁体电阻率低，在交变磁场的作用下涡流产生的焦耳热大，导致磁体发热严重；加之r-t-b磁体磁性能温度系数为负，随着磁体温度的升高磁性能会逐渐降低，导致电动机的工作效率变差的不足，本发明提供了一种电动机用高性能r-t-b稀土永磁体及其制备方法。8.本发明采用的技术方案是：9.一种电动机用高性能r-t-b稀土永磁体的制备方法，所述方法包括以下步骤：10.(1)在磁体基体的表面覆盖重稀土扩散源，所述磁体基体为r-t-b烧结磁体；11.(2)将覆盖扩散源的磁体进行表面氧化，在氧含量为10vol.％～70vol.％的气氛中加热到250～450℃，保温10min～50min；12.(3)表面氧化的磁体进行晶界扩散处理，扩散温度为800～1000℃，保温时间为5～25h，保温结束后冷却至200℃以下再升温进行回火处理，制得所述电动机用高性能r-t-b稀土永磁体。13.所述步骤(1)中，所述重稀土扩散源为纯重稀土元素金属、重稀土元素氢化物或重稀土元素与其他金属元素的合金；所述重稀土元素为dy和tb中的至少一种，重稀土扩散源中重稀土元素的质量含量≥20wt.％，氧含量≤5wt.％。14.进一步，所述步骤(1)中，所述r-t-b烧结磁体按以下方法制得：真空感应熔炼甩带、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结、一级高温热处理和二级低温热处理，然后经机加工成所需形状尺寸。这是本领域公知的制备r-t-b烧结磁体的方法。15.r-t-b烧结磁体，也就是ndfeb磁体，主要成分是nd、fe、b，也可以含有其他各种元素如稀土元素pr、ho、gd、dy、tb中的一种或多种，或者其他金属或非金属元素如al、cu、zn、sn、in、ti、v、co、mn、ni、ca、zr、ga、nb、mo、si等，r-t-b烧结磁体的元素组成和成分比例，可采用本领域的通用配方，配方对本技术的工艺没有影响。16.所述一级高温热处理温度为850～950℃，保温时间为2～12h，优选一级高温热处理温度为880～950℃，保温时间为3～6h；所述二级低温热处理温度为400～650℃，保温时间为2～12h，优选二级低温热处理温度为480～520℃，保温时间为3～6h。17.所述步骤(1)中，磁体基体在覆盖重稀土扩散源前，一般先进行表面处理，所述的表面处理为打磨、酸洗等方法，以去除磁体表面油污和锈斑。18.所述步骤(1)中，覆盖重稀土扩散源可采用蒸镀、磁控溅射或多弧离子镀膜等方法，将扩散源沉积到磁体基体表面，优选多弧离子镀膜法。重稀土扩散源的厚度在3μm～1mm之间，优选为5μm～25μm之间。19.所述步骤(1)中，在磁体基体垂直于取向方向的表面必须覆盖重稀土扩散源，磁体其他表面可覆盖或不覆盖重稀土扩散源，优选在磁体基体不垂直于取向方向的表面不覆盖重稀土扩散源。20.所述步骤(2)中，优选将磁体置于空气气氛中加热，进行表面氧化。21.加热方式优选采用隧道炉加热。22.所述步骤(2)中，表面氧化的温度为300～400℃；保温时间优选为15min～30min。23.所述步骤(3)中，优选扩散温度为880～1000℃；24.保温时间优选为8～20h；25.优选达到扩散温度后炉内绝对真空度应10-2～10-5pa。26.所述步骤(3)中，优选保温结束后以不低于80℃/min的冷速冷却至磁体温度低于200℃。27.所述步骤(3)中，所述回火处理是将磁体加热至400～650℃，保温2～12h。保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。28.本发明还提供上述方法制得的电动机用高性能r-t-b稀土永磁体，所述磁体由r2t14b主相和晶界富r相组成，其中距磁体涂覆扩散源的表面0～30μm深度范围内磁体晶界富r相的95vol.％(体积比)以上由稀土氧化物r-o相组成；距磁体非扩散源涂覆表面0～40μm深度范围内磁体晶界富r相的95vol.％(体积比)以上由稀土氧化物r-o相组成；距磁体表面距离大于60μm深度范围内稀土氧化物r-o相占磁体晶界富r相比例小于5vol.％(体积比)。29.所述磁体在室温(20℃)条件下距磁体表面距离＜30μm范围内磁体的电阻率ρ＞250μω·cm，距磁体表面距离＞60μm范围内磁体的电阻率ρ＜170μω·cm。30.所述磁体距表面0～40μm深度范围内的稀土氧化物r-o相中氧原子比在40～80at.％之间。31.本发明采用真空感应熔炼甩带、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结、一级高温热处理和二级低温热处理的方法制备r-t-b烧结磁体。采用机加工的方法将r-t-b烧结磁体加工成所需形状尺寸的成品磁体，成品磁体表面处理后在其表面涂覆重稀土元素晶界扩散源。随后将磁体进行表面氧化，在晶界扩散源表面形成一定厚度的氧化层。后续高温晶界扩散处理过程中重稀土元素会首先沿着磁体晶界富r相向磁体内部扩散，并在主相晶粒表明形成一层具有较高各向异性场的壳层，提高磁体的矫顽力。随着晶界扩散的进行，磁体表面的重稀土扩散源层不断消耗。在晶界扩散后期重稀土晶界扩散源表层的氧元素会向磁体内部扩散，并与磁体的晶界富r相反应，使磁体表面层一定深度范围内的晶界富r相氧化为稀土氧化物r-o相。对于未涂覆晶界扩散源的磁体表面，在磁体表面氧化处理时距磁体表面一定深度层内的晶界富r相也会与氧生成稀土氧化物r-o相。由于稀土氧化物的电阻率较高，可以显著提高距磁体表面一定深度范围内的电阻率而不影响磁体其他区域。32.本发明通过研究发现电动机工作时r-t-b磁体的涡流虽在磁体内部都有分布，但磁体不同部位的涡流的分布密度不同。磁体表层的电流密度大，而磁体心部的电流密度小。因此本发明通过增加磁体表层高电流密度区域的电阻率，减小磁体工作时热量的产生，结合重稀土元素晶界扩散提升磁体矫顽力和改善磁体的温度系数能够制备电动机用高性能r-t-b稀土永磁体，可以实现在不降低磁体晶界扩散效果的条件下降低磁体在电机工作时焦耳热的产生，减小磁体工作时温升量从而降低磁体磁性能劣化作用，提高电动机长时间工作时的效率。33.本发明在表面氧化时，使重稀土层的一部分与氧反应生成重稀土元素氧化物。在高温晶界扩散时，与磁体表面接触的未氧化的重稀土元素会沿着晶界向磁体内部扩散，并取代主相晶粒表面层的部分稀土元素，在主相晶粒表面层生成一层重稀土元素壳层。由于该壳层具有较高的各向异性场，所以可以有效的提高磁体的矫顽力并改善磁体磁性能温度系数。随着晶界扩散的进行，磁体表面层的重稀土层会不断消耗，最终被氧化的重稀土层与磁体表面接触。在晶界扩散后期，除了发生重稀土元素的晶界扩散外，氧原子也会沿着晶界向磁体内部扩散，并与磁体的晶界富r相反应生成具有高熔点、高电阻率的氧化物。稀土氧化物r-o相的电阻率显著高于金属态的晶界富r相，且主相晶粒也被高电阻率的稀土氧化物r-o相包裹，因此可以显著提高磁体表面层的电阻率，降低磁体在交变磁场中使用时产生的焦耳热，从而保证电动机工作效率。34.最终磁体表面的氧化层厚度与表面氧化温度和时间密切相关。对于涂覆晶界扩散源的磁体表面，由于扩散源的隔绝作用导致氧元素不能直接氧化磁体基体。因此磁体涂覆晶界扩散源的表面的最终氧化层厚度由晶界扩散源层的氧含量决定。而对于未涂覆晶界扩散源的磁体表面，由于不存在中间层的隔绝作用，氧元素会直接氧化磁体基体的晶界富r相，导致未涂覆晶界扩散磁体表面的氧化层深度较涂覆了晶界扩散源的表面更深。为了防止磁体的氧化层太厚而影响磁体的磁性能，需要合理的控制氧化温度和时间。氧化温度会决定磁体表面氧化速率。当温度较低时氧化速率较慢，生产效率低。当温度太高时氧化速度太快，磁体基体和晶界扩散源氧化层厚度的可控性变差。此外氧化层厚度与氧化时间也密切相关，随着氧化时间的延长晶界扩散源氧化层厚度增加，经高温晶界扩散和二级低温热处理后最终磁体表面氧化层的厚度也会增加。磁体表面氧化层的厚度并不是越厚越好，当氧化层厚度太厚时，表面氧化层所占磁体体积比增加，且会影响磁体晶界扩散和二级时效处理时的矫顽力增量。因此为了保证磁体在交变磁场中高密度涡流区的电阻率足够高，需要保证距磁体表面至少30μm的深度范围内磁体晶界富r相中的稀土氧化物r-o相占比大于95vol.％。同时为了防止过厚的氧化层对磁体的磁性能造成较大影响，距磁体表面距离大于60μm深度范围内稀土氧化物r-o相占磁体晶界富r相比例小于5vol.％(体积比)。对于未涂覆晶界扩散源的磁体表面，在磁体表面氧化阶段晶界富r相也会产生一定的氧化作用。由于不存在表面晶界扩散源层的隔离作用，氧原子的扩散速率较快，因此氧化层厚度较扩散涂覆面更厚。为了保证最终磁体的氧化层厚度要求，本发明采用的磁体表面氧化温度为250℃～450℃，保温时间为10min～50min，优选为300～400℃，保温时间为15min～30min。35.此外，磁体表面氧化过程需要氧元素的参与，因此对气氛中的氧含量也有一定的要求。为了有合适的氧化效果，本发明通过大量实验发现，气氛中的氧含量需要为10vol.％～70vol.％，优选采用空气作为表面氧化气氛。36.在晶界扩散前期，为了使重稀土元素能够有效的向磁体内部扩散，需要保证磁体有足够的熔融晶界相。因此需要保证在扩散前期磁体表层的晶界富r相不被过度氧化，所以在本发明中需要控制晶界扩散源的氧含量，使重稀土元素扩散源中的氧含量≤5wt.％。37.磁体晶界扩散过程存在各向异性，即沿着磁体取向方向的扩散速率较高，而沿垂直于磁体取向方向的晶界扩散速率较低。因此在本发明中，为了保证晶界扩散后磁体的矫顽力增量，垂直于磁体取向方向的表面必须涂覆晶界扩散源。此外磁体其他表面涂覆晶界扩散层会提升磁体的矫顽力，同时也会提高最终磁体表面氧化层厚度的均匀性。但由于晶界扩散的各向异性，其他表面涂覆晶界扩散源后在晶界扩散过程中容易诱发体扩散，导致磁体剩磁降低量增加，同时材料成本也明显上升，因此在本发明中优选磁体其他表面不沉积晶界扩散源层。38.本发明的有益效果在于：采用表面氧化的方法提高磁体表面层一定厚度的电阻率，即提高磁体中涡流密度较大区域的电阻率，而不影响磁体其他区域，实现不影响磁体磁性能的条件下抑制涡流产生的焦耳热。同时采用重稀土元素的晶界扩散处理，提高磁体的矫顽力。将提高磁体矫顽力、改善磁性能温度系数和降低磁体工作时的发热量结合起来，从而制备电动机用高性能r-t-b稀土永磁体，提高电动机的工作效率。附图说明39.图1为传统r-t-b磁体在交变磁场中不同部位的涡流和损耗分布图。40.图2为四探针法测试磁体表面电阻率示意图。41.图3(a)、(b)和(c)分别为实验no.2、实验no.5和实验no.8磁体距扩散源涂覆面一定深度范围内的sem显微组织图。42.图4实验no.1～实验no.8磁体距涂覆扩散源的表面不同深度范围内稀土氧化物r-o相占晶界富r相比例曲线图。43.图5实验no.1～实验no.8磁体在交变磁场中不同时间的温度增量曲线图。44.图6(a)、(b)和(c)分别为实验no.9、实验no.10和实验no.13磁体距扩散源涂覆面一定深度范围内的sem显微组织图。45.图7实验no.9～实验no.13磁体距涂覆扩散源的表面不同深度范围内稀土氧化物r-o相占晶界富r相比例曲线图。46.图8实验no.9～实验no.13磁体在交变磁场中不同时间的温度增量曲线图。47.图9(a)和(b)分别为实验no.14和实验no.15磁体未经过高温晶界扩散处理距磁体表面一定深度范围内的sem显微组织图。48.图10为实验no.16～实验no.22磁体距涂覆扩散源的表面不同深度范围内稀土氧化物r-o相占晶界富r相比例曲线图。具体实施方式49.下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。50.将原材料按照一定比例配比后采用真空感应熔炼甩带、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结制备烧结磁体。51.烧结磁体在850～950℃进行2～12h的一级高温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。然后在400～650℃进行2～12h的二级低温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。52.采用机加工的方法将二级低温热处理后的磁体加工成所需形状尺寸的成品磁体。采用表面打磨、酸洗等方法去除成品磁体表面油污和锈斑后采用蒸镀、磁控溅射或多弧离子镀膜的方式在磁体表面沉积厚度3μm～1mm的重稀土元素扩散源层，扩散源层厚度优选为5～25μm之间。磁体垂直于取向方向的表面必须沉积重稀土元素晶界扩散源，磁体其他表面优选为不沉积重稀土元素晶界扩散源。53.将表面沉积重稀土元素扩散源层的磁体在空气中加热到250～450℃保温10min～50min，优选采用隧道炉进行加热。54.将经过表面氧化的磁体置于真空烧结炉中加热至800～1000℃，进行高温晶界扩散。达到最高温度后炉内真空度应高于10-2pa，保温5～25h。保温结束后以不低于80℃/min的冷速冷却至磁体温度低于200℃。随后将磁体加热至400～650℃，保温2～12h。保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。55.采用喷砂工艺对最终磁体进行表面处理，去除磁体表面残余的扩散源层。采用nim磁性测试设备测量磁体磁性能，采用sem观察磁体显微组织，采用icp分析磁体成分，采用epma分析磁体微观成分。采用四探针法测试磁体表面电阻率，然后采用砂纸打磨磁体，将磁体表面磨掉60μm后再次测试磁体表面电阻率。磁体充磁饱和后把磁体表面包裹隔热材料后置于线圈中，以2000hz的频率向磁体施加8.5ka/m强度的交变磁场。使用附于磁体的热电偶测量磁体单位时间的温度上升量。56.实施例一：57.将成分为nd22.5pr7.5b0.95ga0.1co0.5cu0.1zr0.2fe68.15(质量比)配料后采用真空感应熔炼甩带、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结制备烧结磁体。58.烧结磁体在880℃进行3h的一级高温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。然后在520℃进行3h的二级低温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。59.采用机加工的方法将二级低温热处理后的磁体加工成长×宽×厚为60mm×50mm×10mm的成品磁体，其中厚度方向为磁体取向方向。采用表面打磨去除成品磁体表面油污和锈斑后采用多弧离子镀膜的方式在磁体垂直于取向方向的两个表面沉积厚度10μm的纯tb扩散源层，其他表面不沉积重稀土元素扩散源。60.将表面沉积重稀土元素扩散源层的磁体在空气气氛的隧道炉中加热至不同温度，保温30min，随后空冷。61.将表面氧化的磁体置于真空烧结炉中加热至910℃，进行高温晶界扩散。达到最高温度后炉内绝对真空度为10-2pa～10-4pa，保温10h。保温结束后以不低于80℃/min的冷速冷却至磁体温度低于200℃。随后将磁体加热至520℃，保温3h。保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。62.采用喷砂工艺对最终磁体进行表面处理，去除磁体表面剩余的扩散源层。采用nim磁性测试设备测量磁体磁性能，采用sem观察磁体显微组织，采用icp分析磁体成分，采用epma分析磁体微观成分。采用四探针法测试磁体表面电阻率，四探针法测试磁体表面电阻率的示意图如图2所示，然后采用砂纸打磨磁体，将磁体表面磨掉60μm后再次测试磁体表面电阻率。磁体充磁饱和后把磁体表面包裹隔热材料后置于线圈中，以2000hz的频率向磁体施加8.5ka/m强度的交变磁场。使用附于磁体的热电偶在1h内每隔10min测量一次磁体温度上升量。63.采用maxwell软件模拟传统钕铁硼磁体在交变磁体中的涡流和损耗分布，如图1所示。可以发现在交变磁场中电流主要集中在磁体表面层，导致磁体表面层的损耗增加，温升量增大。64.实验no.1～实验no.8磁体不同表面氧化温度、最终磁体tb含量、磁体室温(20℃)磁性能如表1所示：65.表166.实验no.表面氧化温度/℃tb含量(wt.％)br(kgs)hcj(koe)1不氧化0.2314.3120.5921000.2314.3120.5832000.2214.3020.5443000.2214.3120.5253500.2114.3120.5364000.2114.2920.5175000.1814.3218.3887000.1414.3417.9667.从表1数据可知，当磁体不经过表面氧化处理或氧化温度较低(400℃以下)时，磁体br基本相同，实验1的矫顽力略高于本发明磁体。但当表面氧化温度太高时，由于重稀土扩散源的氧化层厚度太厚，导致重稀土元素tb扩散困难，因此最终磁体中的tb元素含量较低，矫顽力增量也降低。68.实验no.2、实验no.5和实验no.8磁体距扩散源涂覆面一定深度范围内的sem显微组织图分别如图3(a)、(b)和(c)所示，可以看出，当磁体表面氧化温度较低时，距磁体表面层30μm的深度范围内晶界富r相中存在的稀土氧化物r-o相较少。当氧化温度在本发明推荐范围内(250～450℃)时，从实验no.5磁体的显微组织则可以看出，距磁体表面层30μm深度范围内晶界富r中存在较多的稀土氧化物r-o相。当氧化温度过高时(如实验no.8)磁体稀土氧化物r-o相的生成量增大，在距磁体扩散源涂覆面60μm深度处仍能观察到大量的稀土氧化物r-o相。69.实验no.1～实验no.8磁体距涂覆扩散源的表面不同深度范围内稀土氧化物r-o相占晶界富r相比例曲线图如图4所示，图4可以看出，当磁体不氧化或氧化温度较低时，仅在距磁体涂覆扩散源的表面0～5μm范围内存在少量的稀土氧化物r-o相。当氧化温度在250～450℃时，稀土氧化物r-o相主要集中在磁体表面30μm深度范围内，当距离超过60μm时稀土氧化物r-o相占晶界富r相的比例小于5vol.％。70.采用同样的方法测试距磁体非扩散源涂覆表面一定深度范围内的稀土氧化物r-o相占比以及磁体的氧含量，发现稀土氧化物r-o相的分布规律与上述磁体涂覆扩散源的表面相同。当氧化温度在250～450℃时，稀土氧化物r-o相主要集中在距磁体表面40μm深度范围内，当距离超过60μm时稀土氧化物r-o相占晶界富r相的比例小于5vol.％。71.从不同实验组磁体距涂覆扩散源的表面一定深度范围内晶界富r相中稀土氧化物r-o相占比可以看出，当氧化温度太高时，磁体表面氧化层的厚度明显增加。从磁体晶界富r相中的r-o稀土氧化物占比可知，实验no.8磁体经过700℃氧化30min后在距磁体涂覆扩散源的表面60～70μm范围内稀土氧化物r-o相占晶界富r相的比例仍超过80vol.％。因此在本发明中应该控制氧化温度在250～450℃范围内。72.采用epma分析磁体稀土氧化物r-o相可知，其成分为稀土元素和氧元素，且氧原子的所占原子比在40at.％～80at.％之间，可见磁体表面氧化层晶界富r相主要为稀土元素的氧化物。73.采用四探针法测量磁体的表面电阻率，然后采用砂纸将磁体各表面都磨掉60μm后再次测试磁体的表面电阻率，结果如表2所示。74.表275.实验no.磁体表面电阻/μω·cm表面磨掉60μm后表面电阻率/μω·cm1171162218216331941614264162526816362671617268246826925276.从表2可以看出，对于未经过表面氧化或表面氧化温度较低的磁体，磁体的表面电阻率和磁体表面磨掉60μm后的表面电阻率基本相同。而当表面氧化温度处理本发明的范围内时(实验no.4、5、6)，磁体的表面电阻率显著升高，电阻率值均大于250μω·cm。此外随着氧化温度的升高并不能进一步提高磁体的表面电阻率，磁体表面电阻的升高主要来源于磁体表面晶界富r相与氧反应生成稀土氧化物r-o相。当磁体表面层的晶界富r相全部氧化后，进一步提高温度并不会改变表面层的电阻率，仅仅会增大高电阻率区间的深度。从磁体表面磨掉60μm后的表面电阻率数据可以看出，氧化温度处于本发明推荐范围内(250～450℃)时，距磁体表面深度60μm处磁体的电阻率基本与未经过表面氧化的磁体电阻率相同。说明当距磁体表面距离超过60μm后磁体晶界富r相中基本不存在稀土氧化物r-o相，电阻率也因此明显降低。77.当磁体表面氧化温度较高时(如实验no.7和实验no.8)，当磁体表面磨掉60μm后其表面电阻率仍处于较高水平，说明经过高温氧化后磁体的氧化层厚度明显增加。78.实验no.1～实验no.8磁体在交变磁场中不同时间的温度增量如图5所示，从图5可以看出，对于不经过表面氧化或表面氧化温度较低的磁体，其表面电阻率较低，在交变磁场中的感应涡流更大，因此产生的热量越高。而对于当氧化温度在本发明推荐范围内(250～450℃)时，由于磁体表面层有较厚的氧化层，电阻率增大，因此磁体表面高电流密度区产生的焦耳热较低，经过一段时间后磁体的温度增量也较低。由于磁体表面高电流密度区域的厚度有限，因此磁体表层的氧化层厚度也不需要太厚。从实验no.7和实验no.8磁体的温度增量可以看出，与本发明的磁体相比当氧化层太厚时，磁体的温度增量并没有发生显著变化，但磁体的磁性能却劣化严重，因此在本发明中需要控制磁体的氧化层厚度。79.磁体经过交变磁场测试后的磁损如表3所示，可以看出通过提高磁体表面层的电阻率抑制磁体温度升高和重稀土元素晶界扩散的综合作用下，本发明的磁体在交变磁场中处理后的磁损明显降低。80.表381.实验no.12345678磁损(％)5.815.715.680.850.830.820.820.8182.钕铁硼磁体由于电阻率较低，在交变磁场中磁体表面产生的涡流更大，因此会产生更多的焦耳热。此外由于r-t-b稀土永磁体磁性能温度系数为负，当温度升高时磁体的磁性能会劣化，导致电动机的工作效率降低。83.本发明通过重稀土元素的晶界扩散提高磁体的矫顽力、改善磁体磁性能温度系数。通过调控磁体的氧化工艺可以控制磁体表面氧化层厚度，在保证磁体磁性能不受影响的情况下在磁体表面高电流密度区生成一定厚度氧化层，通过提高磁体高电流密度区的电阻率降低磁体在交变磁场中产生的焦耳热，从而保证磁体在电动机中的工作效率。但氧化层厚度并不是越厚越好，当磁体表面氧化层厚度太厚时，不但对抑制磁体在交变磁场中的温度上升的效果有限，同时还会劣化磁体的磁性能。因此在本发明中需要将磁体的表面氧化温度控制在250～450℃之间。84.实施例二：85.将成分为nd22.5pr7.5b0.95ga0.1co0.5cu0.1zr0.2fe68.15(质量比)配料后采用真空感应熔炼甩带、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结制备烧结磁体。86.烧结磁体在880℃进行3h的一级高温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。然后在520℃进行3h的二级低温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。87.采用机加工的方法将二级低温热处理后的磁体加工成长×宽×厚为60mm×50mm×10mm的成品磁体，其中厚度方向为磁体取向方向。采用表面打磨去除成品磁体表面油污和锈斑后采用多弧离子镀膜的方式在磁体垂直于取向方向的两个表面沉积厚度10μm的纯tb扩散源层，其他表面不沉积重稀土元素扩散源。88.将表面沉积重稀土元素扩散源层的磁体在空气气氛的隧道炉中加热至350℃温度，保温不同时间，随后空冷。89.将表面氧化的磁体置于真空烧结炉中加热至910℃，进行高温晶界扩散。达到最高温度后炉内绝对真空度为10-2pa～10-5pa，保温10h。保温结束后以不低于80℃/min的冷速冷却至磁体温度低于200℃。随后将磁体加热至520℃，保温3h。保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。90.采用喷砂工艺对最终磁体进行表面处理，去除磁体表面剩余的扩散源层。采用nim磁性测试设备测量磁体磁性能，采用sem观察磁体显微组织，采用icp分析磁体成分，采用epma分析磁体微观成分。采用四探针法测试磁体表面电阻率，然后采用砂纸打磨磁体，将磁体表面磨掉60μm后再次测试磁体表面电阻率。磁体充磁饱和后把磁体表面包裹隔热材料后置于线圈中，以2000hz的频率向磁体施加8.5ka/m强度的交变磁场。使用附于磁体的热电偶在1h内每隔10min测量一次磁体温度上升量。91.实验no.9～实验no.13磁体不同表面氧化时间、最终磁体tb含量、磁体室温(20℃)磁性能如表4所示：92.表493.实验no.表面氧化时间/mintb含量(wt.％)br(kgs)hcj(koe)950.2214.3220.5910150.2214.3220.5811300.2114.3020.5412600.1714.3318.75131200.1514.3517.2894.从表4数据可知，当磁体表面氧化时间在本发明推荐范围内(10min～50min)时，磁体的磁性能与表面氧化时间较短的磁体基本相同。但当表面氧化时间太长时，由于重稀土扩散源氧化层厚度太厚，导致重稀土元素tb扩散困难，因此最终磁体中的tb元素含量较低，矫顽力增量也相应降低。95.实验no.9、实验no.10和实验no.13磁体距涂覆扩散源的表面一定深度范围内的sem显微组织图分别如图6(a)、(b)和(c)所示，可以看出，当表面氧化时间较短时，距磁体表面层30μm的深度范围内晶界富r相中存在的稀土氧化物r-o相较少。当氧化时间在本发明推荐范围内时，从实验no.10磁体的显微组织可以看出，距磁体表面层30μm深度范围内晶界富r中存在较多的稀土氧化物r-o相。当氧化时间太长时，如实验no.13磁体稀土氧化物r-o相的生成量增大，在距磁体涂覆扩散源的表面60μm深度处仍能观察到大量的稀土氧化物r-o相。96.实验no.9～实验no.13磁体距涂覆扩散源表面不同深度范围内稀土氧化物r-o相占晶界富r相比例曲线图如图7所示，可以看出，磁体氧化时间较短时，仅在距磁体涂覆扩散源的表面0～5μm范围内存在少量的稀土氧化物r-o相。当氧化时间在本发明推荐范围内(10min～50min)时，稀土氧化物r-o相主要集中在磁体表面30μm深度范围内，当距离超过60μm时稀土氧化物r-o相占晶界富r相的比例小于5vol.％。采用同样的方法测试距磁体非扩散源涂覆表面一定深度范围内的稀土氧化物r-o相占比以及磁体的氧含量，发现稀土氧化物r-o相的分布规律与上述磁体涂覆扩散源的表面相同。当氧化时间在本发明推荐范围内(10min～50min)时，稀土氧化物r-o相主要集中在距磁体表面40μm深度范围内，当距离超过60μm时稀土氧化物r-o相占晶界富r相的比例小于5vol.％。97.当氧化时间过长时，磁体表面氧化层的厚度明显增加。从磁体晶界富r相中的r-o稀土氧化物占比可知，实验no.13磁体经过350℃氧化120min后在距磁体涂覆扩散源的表面60～70μm范围内稀土氧化物r-o相占晶界富r相的比例仍超过80vol.％。因此在本发明中表面氧化温度为250～450℃之间时，氧化时间应控制在10～50min范围内。98.采用epma分析磁体稀土氧化物r-o相可知，其成分为稀土元素和氧元素，且氧原子的所占原子比在40～80at.％之间，可见磁体表面氧化层晶界富r相主要为稀土元素的氧化物。99.采用四探针法测量磁体的表面电阻率，然后采用砂纸将磁体各表面都磨掉60μm后再次测试磁体的表面电阻率，结果如表5所示。100.表5101.实验no.磁体表面电阻/μω·cm表面磨掉60μm后表面电阻率/μω·cm916816510265164112671651226523813267249102.从表5可以看出，对于表面氧化时间太短的磁体，磁体的表面电阻率和磁体表面磨掉60μm后的表面电阻率基本相同。而当表面氧化时间在本发明推荐范围内(10min～50min)时，磁体的表面电阻率显著升高，电阻率值均大于250μω·cm。此外随着氧化时间的延长并不能进一步提高磁体的表面电阻率，磁体表面电阻的升高主要来源于磁体表面晶界富r相与氧反应生成稀土氧化物r-o相。当磁体表面层的晶界富r相全部氧化后，进一步延长时间并不会改变表面层的电阻率，仅仅会增大高电阻率区间的深度。从磁体表面磨掉60μm后的表面电阻率数据可以看出，氧化时间处于本发明推荐范围内(10min～50min)时，距磁体表面深度60μm处磁体的电阻率基本与氧化时间较短磁体的电阻率相同。说明当距磁体表面距离超过60μm后磁体晶界富r相中基本不存在稀土氧化物r-o相，电阻率也因此明显降低。103.当磁体表面氧化时间较长时(如实验no.12和实验no.13)，当磁体表面磨掉60μm后其表面电阻率仍处于较高水平，说明经过长时间氧化后磁体的氧化层厚度明显增加。104.实验no.9～实验no.13磁体在交变磁场中不同时间的温度增量曲线图如图8所示，可以看出，对于表面氧化时间较短的磁体，其表面电阻率较低，在交变磁场中的感应涡流更大，因此产生的热量越高。而当氧化时间在本发明推荐范围内(10min～50min)时，由于磁体表面层有较厚的氧化层，电阻率增大，因此磁体表面高电流密度区产生的焦耳热较低，经过一段时间后磁体的温度增量也较低。由于磁体表面高电流密度区域的厚度有限，因此磁体表层的氧化层厚度也不需要太厚。从实验no.12和实验no.13磁体的温度增量可以看出，与本发明的磁体相比当氧化层太厚时，磁体的温度增量并没有发生显著变化，但磁体的磁性能却劣化严重，因此在本发明中需要通过控制氧化时间来控制磁体的氧化层厚度。105.磁体经过交变磁场测试后的磁损如表6所示，可以看出通过提高磁体表面层的电阻率抑制磁体温度升高和重稀土元素晶界扩散的综合作用下，本发明的磁体在交变磁场中处理后的磁损明显降低。106.表6107.实验no.910111213磁损(％)5.850.850.830.810.81108.为了保证磁体在交变磁场中使用过程中高电流区域具有较高的电阻率，本发明采用了磁体表面氧化的方式在磁体表面层形成高电阻率区域，降低在交变磁场中使用时产生的焦耳热。当时氧化层的厚度并不是越厚越好，随着氧化层厚度的增加会影响重稀土元素的晶界扩散效果，因此在本发明中，当表面氧化温度在250～450℃之间时，表面氧化时间需要控制在10～50min范围内。109.实施例三：110.将成分为nd22.5pr7.5b0.95ga0.1co0.5cu0.1zr0.2fe68.15(质量比)配料后采用真空感应熔炼甩带、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结制备烧结磁体。111.烧结磁体在880℃进行3h的一级高温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。然后在520℃进行3h的二级低温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。112.采用机加工的方法将二级低温热处理后的磁体加工成长×宽×厚为60mm×50mm×10mm的成品磁体，其中厚度方向为磁体取向方向。采用表面打磨去除成品磁体表面油污和锈斑。113.实验no.14磁体首先在空气气氛的隧道炉中加热至350℃温度，保温30min，冷却后采用多弧离子镀膜的方式在磁体垂直于取向方向的两个表面沉积厚度10μm的纯tb扩散源层，其他表面不沉积重稀土元素扩散源。实验no.15磁体用多弧离子镀膜的方式在磁体垂直于取向方向的两个表面沉积厚度10μm的纯tb扩散源层，其他表面不沉积重稀土元素扩散源，然后在空气气氛的隧道炉中加热至350℃温度，保温30min，随后空冷。114.将表面氧化的磁体置于真空烧结炉中加热至910℃，进行高温晶界扩散。达到最高温度后炉内绝对真空度为10-2pa～10-4pa，保温10h。保温结束后以不低于80℃/min的冷速冷却至磁体温度低于200℃。随后将磁体加热至520℃，保温3h。保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。115.采用喷砂工艺对最终磁体进行表面处理，去除磁体表面剩余的扩散源层。采用nim磁性测试设备测量磁体磁性能，采用sem观察磁体显微组织，采用icp分析磁体成分。116.实验no.14和实验no.15磁体最终tb含量、磁体室温(20℃)磁性能如表7所示：117.表7118.实验no.tb含量(wt.％)br(kgs)hcj(koe)140.1114.3515.52150.2214.3020.63119.从表7实验数据可知，当改变磁体表面氧化和重稀土元素扩散源沉积的顺序后磁体的磁性能出现显著差别。对于先沉积重稀土元素扩散然后进行表面氧化的磁体，最终磁体中tb含量和磁体的磁性能都较高。而当采用先进行磁体表面氧化，随后再进行重稀土元素扩散源沉积的磁体，最终磁体的tb含量和磁性能都较低。120.实验no.14和实验no.15磁体未经过高温晶界扩散处理距磁体表面一定深度范围内的sem显微组织图分别如图9(a)和(b)所示，可以看出，当磁体表面沉积重稀土元素扩散源层再进行表面氧化，在高温晶界扩散前氧元素主要集中在重稀土扩散源层外层。121.当磁体先进行表面氧化，然后再沉积扩散源时，氧元素主要集中在磁体表层。在随后的高温晶界扩散过程中，磁体表面的氧元素会首先将磁体表层的晶界富r相氧化，阻止重稀土元素的扩散。因此当磁体首先进行表面氧化时最终磁体的tb含量会明显降低，磁体的磁性能也明显降低。因此在本发明中磁体需要首先沉积重稀土元素扩散源，然后再进行表面氧化。122.实施例四：123.将成分为nd22.5pr7.5b0.95ga0.1co0.5cu0.1zr0.2fe68.15(质量比)配料后采用真空感应熔炼甩带、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结制备烧结磁体。124.烧结磁体在880℃进行3h的一级高温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。然后在520℃进行3h的二级低温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。125.采用机加工的方法将二级低温热处理后的磁体加工成长×宽×厚为60mm×50mm×10mm的成品磁体，其中厚度方向为磁体取向方向。采用表面打磨去除成品磁体表面油污和锈斑后采用多弧离子镀膜的方式在磁体垂直于取向方向的两个表面沉积厚度10μm的纯tb扩散源层，其他表面不沉积重稀土元素扩散源。126.将表面沉积重稀土元素扩散源层的磁体在不同气氛的隧道炉中加热至350℃温度，保温30min，随后空冷。127.将表面氧化的磁体置于真空烧结炉中加热至910℃，进行高温晶界扩散。达到最高温度后炉内绝对真空度为10-2pa～10-4pa，保温10h。保温结束后以不低于80℃/min的冷速冷却至磁体温度低于200℃。随后将磁体加热至520℃，保温3h。保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。128.采用喷砂工艺对最终磁体进行表面处理，去除磁体表面剩余的扩散源层。采用nim磁性测试设备测量磁体磁性能，采用sem观察磁体显微组织，采用icp分析磁体成分，采用epma分析磁体微观成分。129.实验no.16～实验no.22磁体不同表面氧化气氛、最终磁体tb含量、磁体室温(20℃)磁性能如表8所示：130.表8131.实验no.氧化气氛tb含量(wt.％)br(kgs)hcj(koe)16空气0.2114.3020.5417氩气(ar)0.2214.3120.65185vol.％o2+95vol.％ar0.2214.3220.631910vol.％o2+90vol.％ar0.2114.3120.542040vol.％o2+60vol.％ar0.2114.3020.442170vol.％o2+30vol.％ar0.2014.2920.312280vol.％o2+20vol.％ar0.1614.3417.65132.从表8实验数据可以看出，当磁体表面氧化气氛的氧含量大于80vol.％时，经高温晶界扩散后磁体的tb含量较低，最终磁性能也较低。133.实验no.16～实验no.22磁体距涂覆扩散源表面不同深度范围内稀土氧化物r-o相占晶界富r相比例曲线图如图10所示，可以看出，表面氧化气氛中不存在氧元素时，最终磁体表面基本不存在氧化层。当磁体表面氧化气氛的氧含量小于10vol.％时，仅在距磁体涂覆扩散源的表面0～5μm范围内存在少量的稀土氧化物r-o相。而当表面氧化气氛的氧含量在本发明推荐范围内(10vol.％～70vol.％)时，稀土氧化物r-o相主要集中在磁体表面30μm深度范围内，当距离超过60μm时稀土氧化物r-o相占晶界富r相的比例小于5vol.％。采用同样的方法测试距磁体非扩散源涂覆表面一定深度范围内的稀土氧化物r-o相占比以及磁体的氧含量，发现稀土氧化物r-o相的分布规律与上述磁体涂覆扩散源的表面类似。当表面氧化气氛的氧含量在本发明推荐范围内(10vol.％～70vol.％)时，稀土氧化物r-o相主要集中在距磁体表面40μm深度范围内，当距离超过60μm时稀土氧化物r-o相占晶界富r相的比例小于5vol.％。134.当磁体表面氧化气氛中氧元素含量超过70vol.％时，磁体表面氧化层的厚度明显增加。从磁体晶界富r相中的r-o稀土氧化物占比可知，实验no.22磁体在80vol.％o2气氛中经过350℃氧化30min后在距磁体涂覆扩散源的表面60～70μm范围内稀土氧化物r-o相占晶界富r相的比例仍超过80vol.％。因此在本发明中氧化气氛的氧含量应控制在10vol.％～70vol.％范围内。135.实施例五：136.将成分为nd22.5pr7.5b0.95ga0.1co0.5cu0.1zr0.2fe68.15(质量比)配料后采用真空感应熔炼甩带、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结制备烧结磁体。137.烧结磁体在880℃进行3h的一级高温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。然后在520℃进行3h的二级低温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。138.采用机加工的方法将二级低温热处理后的磁体加工成长×宽×厚为60mm×50mm×10mm的成品磁体，其中厚度方向为磁体取向方向。采用表面打磨去除成品磁体表面油污和锈斑后采用多弧离子镀膜的方式在磁体垂直于取向方向的两个表面沉积厚度10μm的不同的重稀土扩散源层，其他表面不沉积重稀土元素扩散源。139.将表面沉积重稀土元素扩散源层的磁体在空气气氛的隧道炉中加热至350℃，保温30min，随后空冷。140.将表面氧化的磁体置于真空烧结炉中加热至910℃，进行高温晶界扩散。达到最高温度后炉内绝对真空度为10-2pa～10-4pa，保温10h。保温结束后以不低于80℃/min的冷速冷却至磁体温度低于200℃。随后将磁体加热至520℃，保温3h。保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。141.采用喷砂工艺对最终磁体进行表面处理，去除磁体表面剩余的扩散源层。采用nim磁性测试设备测量磁体磁性能，采用sem观察磁体显微组织，采用icp分析磁体成分。142.实验no.23～实验no.26磁体不同扩散源成分、最终磁体tb含量、磁体室温(20℃)磁性能如表9所示：143.表9144.实验no.扩散源成分tb含量(wt.％)br(kgs)hcj(koe)23纯tb0.2214.3020.6024氧含量为1wt.％的tb0.2214.2920.5825氧含量为5wt.％的tb0.2114.3120.5426氧含量为20wt.％的tb0.1614.3417.52145.从表9数据可以看出，当扩散源中的氧含量超过5wt.％时，最终磁体中的tb含量明显降低，最终磁性能也较低。146.晶界扩散时为了使重稀土元素能够有效的向磁体内部扩散，需要保证磁体有足够的熔融晶界相。因此在晶界扩散前期需要保证磁体表面的晶界富r相不被过度氧化。当晶界扩散源中的氧含量较高时，在晶界扩散前期扩散源中的氧元素就会与磁体的晶界富r相反应生成稀土氧化物r-o相，阻碍重稀土元素的晶界扩散效率，降低磁体的矫顽力增量。因此在本发明中需要控制晶界扩散源中的氧含量，保证重稀土元素扩散源中的氧含量≤5wt.％。147.实施例六：148.将成分为nd23pr7dy0.5b0.95al0.45co0.6cu0.15ga0.1zr0.1fe67.15(质量比)配料后采用真空感应熔炼甩带、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结制备烧结磁体。149.烧结磁体在900℃进行3h的一级高温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。然后在500℃进行3h的二级低温热处理，保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。150.采用机加工的方法将二级低温热处理后的磁体加工成长×宽×厚为60mm×50mm×10mm的成品磁体，其中厚度方向为磁体取向方向。采用表面打磨去除成品磁体表面油污和锈斑后采用多弧离子镀膜的方式在磁体垂直于取向方向的两个表面沉积厚度10μm的纯tb扩散源层，其他表面不沉积重稀土元素扩散源。151.实验no.27磁体将表面沉积重稀土元素扩散源层的磁体在空气气氛的隧道炉中加热至350℃，保温30min，随后空冷。152.实验no.28磁体不经过表面氧化步骤，直接进行晶界扩散。153.将磁体置于真空烧结炉中加热至910℃，进行高温晶界扩散。达到最高温度后炉内绝对真空度为10-2pa～10-4pa，保温10h。保温结束后以不低于80℃/min的冷速冷却至磁体温度低于200℃。随后将磁体加热至520℃，保温3h。保温完成后以不低于80℃/min的冷速冷却至低于200℃。154.采用喷砂工艺对最终磁体进行表面处理，去除磁体表面剩余的扩散源层。采用nim磁性测试设备测量磁体磁磁性能，磁体充磁饱和后把磁体表面包裹隔热材料后置于线圈中，以2000hz的频率向磁体施加8.5ka/m强度的交变磁场。1h后测量磁体的磁损，结果如表10所示：155.表10156.实验no.2728磁损(％)0.724.51157.本发明采用磁体表面氧化的方式在磁体表面层形成高电阻率区域，降低在交变磁场中使用时产生的焦耳热。因此可以显著降低磁体在高频条件使用后的磁损，保证磁体在电动机中的工作效率。









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