欧洲杯预选赛·一种耐高温抗氢的钐钴永磁电机的制作方法

　　2.稀土永磁电机是一种新型永磁电机，由于稀土永磁材料具有更为优异持久的磁性能，使得稀土永磁电机具有重量轻、体积小、运行可靠的优点。因此，稀土永磁电机的性能在很大程度上受其采用的稀土永磁材料影响。

　　3.常用于稀土永磁电机的稀土永磁材料主要有烧结钕铁硼和烧结钐钴。与烧结钕铁硼相比，烧结钐钴不仅具有优良的磁性能，而且具有耐腐蚀耐高温和良好的高温稳定性。钐钴永磁材料在需要高使用温度和高温稳定等特定场合发挥了不可替代的作用，如航空航天所用电机及发电机，部分尖端应用如行波管(空间探索及卫星通信)以及飞行器的惯性装置(重力传感器和陀螺仪)。

　　4.将钐钴永磁材料应用于氢能源电机中，其特殊的使用环境要求钐钴永磁材料具有较好的高温稳定性及在氢气环境磁性能不会发生减退，若在使用过程中发生磁性能减退的现象，会对氢能源电机的使用寿命和安全造成巨大的影响，如何预防这种现象的发生成为当前研究的重点。但现有的钐钴永磁材料在接触到氢气的情况下，氢原子会沿晶界进入钐钴永磁材料，导致钐钴永磁材料粉化，磁性能发生减退现象，最终导致氢能源电机失效。因此，如何提高钐钴永磁电机在高温高压纯氢气环境下性能的稳定成为重点。

　　5.目前，在稀土永磁电机耐氢领域相关的研究尚较少，对如何预防氢原子进入磁性材料内部导致磁性材料粉化，磁性能发生减退的现象对应解决方法较少。申请人为南京安德海睿智能科技有限公司、申请号为3.2的中国发明专利公开了一种基于稀土永磁体的耐氢电机，其提出在氮气气氛下对永磁体毛坯进行热处理，热处理结束后将稀土永磁体浸入含铈的水基硅烷溶剂中进行封闭处理，封闭完成后进行固化处理从而在稀土永磁体表面形成一层膜来提高稀土永磁材料的耐氢性能。然而上述方案的缺点在于热处理结束后将稀土永磁体浸入含铈的水基硅烷溶剂中进行封闭处理，在这个过程中稀土永磁体表面的溶剂会发生流动现象导致表面的溶剂分布不均匀，溶剂的分布不均匀导致后续固化处理后稀土永磁体表面的膜厚度分布不一致，部分区域耐氢性能较差，材料的一致性较差，对材料的使用寿命和安全性造成影响。

　　6.为了克服钐钴永磁电机中永磁体在氢气环境下会发生失效的问题，尤其是针对永磁体在高温高压纯氢气环境下发生粉化现象造成电机无法使用的问题，本发明提供了一种耐高温抗氢的钐钴永磁电机。

　　7.本发明的具体技术方案为：一种耐高温抗氢的钐钴永磁电机，包括：转子本体；组装于所述转子本体轴心处的转子花键轴；

　　均匀嵌设于所述转子本体内的若干钐钴永磁体；设于所述转子本体圆周面外侧的定子本体；所述转子本体与定子本体之间设有气隙；均匀嵌设于所述定子本体内圆周面的若干定子线.在上述结构中，采用花键传动方式可以消除因热胀冷缩带来的电机芯轴与转子的配合偏差，为电机扭矩稳定输出提供保障。同时可使电机承受更高的温度，使电机性能进一步提高。定子线圈通入三相正弦电流，产生以通电频率为角速度的交变磁场。此交变磁场推动转子的恒定磁场做功转动。

　　11.隔磁槽的作用是防止永磁体的漏磁系数过大导致永磁体利用率不足。隔磁槽的存在可使永磁体磁力线发散范围减小，集中到跟定子磁场的电磁耦合作用中去，从而最大程度的实现电能与机械能的转换。

　　14.永磁电机气隙的大小对电机运行性能、可靠性影响极大，气隙增大使磁阻增大，使需达到磁场强度的电流大幅增加，与此同时降低了电机的功率因数。反之气隙过小，又会使谐波磁场增大，使电机损耗和噪音增加，降低电机综合性能指标。

　　16.一种适用于高温高压纯氢气环境的钐钴永磁体的制备方法，包含以下步骤：(1)按元素配比配料后将原料在惰性环境下熔炼得到合金铸锭或铸片。

　　19.(4)将钐钴磁体生坯在惰性环境下烧结及固溶处理，得到烧结钐钴磁体毛坯，随后在惰性环境下时效处理得到钐钴磁体。

　　20.(5)对钐钴磁体表面清洁处理，采用磁控溅射镀膜设备在钐钴磁体表面依次镀含ni、cu和nicu合金中的一种或多种的基体镀层、alcrznn镀层和dynial镀层。

　　21.在现有钐钴磁体配方难以隔绝氢原子进入磁体内部导致磁性材料发生粉化、进而造成磁性能减退的状况下，本发明从从提高钐钴磁体耐氢性能角度出发，对钐钴配方以及相关工艺进行了系列调整，使得制备的钐钴磁体毛坯表面致密度有较大的的改善，在获得致密性较好的钐钴磁体毛坯后通过磁控溅射镀膜设备在钐钴磁体表面镀多层耐高温镀层，通过耐高温镀层起到隔绝氢原子进入的目的从而提高钐钴磁体的耐氢性能。具体地：关于alcrznn镀层：钐钴磁性材料中的co、fe、cu等元素为氢不稳定元素，与氢的亲和力小，但氢原子易在其中游动，而zr元素为氢稳定元素，易与氢发生反应，形成稳定氢化物，即强键合氢化物，氢溶解度较大，因此若只是调整合金的配方难以显著提高钐钴磁性材

　　料的耐氢性能。而本发明通过熔炼制备alcrznn合金靶材，通过磁控溅射法使其均匀的分布于基体镀层上，由于al、zn元素不会与氢发生反应，因此alcrznn镀层可以有效的阻碍氢气的渗入，同时alcrznn镀层具有良好的耐高温性能，满足其高温使用环境。

　　22.关于dynial镀层：虽然alcrznn镀层具有良好的耐氢与抗高温性，但在使用过程中镀层会发生磨损，使得钐钴永磁材料的耐氢性能降低，影响材料的使用寿命和安全，因此本发明进一步在alcrznn镀层表面再镀一层抗高温的dynial镀层，研究结果显示，dynial合金具有良好的抗高温性和耐腐蚀性，可以满足其氢能源电机高温使用要求和复杂的使用环境，同时表面的dynial镀层可以保护里面的alcrznn镀层不受损，使其能够起到隔绝氢气的作用。

　　进行配料，其中x＝0.18～0.26，y＝0.14～0.2，v＝0.01～0.03，z＝7.0～7.5；z为过渡族元素co、fe、cu、zr与稀土元素sm的原子比。

　　24.相较于传统钐钴永磁体，本发明在配料时采用zrcu合金取代纯zr，可降低其与氢气发生反应形成稳定氢化物破坏磁性材料的耐氢性，同时有利于在烧结及时效过程中形成致密的胞壁相sm(co，cu)5，紧密包合主相，提高晶间连续性，从微观角度使得制备的钐钴永磁体致密度上升，能最大程度阻碍氢气的进入，提高钐钴永磁材料的耐氢性能。

　　26.现有技术的破碎处理均为氢破碎，即在氢气环境下，而本发明在破碎处理过程中采用氮气替代氢气，在铸锭或铸片破碎处理过程中氮与磁粉发生反应可在钐钴磁粉表面形成稳定的氮化相，类似一层壳层，在随后的制粉及烧结与时效处理过程中，氮化相随着钐钴合金内部相的组成分布在磁体表面，具有较佳的抗氢性能，可以提高钐钴永磁材料的耐氢性能。

　　1230℃，时间为1～5h；所述固溶的温度1165～1195℃，时间为2～5h，固溶后快冷至室温；所述时效的过程为在800～850℃保温5～40h，随后以0.5～1℃/min降温至400～500℃，保温5～20h，然后风冷或随炉自然冷却至常温。

　　35.首先酸洗处理或磷化处理的目的在于去除基材表面的油污或锈迹，同时酸洗处理或磷化处理可使基材表面粗糙度增大，有利于基体镀层材料的附着，使基体镀层更加均匀平滑，进而有利于后续alcrznn等耐高温合金的磁控溅射镀层的均匀一致性。

　　(1)本发明在钐钴磁体毛坯表面依次镀多层镀层(基体镀层、alcrznn镀层和dynial镀层)，通过镀层起到隔绝氢原子进入的目的从而提高钐钴磁体的耐氢性能。

　　37.(2)本发明在配料时加入zrcu合金，有利于在烧结及时效过程中形成致密的胞壁相sm(co，cu)5，紧密包合主相，提高晶间连续性，从微观角度使得制备的钐钴永磁体致密度上升，能最大程度阻碍氢气的进入，提高钐钴永磁材料的耐氢性能。

　　38.(3)本发明中在破碎处理过程中采用氮气替代氢气，氮与磁粉发生反应在钐钴磁粉表面形成稳定的氮化相，类似一层壳层，在随后的制粉及烧结与时效处理过程中，氮化相随着钐钴合金内部相的组成分布在磁体表面，具有较佳的抗氢性能，可以提高钐钴永磁材料的耐氢性能。

　　39.图1为本发明电机实施例1中的一种钐钴永磁电机的径向截面结构示意图；图2为本发明永磁体实施例1与永磁体对比例1吸氢量随时间变化关系图(300℃)。

　　40.附图标记为：转子本体1、转子花键轴2、钐钴永磁体3、定子本体4、气隙5、定子线.下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

　　42.总实施例一种耐高温抗氢的钐钴永磁电机，包括：转子本体；组装于所述转子本体轴心处的转子花键轴；嵌设于所述转子本体内的若干呈瓦状的钐钴永磁体；在径向截面上若干钐钴永磁体等间距地围绕形成一个与转子本体同轴的圆；且转子本体内位于每一钐钴永磁体的两侧分别设有一条轴向的隔磁槽；设于所述转子本体圆周面外侧的定子本体；所述转子本体与定子本体之间设有径向厚度为0.3

　　0.7mm的气隙；嵌设于所述定子本体内圆周面的若干定子线圈；在径向截面上若干定子线圈等间距地围绕形成一个与转子本体同轴的圆。

　　，其中x＝0.18～0.26，y＝0.14～0.2，v＝0.01～0.03，z＝7.0～7.5；z为过渡族元素co、fe、cu、zr与稀土元素sm的原子比，其制备方法包含以下步骤：(1)按各元素配比配料，将原料在惰性环境下熔炼得到合金铸锭或铸片。

　　1230℃，时间为1～5h)及固溶处理(1165～1195℃，时间为2～5h，固溶后快冷至室温)，得到烧结钐钴磁体毛坯，随后在惰性环

　　境下在800～850℃保温5～40h，随后以0.5～1℃/min降温至400～500℃，保温5～20h，然后风冷或随炉自然冷却至常温，得到钐钴磁体。

　　47.(5)对钐钴磁体表面清洁处理(酸洗处理和/或磷化处理)，采用磁控溅射镀膜设备在钐钴磁体表面依次镀含ni、cu和nicu合金中的一种或多种的基体镀层(2

　　48.电机实施例1如图1所示，一种耐高温抗氢的钐钴永磁电机，包括：转子本体1(尺寸为φ145mm*180mm)；组装于所述转子本体轴心处的转子花键轴2；嵌设于所述转子本体内的48块呈瓦状的钐钴永磁体3(每一块的尺寸为r31.94mm*r50mmx32

　　*30mm，圆周均布8块，轴向阵列6组)；在径向截面上每一组钐钴永磁体等间距地围绕形成一个与转子本体同轴的圆；且转子本体内位于每一组钐钴永磁体的两侧分别设有一条轴向的隔磁槽7(尺寸为2mm*5mm)；设于所述转子本体圆周面外侧的定子本体4(尺寸为215mm*215mm)；所述转子本体与定子本体之间设有径向厚度为0.5mm的气隙5；嵌设于所述定子本体内圆周面的十六个定子线；在径向截面上十六个定子线圈等间距地围绕形成一个与转子本体同轴的圆。

　　49.永磁体实施例1一种适用于高温高压纯氢气环境的钐钴永磁体，其表达式(不包括镀层)为sm(co

　　，具体制备步骤如下：(1)将钐钴磁体原料按元素配比进行配料后放入真空熔炼感应炉中，在惰性环境下经熔炼得到合金铸锭；(2)将熔炼所得的铸锭通入氮气进行破碎处理，随后在惰性环境下经气流磨制得平均粒度为4.1μm的钐钴粉体；(3)在氩气气体保护下及磁场(磁场强度为2t)中对钐钴粉体进行取向成型，然后进行冷等静压30min(进行冷等静压的压力为200mpa)，得到钐钴磁体生坯；(4)将钐钴磁体生坯放入真空烧结炉内，然后关闭炉盖抽线pa)，再充入氩气使线℃保持4h，最后快冷至室温，得到烧结钐钴磁体；将烧结钐钴磁体毛坯在氩气气体保护下，在800℃保温20h，随后以0.6℃/min的速度降温至450℃，保温10h，然后风冷冷却至常温；(5)对钐钴磁体表面进行清洁处。