一种电机用磁性材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电机用磁性材料领域，具体涉及一种电机用磁性材料及其制备方法。

背景技术

永磁材料又称“硬磁材料”，是一种一经磁化即能保持恒定磁性的材料。它的基本功能是提供稳定持久的磁通量，不需要消耗电能，是节约能源的重要手段之一。同时永磁材料使器械和设备结构简单，制造成本和维修保养成本降低。因此，永磁材料的应用面越来越广，应用量越来越大，尤其是在电机领域，对永磁材料的需求量逐年增加。

电机中常用的永磁材料包括烧结磁体和粘结磁体，主要种类有铝镍钴、铁氧体、钐钴及钕铁硼等。其中，钕铁硼材料是20世纪80年代出现的被称为第三代高性能永磁材料，其矫顽力值很高，且拥有极高的磁性能，其最大磁能积(BHmax)高过铁氧体(Ferrite)10倍以上。其本身的机械性能亦相当之好，可以切割加工不同的形状和钻孔。但通常烧结钕铁硼的居里温度只有320℃左右，其突出的问题是热稳定性较差，高性能产品的最高工作温度只有200℃，难以应用于工作温度较高的环境当中。

发明内容

针对上述问题，第一方面，本发明提供一种电机用磁性材料，按照重量份，由以下成分组成：

钕铁硼磁性粉末60～80份、磁性氧化铁粉末15～30份、二氧化硅粉末10～20份、乳酸钙粉末8～15份、苯氧基改性聚醚醚酮6～12份和羟丙基二淀粉磷酸酯1～3份。

优选地，所述电机用磁性材料，按照重量份，由以下成分组成：

钕铁硼磁性粉末65～75份、磁性氧化铁粉末15～20份、二氧化硅粉末15～20份、乳酸钙粉末8～12份、苯氧基改性聚醚醚酮8～12份和羟丙基二淀粉磷酸酯1～3份。

优选地，所述电机用磁性材料，按照重量份，由以下成分组成：

钕铁硼磁性粉末70份、磁性氧化铁粉末18份、二氧化硅粉末16份、乳酸钙粉末9份、苯氧基改性聚醚醚酮10份和羟丙基二淀粉磷酸酯2份。

优选地，所述磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末的粒径均为50～100μm。

优选地，所述改性聚醚醚酮的制备方法为：

S1.称取聚醚醚酮加入至N,N-二甲基甲酰胺中，通入惰性气体作为保护气，搅拌至均匀后，加入甲烷磺酸，搅拌至完全溶解后，得到混合溶液A；

其中，聚醚醚酮、甲烷磺酸与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.2～0.5:15～30；

S2.向混合溶液A中依次加入苯硫酚和氯化铝，持续搅拌至反应液变得黏稠，之后将反应液倒入至丙酮中，逐渐有固体析出，待固体不再增加析出时，过滤收集固体产物并使用丙酮反复洗涤3～5次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到硫代苯基改性聚醚醚酮；

其中，苯硫酚、氯化铝与混合溶液A的质量比为1:0.1～0.2:50～80；

S3.将硫代苯基改性聚醚醚酮加入N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，之后加入N-溴代琥珀酰亚胺和丙三醇，搅拌处理0.5～1h后，将反应液倒入至丙酮中，逐渐有固体析出，待固体不再增加析出时，过滤收集固体产物并使用丙酮反复洗涤3～5次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到苯氧基改性聚醚醚酮；

其中，硫代苯基改性聚醚醚酮、N-溴代琥珀酰亚胺、丙三醇与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.1～0.5:0.02～0.05:20～40。

第二方面，本发明提供一种电机用磁性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按照配方称取钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末、苯氧基改性聚醚醚酮和羟丙基二淀粉磷酸酯置于烘箱中干燥，备用；

(2)将步骤(1)干燥后的钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末和乳酸钙粉末加入至混合研磨装置中研磨均匀，得到混合粉末；

(3)向步骤(2)得到的混合粉末中加入苯氧基改性聚醚醚酮和羟丙基二淀粉磷酸酯，混合均匀后压制成型，得到磁性材料生坯；

(4)将磁性生坯置于石墨炉内焙烧，得到电机用磁性材料。

优选地，所述步骤(3)中压制成型的压力为15～20MPa；压制成型的温度为80～120℃。

优选地，所述步骤(4)中焙烧的温度为350～400℃，焙烧的时间为1～3h。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供了一种电机用磁性材料及其制备方法，具体使用的是钕铁硼磁性粉末作为基础，添加了磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末和乳酸钙粉末作为填料使用，增加了磁性材料一定的力学性能和耐高温性，添加了羟丙基二淀粉磷酸酯作为分散剂使用，添加了苯氧基改性聚醚醚酮作为增粘剂与增强剂使用，增加了磁性材料的稳定性和耐高温性。

2.聚醚醚酮是一种耐高温、高性能的热塑性特种工程塑料，它有着良好的机械性能和耐化学品、耐磨损、耐水解等性能；它比重轻，自润滑性能较好，由于具有优异的综合性能，本发明将其用于磁性材料中用于提升制品性能，但是由于聚醚醚酮的性质过于稳定，导致在与其他材料掺杂复合的过程中，熔体流动性变得较差导致在后续加工成型的过程中容易产生开裂现象，从而影响到磁性材料整体的力学性质和耐高温性。因此，本发明通过对聚醚醚酮进行改性，最终制备得到的苯氧基改性聚醚醚酮具有除去聚醚醚酮本身的优点外，提升了其在加热作用下的熔体流动性，从而使最终制备得到的磁性材料开裂现象得到较大程度降低，且提升了磁性材料的力学性能和耐热性能。苯氧基改性聚醚醚酮的具体过程为：先将聚醚醚酮溶解后，使用甲烷磺酸作为助溶剂在催化剂氯化铝的作用下，使用苯硫酚将聚醚醚酮上的酮羰基发生取代反应，得到硫代苯基改性聚醚醚酮；之后在N-溴代琥珀酰亚胺的作用下，使用丙三醇亲和取代硫代苯基改性聚醚醚酮上的硫，生成苯氧基改性聚醚醚酮。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

一种电机用磁性材料，按照重量份，由以下成分组成：

钕铁硼磁性粉末70份、磁性氧化铁粉末18份、二氧化硅粉末16份、乳酸钙粉末9份、苯氧基改性聚醚醚酮10份和羟丙基二淀粉磷酸酯2份。

所述磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末的粒径均为50～100μm。

所述改性聚醚醚酮的制备方法为：

S1.称取聚醚醚酮加入至N,N-二甲基甲酰胺中，通入惰性气体作为保护气，搅拌至均匀后，加入甲烷磺酸，搅拌至完全溶解后，得到混合溶液A；

其中，聚醚醚酮、甲烷磺酸与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.3:20；

S2.向混合溶液A中依次加入苯硫酚和氯化铝，持续搅拌至反应液变得黏稠，之后将反应液倒入至丙酮中，逐渐有固体析出，待固体不再增加析出时，过滤收集固体产物并使用丙酮反复洗涤3～5次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到硫代苯基改性聚醚醚酮；

其中，苯硫酚、氯化铝与混合溶液A的质量比为1:0.1:65；

S3.将硫代苯基改性聚醚醚酮加入N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，之后加入N-溴代琥珀酰亚胺和丙三醇，搅拌处理0.5～1h后，将反应液倒入至丙酮中，逐渐有固体析出，待固体不再增加析出时，过滤收集固体产物并使用丙酮反复洗涤3～5次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到苯氧基改性聚醚醚酮；

其中，硫代苯基改性聚醚醚酮、N-溴代琥珀酰亚胺、丙三醇与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.3:0.03:30。

上述电机用磁性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按照配方称取钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末、苯氧基改性聚醚醚酮和羟丙基二淀粉磷酸酯置于烘箱中干燥，备用；

(2)将步骤(1)干燥后的钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末和乳酸钙粉末加入至混合研磨装置中研磨均匀，得到混合粉末；

(3)向步骤(2)得到的混合粉末中加入苯氧基改性聚醚醚酮和羟丙基二淀粉磷酸酯，混合均匀后压制成型，得到磁性材料生坯；

(4)将磁性生坯置于石墨炉内焙烧，得到电机用磁性材料。

所述步骤(3)中压制成型的压力为18MPa；压制成型的温度为100℃。

所述步骤(4)中焙烧的温度为365℃，焙烧的时间为2h。

实施例2

一种电机用磁性材料，按照重量份，由以下成分组成：

钕铁硼磁性粉末60份、磁性氧化铁粉末15份、二氧化硅粉末10份、乳酸钙粉末8份、苯氧基改性聚醚醚酮6份和羟丙基二淀粉磷酸酯1份。

所述磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末的粒径均为50～100μm。

所述改性聚醚醚酮的制备方法为：

S1.称取聚醚醚酮加入至N,N-二甲基甲酰胺中，通入惰性气体作为保护气，搅拌至均匀后，加入甲烷磺酸，搅拌至完全溶解后，得到混合溶液A；

其中，聚醚醚酮、甲烷磺酸与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.2:15；

S2.向混合溶液A中依次加入苯硫酚和氯化铝，持续搅拌至反应液变得黏稠，之后将反应液倒入至丙酮中，逐渐有固体析出，待固体不再增加析出时，过滤收集固体产物并使用丙酮反复洗涤3～5次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到硫代苯基改性聚醚醚酮；

其中，苯硫酚、氯化铝与混合溶液A的质量比为1:0.1:50；

S3.将硫代苯基改性聚醚醚酮加入N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，之后加入N-溴代琥珀酰亚胺和丙三醇，搅拌处理0.5～1h后，将反应液倒入至丙酮中，逐渐有固体析出，待固体不再增加析出时，过滤收集固体产物并使用丙酮反复洗涤3～5次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到苯氧基改性聚醚醚酮；

其中，硫代苯基改性聚醚醚酮、N-溴代琥珀酰亚胺、丙三醇与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.1:0.02:20。

上述电机用磁性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按照配方称取钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末、苯氧基改性聚醚醚酮和羟丙基二淀粉磷酸酯置于烘箱中干燥，备用；

(2)将步骤(1)干燥后的钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末和乳酸钙粉末加入至混合研磨装置中研磨均匀，得到混合粉末；

(3)向步骤(2)得到的混合粉末中加入苯氧基改性聚醚醚酮和羟丙基二淀粉磷酸酯，混合均匀后压制成型，得到磁性材料生坯；

(4)将磁性生坯置于石墨炉内焙烧，得到电机用磁性材料。

所述步骤(3)中压制成型的压力为15MPa；压制成型的温度为80℃。

所述步骤(4)中焙烧的温度为350℃，焙烧的时间为1h。

实施例3

一种电机用磁性材料，按照重量份，由以下成分组成：

钕铁硼磁性粉末80份、磁性氧化铁粉末30份、二氧化硅粉末20份、乳酸钙粉末15份、苯氧基改性聚醚醚酮12份和羟丙基二淀粉磷酸酯3份。

所述磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末的粒径均为50～100μm。

所述改性聚醚醚酮的制备方法为：

S1.称取聚醚醚酮加入至N,N-二甲基甲酰胺中，通入惰性气体作为保护气，搅拌至均匀后，加入甲烷磺酸，搅拌至完全溶解后，得到混合溶液A；

其中，聚醚醚酮、甲烷磺酸与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.5:30；

S2.向混合溶液A中依次加入苯硫酚和氯化铝，持续搅拌至反应液变得黏稠，之后将反应液倒入至丙酮中，逐渐有固体析出，待固体不再增加析出时，过滤收集固体产物并使用丙酮反复洗涤3～5次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到硫代苯基改性聚醚醚酮；

其中，苯硫酚、氯化铝与混合溶液A的质量比为1:0.2:80；

S3.将硫代苯基改性聚醚醚酮加入N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，之后加入N-溴代琥珀酰亚胺和丙三醇，搅拌处理0.5～1h后，将反应液倒入至丙酮中，逐渐有固体析出，待固体不再增加析出时，过滤收集固体产物并使用丙酮反复洗涤3～5次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到苯氧基改性聚醚醚酮；

其中，硫代苯基改性聚醚醚酮、N-溴代琥珀酰亚胺、丙三醇与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.5:0.05:40。

上述电机用磁性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按照配方称取钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末、苯氧基改性聚醚醚酮和羟丙基二淀粉磷酸酯置于烘箱中干燥，备用；

(2)将步骤(1)干燥后的钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末和乳酸钙粉末加入至混合研磨装置中研磨均匀，得到混合粉末；

(3)向步骤(2)得到的混合粉末中加入苯氧基改性聚醚醚酮和羟丙基二淀粉磷酸酯，混合均匀后压制成型，得到磁性材料生坯；

(4)将磁性生坯置于石墨炉内焙烧，得到电机用磁性材料。

所述步骤(3)中压制成型的压力为20MPa；压制成型的温度为120℃。

所述步骤(4)中焙烧的温度为400℃，焙烧的时间为3h。

对比例1

一种电机用磁性材料，按照重量份，由以下成分组成：

钕铁硼磁性粉末70份、磁性氧化铁粉末18份、二氧化硅粉末16份、乳酸钙粉末9份和羟丙基二淀粉磷酸酯2份。

所述磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末的粒径均为50～100μm。

上述电机用磁性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按照配方称取钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末和羟丙基二淀粉磷酸酯置于烘箱中干燥，备用；

(2)将步骤(1)干燥后的钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末和乳酸钙粉末加入至混合研磨装置中研磨均匀，得到混合粉末；

(3)向步骤(2)得到的混合粉末中加入羟丙基二淀粉磷酸酯，混合均匀后压制成型，得到磁性材料生坯；

(4)将磁性生坯置于石墨炉内焙烧，得到电机用磁性材料。

所述步骤(3)中压制成型的压力为18MPa；压制成型的温度为100℃。

所述步骤(4)中焙烧的温度为365℃，焙烧的时间为2h。

对比例2

一种电机用磁性材料，按照重量份，由以下成分组成：

钕铁硼磁性粉末70份、磁性氧化铁粉末18份、二氧化硅粉末16份、乳酸钙粉末9份、聚醚醚酮10份和羟丙基二淀粉磷酸酯2份。

所述磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末的粒径均为50～100μm。

上述电机用磁性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按照配方称取钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末、乳酸钙粉末、苯氧基改性聚醚醚酮和羟丙基二淀粉磷酸酯置于烘箱中干燥，备用；

(2)将步骤(1)干燥后的钕铁硼磁性粉末、磁性氧化铁粉末、二氧化硅粉末和乳酸钙粉末加入至混合研磨装置中研磨均匀，得到混合粉末；

(3)向步骤(2)得到的混合粉末中加入聚醚醚酮和羟丙基二淀粉磷酸酯，混合均匀后压制成型，得到磁性材料生坯；

(4)将磁性生坯置于石墨炉内焙烧，得到电机用磁性材料。

所述步骤(3)中压制成型的压力为18MPa；压制成型的温度为100℃。

所述步骤(4)中焙烧的温度为365℃，焙烧的时间为2h。

为了更清楚的说明本发明，将本发明实施例1～3与对比例1～2所制备的电机用磁性材料进行性能上的检测对比，其中，耐高温性是置于烘箱中高温处理，检测其所能承受的最高温度；开裂性是在300℃处理12h观察是否出现开裂，结果如表1所示。

表1电机用磁性材料性能比较

由表1可知，本发明实施例1～3所制备的电机用磁性材料具有较高的耐高温性，即使在高温下处理也不会出现开裂现象。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。