一种永磁合金复合材料电机转子的制作方法

文档序号:37940578发布日期:2024-05-11 00:19阅读:15来源:国知局

本发明涉及电极转子,具体涉及一种永磁合金复合材料电机转子。


背景技术:

1、近年来,随着电动汽车、可再生能源和智能制造等领域的迅速发展,对电机性能的需求日益增加。电机转子作为电机的核心部件,其材料的选择对电机的性能至关重要。高性能的转子材料应具备良好的磁导性、机械强度和导热性能,以确保在高速旋转和高温环境下能够稳定工作。永磁合金由于其独特的磁性质和机械性能,在电机转子领域引起了广泛关注。

2、永磁合金是一类具有卓越磁性能的材料,其研究背景横跨多个学科领域,包括材料科学、电磁学、电机工程和能源科学。由于永磁合金是一类具有高磁性和高强度的材料,常用于电机转子中,以提高电机性能。钕铁硼(ndfeb)和钴磁体(smco)等稀土永磁合金因其卓越的磁性能而引起广泛关注。这些合金具有高磁能积、良好的磁饱和度和矫顽力,使其在电机、传感器和各种高科技应用中得到广泛应用。

3、永磁合金的高磁导率和高磁饱和磁感应强度使其成为理想的永磁材料。相较于传统的永磁材料,如钕铁硼,永磁合金可以在较低的磁场下获得更高的磁感应强度,从而提高电机的磁能转换效率。这对于电机的功率密度和能效的提升具有显著的潜力。永磁合金的优异热稳定性和耐腐蚀性使其适用于高温和恶劣环境下的电机应用。在电机工作时,转子可能会受到高温和湿度等因素的影响,而永磁合金可以在这些条件下表现出色,有助于提高电机的稳定性和寿命。

4、中国发明(申请号:201510239195.x)公开了钕铁硼永磁材料及直流电机转子的制造方法,所述钕铁硼永磁材料,由以下原料组成:在粘结钕铁硼磁粉中加入粘结剂、尼龙、偶联剂、润滑剂、增韧剂,所述粘结钕铁硼磁粉、粘结剂、尼龙、偶联剂、润滑剂、增韧剂。有效解决了生产效率低、易老化的问题,但是依然也存在一些缺点:比如该材料的磁性不够、容易磨损等,本发明就是针对以上缺点对制备工艺以及合成过程进行改进,以满足具体应用中的要求。


技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足,本发明提供了一种永磁合金复合材料电机转子。

2、为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种永磁合金复合材料电机转子,包括如下组分:40-60重量份钕铁硼磁粉、0.3-1重量份纳米氧化钇、0.3-1重量份碳黑、0.5-3重量份聚酰胺、2-6重量份润滑剂。

3、所述润滑剂为磁性合金、耐腐蚀磁性合金中至少一种。

4、钕铁硼(ndfeb)永磁材料具有出色的磁性能,但也存在一些缺点,在使用过程中磁性会衰减,耐腐蚀性能极差,原因是一方面磁钕铁硼磁体中的铁会在氧气和湿气的存在下发生氧化和腐蚀,导致氧化铁的形成,从而降低磁体的性能;另一方面是钕铁硼永磁材料的磁性能受温度影响较大,在高温下,磁体可能会失去部分磁性能,甚至完全失;同时它还是一种脆性材料,机械振动可能导致其破裂或微观结构的改变,容易在受到冲击或弯曲时破裂,从而影响磁性能。因此,这种永磁材料对氧化、腐蚀和高温非常敏感,需要采取措施来防止氧化,以提高其磁能积和耐腐蚀性能,有效降低磁性衰减率。

5、ni、co同属viii族,ni和co均属于3d过渡金属,室温下具有磁性,ni-co合金作为室温铁磁性材料的范畴,被广泛使用在磁性材料上。再者,因具有较高的硬度,较好的耐腐蚀、耐磨损和耐高温等优异性,应用在永磁材料中可以有效降低其耐腐蚀性能以及提高耐高温性能,因其本身就是一种较强的磁性材料,从而可以提高永磁材料的矫顽力和磁性强度。

6、所述磁性合金的制备方法如下:

7、t1、将多孔ti基板置于盐酸中浸泡,放入co-ni二元混合电解液中,采用高频脉冲电沉积技术进行co-ni共沉积,得到沉积ni-co多孔ti基板;将二甲基咪唑、乙醇水溶液混合搅拌,将沉积ni-co多孔ti基板放入上述溶液中浸泡,将浸泡后的溶液干燥浓缩,得到ni-co合金前驱体;

8、t2、将t1中的ni-co合金前驱体置于氩气气氛下煅烧,得到磁性合金。

9、优选的,所述磁性合金的制备方法如下:

10、t1、将多孔ti基板置于5-9wt%盐酸中浸泡6-12s,放入co-ni二元混合电解液中,采用高频脉冲电沉积技术进行co-ni共沉积,在35-450℃、ph=3.5-4.5、100-300rpm下电沉积25-40min;所述高频脉冲频率为1.5-3.0khz,峰值电流密度0.4-0.8ma/cm2,得到沉积ni-co多孔ti基板;所述co-ni二元混合电解液中组分含量如下:30-500g/l硫酸镍,100-130g/l硝酸钴,8-12g/l柠檬酸,30-50g/l硼酸,0.1-0.3g/l三氟甲基磺酸钠,将4-6重量份二甲基咪唑、20-60重量份70-85wt%乙醇水溶液混合,在300-500rpm下搅拌25-50min,将沉积ni-co多孔ti基板放入上述溶液中浸泡30-50h,将浸泡后的溶液干燥至原体积的8-12%,得到ni-co合金前驱体;

11、t2、将上述t1中ni-co合金前驱体置于氩气气氛、700-900℃下煅烧2-5h,升温速率为3-8℃/min,得到耐腐蚀磁性合金。

12、尽管添加了上述ni-co合金可以有效进一步提高钕铁硼永磁材料的磁性能,但是钕铁硼永磁材料还是一种脆性材料,较差的塑韧性导致其在加工和使用过程中很容易出现掉渣、开裂等现象,机械振动导致其破裂或微观结构的改变,容易在受到冲击或弯曲时破裂的问题依然没有得到有效的解决,不仅影响其力学性能,同时还会影响磁性能,因此,钕铁硼永磁材料的力学性能,特别是材料的弯曲强度和冲击韧性已经成为一个迫切需要解决的问题。

13、二氧化硅气凝胶是一种在胶体粒子间通过硅氧化学键连接的纳米多孔非晶固态材料,具有出色的耐腐蚀性能,可以用于高温、强酸、强碱等腐蚀性环境。同时还具有较大的硬度和强度,添加到永磁材料中会提高永磁材料的强度和硬度,改善其力学性能。然而,传统的二氧化硅气凝胶的韧性差,在高温下会发生孔结构的破坏,很难负载足够的ni-co合金前驱体,导致ni-co合金在二氧化硅气凝胶中的分布不均匀,用在永磁材料中将会导致其磁性的下降,因此将更高强度以及耐腐蚀强度高的氮化硼气凝胶作为二氧化硅气凝胶的支撑骨架,改善了纯二氧化硅气凝胶制备过程中结构易塌陷等问题,保留了氮化硼气凝胶原有的微纳尺寸三维网格纤维结构,具有低密度、高孔隙率等优点,增加负载ni-co合金前驱体的量,使得ni-co合金前驱体在二氧化硅-氮化硼气凝胶中分散均匀,同时纳米二氧化硅兼具固体润滑作用,在压制过程中降低了粉末间作用力,提高了剩磁和能量密度,使得最终产品整体剩磁下降不明显,在提高力学性能的同时还能够提高高温下的矫顽力和磁能积,同时也能提高耐腐蚀性能。

14、综上所述,本发明在永磁合金复合材料电机转子的制备方法中添加耐腐蚀磁性合金作为润滑剂,有效的将具有高磁性、较好的耐腐蚀、耐磨损和耐高温性能的ni-co合金和耐腐蚀以及力学性能优异的二氧化硅-氮化硼复合气凝胶结合在一起,应用在永磁材料中可以有效降低其耐腐蚀性能以及提高耐高温性能,二者有效结合,作用上相互弥补,协同增效提高永磁材料的矫顽力和磁性强度,同时可以有效提升永磁合金复合材料的耐腐蚀性能。

15、进一步的,所述润滑剂为耐腐蚀磁性合金,所述耐腐蚀磁性合金的制备方法如下:

16、t1、将3-8重量份硼酸、100-180重量份水、0.5-2重量份三聚氰胺混合均匀,在80-90℃、600-1000rpm搅拌30-50min,得到氮化硼气凝胶前驱体溶液,在-60℃下冷冻干燥60-120h,在氩气保护下,置于1000-1300℃下煅烧2-5h,得到氮化硼气凝胶;将8-14重量份正硅酸乙酯、80-120重量份60-80wt%乙醇水溶液、0.5-2重量份十六烷基三甲基溴化铵混合均匀,用1-3mol/l盐酸调节ph为3.5-4,在600-900rpm下搅拌3-6h,得到二氧化硅气凝胶前驱体;将上述全部的氮化硼气凝胶置于二氧化硅气凝胶前驱体中,在室温、100-300rpm下搅拌18-25min,调节ph为9-11,在40-50℃下水浴15-30min,在室温条件下放置3-6h,再用无水乙醇进行封液,在35-45℃下陈化2-5d,在50-70℃下干燥8-16h,得到氮化硼-二氧化硅复合气凝胶;

17、t2、将多孔ti基板置于5-9wt%盐酸中浸泡6-12s,放入co-ni二元混合电解液中,采用高频脉冲电沉积技术进行co-ni共沉积,在35-450℃、ph=3.5-4.5、100-300rpm下电沉积25-40min;所述高频脉冲频率为1.5-3.0khz,峰值电流密度0.4-0.8ma/cm2,得到沉积ni-co多孔ti基板;所述co-ni二元混合电解液中组分含量如下:30-500g/l硫酸镍,100-130g/l硝酸钴,8-12g/l柠檬酸,30-50g/l硼酸,0.1-0.3g/l三氟甲基磺酸钠;将4-6重量份二甲基咪唑、20-60重量份70-85wt%乙醇水溶液混合,在300-500rpm下搅拌25-50min,将沉积ni-co多孔ti基板放入上述溶液中浸泡30-50h,将浸泡后的溶液干燥至原体积的8-12%,得到ni-co合金前驱体;

18、t3、将8-12重量份t2中ni-co合金前驱体与10-30重量份氮化硼-二氧化硅复合气凝胶混合,置于氩气气氛、700-900℃下煅烧2-5h,升温速率为3-8℃/min,得到耐腐蚀磁性合金。

19、所述永磁合金复合材料电机转子的制备方法,包括以下步骤:

20、s1、将上述钕铁硼磁粉、纳米氧化钇、碳黑、聚酰胺和润滑剂按照重量份混合,在室温下搅拌20-40min,得到混合磁粉;置于氩气保护下、1100-1400℃烧结3-6h,得到永磁合金复合材料熔炼液;

21、s2、将s1的永磁合金复合材料熔炼液倒入50-80mpa的模具中压铸成型,在700-900℃温度下保温10-30min,水冷至室温,得到铸件;

22、s3、将s2中的铸件置于磁场中取向定型,静压成型,静压压力为220-300mpa,静压时间为0.5-2min,磁场强度为1.5-3t,得到转子坯体;

23、s4、将s3中转子坯体再采用常规方法进行精加工,得到电机转子。

24、本发明的有益效果:本发明在永磁合金复合材料电机转子的制备方法中添加耐腐蚀磁性合金作为润滑剂,有效的将具有高磁性、较好的耐腐蚀、耐磨损和耐高温性能的ni-co合金和耐腐蚀以及力学性能优异的二氧化硅-氮化硼复合气凝胶结合在一起,应用在永磁材料中可以有效降低其耐腐蚀性能以及提高耐高温性能,二者有效结合,作用上相互弥补,协同增效提高永磁材料的矫顽力和磁性强度,同时可以有效提升永磁合金复合材料的耐腐蚀性能,有效解决了钕铁硼永磁材料耐腐蚀性能差以及长期使用导致磁性能下降问题。

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