本发明涉及一种抑制涡流损耗的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：
1、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。
2、r-t-b磁体在交变磁场的环境中工作时，交变磁场会在磁体中产生涡流，涡流引发焦耳热，进而导致磁体在工作时温度升高。由于r-t-b磁体的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，因此工程实际中需要采用一定的方法降低磁体感应涡流强度，减小磁体发热。
3、通过提高磁体的电阻率可以降低磁体在交变磁场环境工作时产生的涡流，专利文献cn1983471b公开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磁体整体电阻率，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。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。专利文献cn115410813a采用表面氧化的方法提高磁体表面电阻率，可以在不影响磁体磁性能的前提下降低磁体在交变磁场环境下产生的焦耳热。
4、层叠结构也是一种有效减小涡流损耗的方法，通过将材料分成许多薄片，每个薄片之间用绝缘材料隔开，可以减小涡流在材料内部的循环路径，从而降低涡流损耗，采用层叠结构降低涡流的方法通常应用于软磁材料中。r-t-b稀土永磁体中采用层叠结构时需要将磁体切割层成若干薄片，然后再通过浸胶的方式将磁片组合成大块磁体。采用上述方法时胶水会降低磁体剩磁、机加工对磁体造成的表面劣化会降低磁体的矫顽力，此外产品加工的合格率也较低。因此实际中通常采用一种改进的方法，即利用开槽或开缝隙的方式形成类层叠结构的磁体。采用这种方法可以有效改善磁体的加工合格率，降低磁体的涡流损耗。同时由于槽或缝隙尺寸较小，磁体剩磁降低量较小。但采用这种方法仍存在以下问题，首先采用加工槽或者缝隙的方法只是形成类层叠结构，涡流仍能在磁体内形成较大回路，因此单纯采用这种方法抑制涡流效果仍不能满足实际生产需要。其次，为了保证磁体剩磁不会显著降低，加工槽或者缝隙时应尽量降低槽或缝隙的宽度。槽或缝隙宽度较窄时，会因加工质量不高或加工过程中产生的碎屑留在缝隙中，出现缝隙堵塞而涡流导通、电流击穿，导致涡流的抑制效果减弱。并且，在加工槽或者缝隙时会在磁体内部造成表面劣化层，表面劣化层会严重降低磁体矫顽力。且槽或者缝隙的数量越多，表面劣化层的影响越大。
5、因此，有必要针对类层叠结构的磁体进行进一步改进，在不降低磁体性能的前提下，抑制磁体的涡流损耗与发热。
技术实现思路
1、针对传统钕铁硼磁体在交变磁场环境中应用时会在磁体内部产生较大的感应涡流，进而出现磁体严重发热、磁体性能降低的情况，本发明提供了一种抑制涡流损耗的r-t-b稀土永磁体及其制备方法。
2、本发明采用的技术方案是：
3、一种抑制涡流损耗的r-t-b稀土永磁体，所述磁体成分包含：
4、r：28.5wt.%~34.0wt.%，r包含r1和r2，r1包含dy和tb，r1占磁体质量比为0.01wt.%~15.0wt.%；r的余量为r2，r2为pr、nd、ho、gd、er、la、ce、y中的至少一种。
5、b：0.85wt.%~1.1wt.%，
6、m：0.1wt.%~8.0wt.%，m为al、cu、ga、ti、zr、nb、w、mo、v、mn、zn中的一种或多种，
7、余量为t及其他不可避免杂质，t为fe或fe和co，
8、所述磁体在垂直于磁场取向方向的表面，记为c面，在c面设置至少1个深入磁体内部的槽或缝隙，槽或缝隙在磁体内部的表面记为a面，所述a面满足a面的氧含量高于磁体平均的氧含量。
9、所述槽或缝隙沿垂直于c面或与c面呈一定角度的方向，深入磁体内部，即a面与c面垂直或呈一定角度；当a面与c面垂直时可记角度为90°，a面与c面之间所形成的角为θ，该角度θ的范围为0°<θ≤90°，该角度θ优选为45°≤θ≤90°，更优选为90°，即a面与c面垂直。
10、所述槽的垂直深度要小于磁体厚度，槽不贯穿磁体；所述缝隙是指缝隙的垂直深度为磁体厚度，沿磁体厚度方向贯穿磁体。
11、垂直深度是指槽或缝隙的a面垂直于c面方向的深度。
12、进一步，所述磁体从a面起，沿平行于c面的方向，至磁体内部10μm深度范围内，存在块状含o的富r晶界相，所述块状含o的富r晶界相占该区域总的富r晶界相体积比≥90vol.%。
13、进一步，所述磁体从槽或缝隙的a面起，沿平行于c面的方向，至磁体内部30μm深度范围内，该区域磁体平均氧质量含量x1与整块磁体平均氧质量含量x2满足x1/x2≥5。
14、所述磁体从槽或缝隙的a面起，沿平行于c面的方向，是指，从a面起，沿垂直于磁体厚度，也就是平行于c面的方向。
15、所述至磁体内部10μm深度范围内，或至磁体内部30μm深度范围内，是指从a面起，向磁体内部，远离磁体边线的方向，在距离a面的10μm或30μm深度范围内。
16、进一步，r1可以在熔炼阶段作为原料加入磁体，也可以在晶界扩散阶段作为扩散源加入磁体中，或者在熔炼阶段或晶界扩散阶段都加入磁体，这是本领域技术人员公知的重稀土的添加方式。
17、所述槽或缝隙可以为直线，可以为曲线或其他任意形状不规则线。
18、所述槽或缝隙在c面上的交界线为抑制涡流损耗线，所述c面可设有多个槽或缝隙，即c面上有多条抑制涡流损耗线，所述抑制涡流损耗线的至少一个端点，位于c面的非边角区，所述非边角区是指距离c面的边线xmm宽度范围以外的表面区域，x=1.5~2.5mm，优选x=2mm。这是为了保证磁体不发生断裂，因此要与磁体边线预留一定的距离。该预留距离一般大于2mm。在同一块磁体中，可以只加工槽或只加工缝隙或者可以同时加工槽或缝隙，槽或缝隙的数量可以相等也可以不相等。
19、所述槽或缝隙的宽度为0.01mm~1.0mm。
20、为了保证磁体的剩磁不出现显著降低现象，需要控制磁体槽或缝隙的宽度，本发明中，槽或缝隙的宽度在0.01mm~1.0mm之间。当槽或者缝隙的宽度超过1.0mm后，磁体的剩磁下降量较大，尤其是存在多条槽或缝隙时。因此本发明中优选每条槽或缝隙的宽度在0.01mm~0.5mm范围内，更优选为0.01mm~0.1mm范围内。
21、为了保证磁体的剩磁，当设置2条以上的槽或缝隙时，不同槽或缝隙之间的间距d应在合适的范围内，本发明中槽或缝隙之间的间距d满足0.5mm≤d≤30mm，优选为d满足0.5mm≤d≤10mm。
22、本发明所述的抑制涡流损耗的r-t-b稀土永磁体按以下方法之一制备得到：
23、方法（一）
24、（1）在r-t-b磁体基体垂直于磁场取向方向的表面加工槽或缝隙；
25、（2）加工后的磁体清洗干燥后，进行真空热处理，热处理温度为800℃~1000℃，保温时间为1~30h，然后进行低温时效处理，冷却至室温后再进行表面氧化、钝化或磷化处理，制得抑制涡流损耗的r-t-b稀土永磁体；
26、优选所述真空热处理在10-4pa-10-1pa的气压下进行。
27、方法（二）
28、（1）在r-t-b磁体基体垂直于磁场取向方向的表面加工槽或缝隙；
29、（2）加工后的磁体清洗干燥后，在垂直于磁场取向方向的磁体表面，覆盖重稀土扩散源，然后进行晶界扩散处理，晶界扩散温度为800℃~1000℃，保温时间为6~30h，然后进行低温时效处理，冷却至室温后再进行表面氧化、钝化或磷化处理，制得抑制涡流损耗的r-t-b稀土永磁体。
30、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.%。
31、所述重稀土扩散源的增重量一般为磁体质量的0.10~2wt.%，优选0.2~1wt.%。
32、所述覆盖重稀土扩散源的方式可以为印刷、喷涂、pvd、蒸镀、磁控溅射或多弧离子镀膜等方式。
33、所述晶界扩散处理的气压为10-4pa-10-1pa。
34、所述方法（一）或方法（二）中，低温时效处理的温度为400-600℃，保温时间为2-10h，
35、所述方法（一）或方法（二）中，加工槽或缝隙的方式可以为电火花切割、金刚线切割、多线切割、切片机加工、激光切割等方式，优选地采用激光切割的方式。
36、加工槽或缝隙时采用惰性气体进行保护和冷却，所述惰性气体为氮气或氩气等。
37、所述方法（一）或方法（二）中，所述表面氧化处理为在氧含量为10.0vol.%~70.0vol.%的气氛中加热到200~400℃，并保温10min~200min，优选在空气中进行表面氧化处理。
38、所述方法（一）或方法（二）中，钝化或磷化处理采用常规的钝化液或磷化液，浸泡10~20min即可。钝化和磷化也可以起到降低磁体的涡流损耗的作用。
39、优选采用低温时效处理后，采用表面氧化处理的方式。
40、所述方法（一）或方法（二）中，r-t-b磁体基体可通过以下方法得到：熔甩sc片、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结、热处理制备大块磁体，将大块磁体切割成所需形状尺寸，经表面处理后将磁体清洗干净并烘干，得到r-t-b磁体基体。
41、所述磁体的表面处理为采用打磨或酸洗、喷砂的方式去除磁体表面油污、锈斑。
42、所述磁体基体在加工槽或缝隙后，a面存在较大的表面劣化，因此需要通过采用高温或晶界扩散对加工面进行修复。优选地本发明采用方法（二）晶界扩散的方法进行修复，采用晶界扩散的方法进行修复后，制得的磁体从槽或缝隙的a面起向磁体内部0.01~0.5mm范围内，r1元素的浓度呈梯度降低，即a面的r1元素浓度高，向磁体内部随着距a面距离的增加，磁体r1元素浓度逐渐降低。
43、进一步，方法（二）制得的磁体从a面起向磁体内部0.01~0.5mm范围内，磁体主相晶粒数量中的40%以上的主相晶粒，形成富含r1元素的壳层结构，即主相晶粒表层的r1元素浓度高于主相晶粒内部的r1元素浓度。
44、本发明首先采用熔甩sc片、氢破、气流磨、取向成型、等静压、真空烧结、热处理制备大块磁体，磁体制备方法与公知的r-t-b稀土永磁体制备方法相同。然后将大块磁体加工成所需的形状与尺寸，之后在磁体c面加工槽或者缝隙。根据所需产品的性能要求可采用两种方法对上述加工了槽或缝隙的磁体进行高温修复。最后将高温修复后的磁体进行表面氧化处理，得到所述抑制涡流损耗的r-t-b稀土永磁体。
45、利用开槽或开缝隙的方式降低r-t-b磁体的涡流损耗是基于层叠法降低涡流损耗的改进方法。但是在进行开槽或者缝隙时，磁体的各部分并没像层叠法那样产生真正意义上的隔离，涡流仍能在磁体的各部分之间形成回路。因此实际上对于抑制磁体涡流损耗、降低磁体发热的效果有限。其次，r-t-b磁体低电阻的特点也是其工作时产生较大感应涡流的重要原因，因此通过简单的开槽或开缝隙的效果不明显。并且磁体在开槽或开缝隙时所形成的新表面存在较大的加工劣化，所形成a面的矫顽力和剩磁降低，导致磁体的磁性能变差。当为降低涡流损耗所开的槽或缝隙数目越多时，磁体性能劣化就越严重。基于此，本发明在开槽或缝隙的基础上引入表面修复工序，修复磁体a面的磁性能，然后采用表面氧化、钝化或磷化的工序来提高磁体表面电阻率，从而实现磁性能和抑制涡流损耗两方面的综合提升。
46、本发明采用真空高温热处理或晶界扩散修复和提高因加工槽或缝隙产生的a面。磁体a面主要为破碎的主相晶粒和晶界富r相，在真空高温热处理过程中，破碎的主相晶粒可以长大形成完整的主相晶粒，晶界富r相重新分布，从而修复表面劣化层。此外，晶界扩散也是修复表面劣化层的有效方法，通过晶界扩散处理，重稀土元素会提高磁体劣化层表面主相晶粒的各向异性场，同时破碎主相晶粒也会在高温下修复，提高磁体的磁性能。
47、感应涡流具有集肤效应，即电流主要集中在磁体表层，因此通过一定的方法提高磁体表层的电阻率就可以显著降低磁体的涡流损耗，进而降低磁体工作时单位时间产生的焦耳热。基于此，本发明对高温修复后的磁体采用表面氧化、钝化或磷化的方法在磁体表层形成一定厚度的氧化层、钝化层或磷化层，从而提高磁体表面电阻率。表面钝化和表面磷化均采用市面常见的钝化液和磷化液就可以实现，同时表面钝化和表面磷化也是r-t-b磁体一种常用的表面防腐处理方法。本发明优选采用表面氧化的方法提高磁体表面电阻率，专利cn115410813a中指出，通过表面氧化可以显著提高磁体表面电阻率，从而降低磁体的涡流损耗。此外，为了保证磁体剩磁不会显著降低，加工槽或者缝隙时应尽量降低槽或缝隙的宽度。槽或缝隙宽度较窄时会出现因加工不良或加工电流击穿出现的导通现象，导致涡流的抑制效果减弱。本发明通过表面氧化可以提高磁体槽或缝隙表面的电阻率，可以有效防止因槽或缝隙宽度较窄时会出现因加工不良或加工电流击穿出现的导通现象，因此可以显著降低磁体的涡流损耗，降低磁体工作时的发热量，保证磁体工作的稳定性。
48、本发明的有益效果在于：基于层叠法在磁体表面开槽或缝隙，形成类似层叠结构降低磁体涡流损耗。采用真空高温热处理或晶界扩散对磁体因加工槽或缝隙产生的加工劣化面进行修复，提高加工劣化面的矫顽力，保证磁体具有较高的磁性能。最后通过表面氧化、钝化或磷化的方法在磁体表层形成一定厚度的氧化层、钝化层或磷化层，提高磁体表面以及磁体槽或缝隙表面的电阻率，有效防止槽或缝隙宽度较窄时因加工不良或加工电流击穿出现的导通现象，进一步降低磁体的涡流损耗，制备出具有高性能并有效抑制涡流损耗的r-t-b稀土永磁体。
1.一种抑制涡流损耗的r-t-b稀土永磁体，其特征在于所述磁体成分包含：
2.如权利要求1所述的r-t-b稀土永磁体，其特征在于所述槽或缝隙沿垂直于c面或与c面呈一定角度的方向，深入磁体内部，即a面与c面垂直或呈一定角度；a面与c面之间所形成的角为θ，θ的范围为0°<θ≤90°；
3.如权利要求1所述的r-t-b稀土永磁体，其特征在于所述磁体从a面起，沿平行于c面的方向，至磁体内部10μm深度范围内，存在块状含o的富r晶界相，所述块状含o的富r晶界相占该区域总的富r晶界相体积比≥90vol.%。
4.如权利要求1所述的r-t-b稀土永磁体，其特征在于所述磁体从槽或缝隙的a面起，沿平行于c面的方向，至磁体内部30μm深度范围内，该区域磁体平均氧质量含量x1与整块磁体平均氧质量含量x2满足x1/x2≥5。
5.如权利要求1所述的r-t-b稀土永磁体，其特征在于所述槽或缝隙在c面上的交界线为抑制涡流损耗线，，所述抑制涡流损耗线的至少一个端点，位于c面的非边角区，所述非边角区是指距离c面的边线xmm宽度范围以外的表面区域，x=1.5~2.5mm。
6.如权利要求1所述的r-t-b稀土永磁体，其特征在于所述槽或缝隙的宽度为0.01mm~1.0mm。
7.如权利要求1所述的r-t-b稀土永磁体，其特征在于在c面设置至少2个以上深入磁体内部的槽或缝隙，槽或缝隙之间的间距d满足0.5mm≤d≤30mm。
8.如权利要求1~7之一所述的抑制涡流损耗的r-t-b稀土永磁体的制备方法，其特征在于所述方法为以下之一：
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述方法（一）或方法（二）中，所述表面氧化处理为在氧含量为10.0vol.%~70.0vol.%的气氛中加热到200~400℃，并保温10min~200min。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述方法（二）制得的磁体，从槽或缝隙的a面起向磁体内部0.01~0.5mm范围内，r1元素的浓度呈梯度降低；从a面起向磁体内部0.01~0.5mm范围内，磁体主相晶粒数量中的40%以上的主相晶粒，形成富含r1元素的壳层结构，即主相晶粒表层的r1元素浓度高于主相晶粒内部的r1元素浓度。
