CN101692370A - 一种同时提高热压磁环磁性能及力学性能的方法 - Google Patents
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Abstract
一种同时提高热压磁环磁性能及力学性能的方法，包括将钕铁硼速凝片作为母合金快淬成的薄带，然后将薄带破碎磁选成均匀的快淬粉末，接着进行热压成型，热挤压成型，其特征在于在热压成型前将快淬粉末中均匀添加有纳米金属Cu粉末。与现有技术相比，本发明的优点在于：加入具有低熔点、延展性良好的纳米金属Cu粉末的目的是可以使具有该特点的纳米金属粉末在热压过程中，通过扩散的方式，更加均匀的分布在钕铁硼晶粒的晶界中，改善了磁体的织构，该晶界相化合物的维氏硬度远大于纯钕铁硼磁体晶界富钕相的维氏硬度，达到提高钕铁硼磁体力学性能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种热压磁环的加工方法，尤其涉及一种同时提高热压磁环磁性能及力学性能的方法。
背景技术
辐射取向永磁环(又称：热压磁环)是在环的内外两侧均匀地形成单个或多N极和S极。这种辐向磁化的永磁环适合做各种精密仪表与控制系统的微电机的转子和定子，是新一代混合动力电机的重要材料和部件。
目前生产高致密性钕铁硼辐射取向永磁环的方法主要有拼接或一次成型烧结工艺，但由于烧结过程中的径向收缩问题，这种方法未能广泛应用，相关文献可参考专利号为ZL88103837.7的中国发明专利《辐向取向钕-铁-硼永磁环及其制造方法》(审定号为CN1010818B)，还可参考申请号为94113830.5的中国发明申请公开《轴射取向2-17型稀土永磁环及其制造方法》(公开号为CN1122944A)和专利号为ZL200510086882.9的中国发明专利《辐射取向整体永磁环的制备方法》(授权公告号：CN100407347C)。拼接方法要求极高的工艺精度，虽然磁性能可以到达要求，但是耐用性不好，且加工过程中材料浪费严重，可达50％左右，而且线切割和磨加工的费用也很高。另外，用方块磁体不能生产真正辐射取向的瓦形磁体.拼缝漏磁较大，磁极波动导致输出信号波动，导致电机的噪音和不稳定。拼接方面的相关文献可参考专利号为ZL03117200.8的中国发明专利《粘结型钕铁硼、铁基软磁粉体复合永磁材料及其制备方法》(授权公告号为CN1219301C)。
上述方法制得热压磁环力学性能较差，抗弯强度不超过150MPa，增加了后续加工的难度，大大限制了其在特殊领域的广泛使用。作为改进，申请号为200710177080.8的中国发明专利申请公开《高性能辐向热压磁环及其制备方法》，该方法以磁性速凝薄带为原料，通过热压成型和热挤压工艺制备，从控制氧含量、提高塑性形变的均匀性方面介绍了制备热压磁环的方法，并且所有的金属成分均是在熔炼合金的过程中一次添加完成，所得热压磁环具有较高的剩磁和矫顽力。但还是没有解决热压辐向环抗弯强度较低的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种同时提高热压磁环磁性能及力学性能的方法，所得热压磁环的抗弯强度大大提高。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种同时提高热压磁环磁性能及力学性能的方法，包括将钕铁硼速凝片作为母合金快淬成的薄带，然后将薄带破碎磁选成均匀的快淬粉末，接着进行热压成型、热挤压成型，其特征在于在热压成型前将快淬粉末中均匀添加有纳米金属Cu粉末。
作为优选，所述的薄带为30μm～50μm，所述的钕铁硼速凝片的化学简式为Nd12.8+xFe81.23-x-y-zCoyGazB6；并满足：x＝0～1.08，y＝4～6，z＝0.45～0.6。
作为优选，所述的钕铁硼速凝片速凝速度小于1m/s，厚度约为4mm～1mm。剩磁Br＝8000～10000Gs磁能积(BH)max＝13～20MGsOe，矫顽力Hcj＝13～18kOe。
进一步，所述的钕铁硼速凝片快淬后，进行冷却，冷却速度为15～25m/s。
步骤②中所述的纳米金属Cu粉末在薄带破碎磁选后混入，纳米金属Cu粉末添加量为总重量的0～0.5％。
作为优选，所述的热压成型温度控制为580～650℃，压力为150MPa～200MPa，成型密度为7.58～7.6g/cm3，升温时间为4～6分钟，高温保温时间为1～2分钟，热压成型过程中真空度不低于5×10-2Pa。
作为优选，所述的热挤压成型中热挤出温度控制为800～900℃，压力不超过100MPa～12MPa，升温时间为4～6分钟高温保温时间为2～3分钟，并且，热挤出成型过程中在惰性气体保护下进行。
热挤压成型中的第二模具直径大于热压成型中的第一磨具。
所得的热压磁环，其磁能积(BH)max≥40MGOe，抗弯强度不低于260MPa，主要组成为Nd2Fe14B四方相，晶体c轴长度为1.218nm，a轴长度为0.878nm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：加入具有低熔点、延展性良好的纳米金属Cu粉末的目的是可以使具有该特点的纳米金属粉末在热压过程中，通过扩散的方式，更加均匀的分布在钕铁硼晶粒的晶界中，并以Cu2Nd、CuNd等相晶界化合物的形式存在，改善了磁体的织构，该晶界相化合物的维氏硬度远大于纯钕铁硼磁体晶界富钕相的维氏硬度，达到提高钕铁硼磁体力学性能的目的，且该晶界相化合物的熔点较低、流变性较好，使得热压毛坯在后续工程中更加容易变形，且所需变形温度较低，大大降低了经济成本。
附图说明
图1为实施例中热压磁环的透射电镜(TEM)微观结构图。
图2为图1中标志为a处的NdFeB主相的电子能谱(EDS)曲线。
图3为图1中标志为b处的NdFeB晶界相的电子能谱(EDS)曲线。
图4为实施例中热压磁环的XRD图谱。
图5为没有添加纳米Cu粉的热压磁环的扫描电镜SEM微观结构图。
图6为本实施例中热压磁环的扫描电镜SEM微观结构图。
图7为添加了0～0.5wt.％纳米Cu粉的热变形磁体的抗弯强度曲线。
图8为本实施例中的热压磁环的抗弯强度测试曲线。
图9为没有添加纳米Cu粉和本实施例中热压磁环沿辐向方向的退磁曲线对比图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
同时提高热压磁环磁性能及力学性能的方法，包括将钕铁硼速凝片作为母合金快淬成的薄带，然后将薄带破碎磁选成均匀的快淬粉末，接着进行热压成型，热挤压成型，利用易磁化方向平行于压力方向的特征来实现磁环的辐向取向，制备高密度、纳米晶、辐向织构的热压磁环，在热压成型前在快淬粉末中均匀添加低熔点、延展性良好的纳米金属Cu粉末，以提高抗弯强度等力学性能和磁性能。
薄带为30μm～50μm，所述的钕铁硼速凝片的化学简式为Nd12.8+xFe81.23-x-y-zCoyGazB6；并满足：x＝0～1.08，y＝4～6，z＝0.45～0.6。
钕铁硼速凝片速凝速度小于1m/s，厚度约为0.4mm～1mm。剩磁Br＝8000～10000Gs磁能积(BH)max＝13～20MGsOe，矫顽力Hcj＝13～18kOe。钕铁硼速凝片快淬后，进行冷却，冷却速度为15～25m/s。纳米粉末在薄带破碎磁选后混入，本实施例中纳米金属Cu粉末添加量为总重量的0.4％，热压成型温度控制为580～650℃，压力为150MPa～200MPa，成型密度为7.58～7.6g/cm3，升温时间为4～6分钟，高温保温时间为1～2分钟，热压成型过程中真空度不低于5×10-2Pa。热挤压成型中热挤出温度控制为800～900℃，压力不超过100MPa～12MPa，升温时间为4～6分钟高温保温时间为2～3分钟，并且，热挤出成型过程中在惰性气体保护下进行。热挤压成型中的第二模具直径大于热压成型中的第一磨具。
所得产品磁能积(BH)max≥40MGOe，抗弯强度不低于260MPa。从所得产品上切取尺寸为5×6×19mm3的样品，利用美国Instron5560电子万能实验机测试抗弯强度，样品平行压力方向的厚度为5mm，跨距为14.7mm，加载速率为0.06mm/min。从辐向环取向方向切取样品，样品尺寸1×1×4mm3。利用大于4T的脉冲磁场对样品进行充磁，利用振动样品磁强计(VSM)测量样品沿辐向方向(磁环的辐向方向)的磁性能。
图1是热压磁环的透射电镜(TEM)微观结构图，并结合电子能谱在热压磁环晶粒(见图2)和晶界处(见图3)的打点分析，可见添加的纳米Cu粉均匀地扩散到晶界处，而晶粒中并没有Cu的存在。图4是热压辐向环的XRD图谱，从图中可以确定晶界相的成分为Cu2Nd或者CuNd。图5、图6分别为没有添加纳米Cu粉和本实施例中热压磁环的SEM微观结构照片，从两幅图片的对比可以明显的看出添加了0.4wt.％纳米Cu粉的热压磁环相比没有添加纳米Cu粉的热压辐向环，其晶粒大小更加均匀、细长，织构更加整齐、紧密。图7为添加了0～0.5wt.％纳米Cu粉后的热变形磁体的抗弯强度曲线，可见随着Cu含量的增加，磁体的抗弯强度有了极大提高，最大抗弯强度大于270Ma，图8为本实施例中热压磁环的抗弯强度测试曲线。图9为没有添加纳米Cu粉和本实施例中热压磁环沿磁环辐向方向的的退磁曲线，可见添加了0.4wt.％Cu粉的热压磁环相比没有添加纳米Cu粉的热压磁环，其磁性能显著提高，Br＝14kGs，(BH)max＝49.07MGOe。这表明磁环沿辐向方向产生了较强的织构。
Claims (8)
1.一种同时提高热压磁环磁性能及力学性能的方法，包括将钕铁硼速凝片作为母合金快淬成的薄带，然后将薄带破碎磁选成均匀的快淬粉末，接着进行热压成型，热挤压成型，其特征在于在热压成型前将快淬粉末中均匀添加有纳米金属Cu粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的薄带为30μm～50μm，所述的钕铁硼速凝片的化学简式为Nd12.8+xFe81.23-x-y-zCoyGazB6；并满足：x＝0～1.08，y＝4～6，z＝0.45～0.6。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的钕铁硼速凝片速凝速度小于1m/s，厚度约为0.4mm～1mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的钕铁硼速凝片快淬后，进行冷却，冷却速度为15～25m/s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的纳米金属Cu粉末在薄带破碎磁选后混入。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤③中所述的热压成型温度控制为580～650℃，压力为150MPa～200MPa，成型密度为7.58～7.6g/cm3，升温时间为4～6分钟，高温保温时间为1～2分钟，热压成型过程中真空度不低于5×10-2Pa。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的热挤压成型中热挤出温度控制为800～900℃，压力不超过100MPa～12MPa，升温时间为4～6分钟高温保温时间为2～3分钟，并且，热挤出成型过程中在惰性气体保护下进行。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的纳米金属Cu粉末添加量为总重量的0～0.5％。
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