CN101800106A

CN101800106A - 一种柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法

Info

Publication number: CN101800106A
Application number: CN 201010143106
Authority: CN
Inventors: 孙爱芝; 翟福强; 王琎; 吴深; 袁多
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: CN101800106B

Abstract

一种柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法，属于磁性材料领域。本材料由压延成型过程和伴温磁场取向过程分开的两步法伴温磁场取向工艺制得。先将一定量事先经过加工助剂表面处理过的各向异性磁粉、粘结剂和加工助剂混炼均匀，然后将混料经过压延成型工艺，将其压延成片状的柔性粘结磁体；再将片状的柔性粘结磁体整体或切割成部分，在一定温度下加热、并保温一定时间，完成后立即将其放入到取向磁场中进行伴温磁场取向，取向磁场的方向平行于片状的柔性粘结磁体的平面法线方向。在制备工艺中，磁粉能够克服粘接体系的束缚，在磁场力作用下发生转动，使得磁粉的易磁化方向基本指向取向方向，使得制备出的柔性各向异性粘结稀土永磁材料的磁性能大大提高。

Description

一种柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法

所属技术领域

本发明属于磁性材料领域，涉及一种柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法。

背景技术

柔性粘结稀土永磁材料是由磁粉、粘结剂和少量的加工助剂通过采用橡胶制品的生产工艺制备而成的，其兼具有良好的柔性和磁性能；便于运输、装配；尺寸可通过裁切任意调整，产品形状多样化；无需模具，生产流程短，效率高，加工成本低；边料可完全回收，能耗低等特点。

柔性粘结稀土永磁材料可以分为两大类：柔性各向同性粘结稀土永磁体和柔性各向异性粘结稀土永磁体。目前市场中生产和使用的柔性粘结永磁材料主要有柔性各向异性粘结铁氧体和柔性各向同性NdFeB粘结磁体，它们已经被应用于家电、电脑、汽车、办公室及工厂自动化等领域，制造各种微型电机和磁吸装置。但随着应用领域对元器件不断提出超薄、超轻、稳定、大功率的要求，比如音乐厅、广场、家庭的视听设备需要面积更大、厚度更薄、功率更高的高保真平面喇叭；手提电脑中需要更薄、更大功率的风扇马达以满足高速处理芯片的散热要求；洗衣机、风扇等家电中也需要更平稳、更大力矩的直驱电机等，对于这些要求柔性各向异性粘结铁氧体和柔性各向同性NdFeB粘结磁体已不能满足，所以亟待开发出一种具有更加优异柔性和磁性能的柔性粘结永磁材料。而在永磁材料中，利用R-Fe-B系磁粉或Sm-Co系磁粉或Sm-Fe-N系磁粉制备出的刚性各向异性粘结永磁体具有非常优异的磁性能。因此，制备柔性各向异性粘结稀土永磁材料的目光就集中到了这些材料上。

但是由于各向异性R-Fe-B系磁粉或Sm-Co系磁粉或Sm-Fe-N系磁粉只具有磁晶各向异性，而不具有形状各向异性，所以不能像制备柔性各向异性粘结铁氧体那样，通过机械取向方法直接制备出柔性各向异性粘结稀土磁体。公开号为CN1937110各向异性稀土永磁材料及其磁粉和磁体的制造方法的专利中，介绍了一种具有各向异性的稀土永磁材料，具有Th_[2]Zn_[17]型晶体结构，以原子百分比所表示的成分为(Sm_[1-a]R_[a])_[x]Fe_[100-x-y-z]M_[y]I_[z]，可以利用特定的技术制成平均粒度为1-3μm呈片状的单晶颗粒磁粉，该磁粉不仅具有在外磁场作用下取向的磁晶各向异性，而且具有压延各向异性和应力各向异性。因此，可以根据这三种各向异性直接通过机械取向方法制备出各向异性压延柔性橡胶磁体。它和公开号为CN1937111一种制备压延各向异性磁粉和磁体的方法的专利制备方法基本相同，都是利用特定的速凝薄片技术制造以钕铁为基的合金，然后通过气-固相反应后粉碎制造磁粉R_[x]Fe_[100-x-y-z]M_[y]I_[z]，这种磁粉在1-3μm时不仅具有在外磁场作用下取向的磁晶各向异性，而且具有压延各向异性和应力各向异性，可以根据这三种各向异性直接通过机械取向方法制备出各向异性压延柔性橡胶磁体。但是这种制备方法不适合于各向异性R-Fe-B系磁粉或Sm-Co系磁粉或Sm-Fe-N系磁粉，它们只具有磁晶各向异性，而不具有形状各向异性，不能直接通过机械取向方法制备出柔性各向异性粘结稀土永磁材料。

公开号为CN1624824一种柔性粘结钕铁硼磁体及其制造方法的专利中，介绍了先将改性处理过的橡胶类粘结剂与钕铁硼类磁粉及加工助剂按比例混合均匀，然后将混合均匀后的胶料采用压延法或平板压制法制成一定厚度的柔性粘结磁体。专利中所介绍到的方法只能用于制备柔性各向同性粘结磁体。

公开号为CN1173028磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法的专利中，介绍了先将各向异性磁粉和热固性树脂混合成坯料，然后将坯料中的热固性树脂加热至熔融状态，在定向磁场作用下，坯料边定向边被压缩成规定形状刚性各向异性粘结磁体。以及公开号为CN1794387各向异性钕铁硼磁体的制备方法的专利中，介绍了按照常规压制成型法将各向异性钕铁硼磁粉、粘结剂以及其他添加剂混合后进行压制成坯，将上述得到的压坯放入带有磁场的固化炉中进行固化处理，即得到刚性各向异性粘结磁体。这两个专利中所介绍的取向方法虽然都用到了磁场取向，但都是用模压成型的方法，这样制备出的各向异性粘结稀土永磁材料是刚性的，而不是柔性的。

公开号为CN1594209一种柔性稀土粘结磁体及其制造方法的专利中，介绍了由各向异性钕-铁-氮磁粉、粘结剂和加工助剂混炼均匀，然后用压延、平板压制或压延和平板压制混合工艺制成，加工过程中采用磁场取向对磁体进行取向来制备柔性各向异性粘结磁体。以及公开号为CN101477866一种各向异性柔性粘结钕铁硼磁体及其制造方法的专利中，介绍了由经改性处理过的橡胶类粘结剂与各向异性钕铁硼磁粉及加工助剂按比例混合均匀，然后将混合均匀后的胶料在磁场取向下采用压制或者挤出或者注射成型制成一定厚度的柔性各向异性粘结磁体。这两个专利中所介绍的制备方法都是把磁场取向过程和压延成型过程同步进行，由于各向异性R-Fe-B系磁粉或Sm-Co系磁粉或Sm-Fe-N系磁粉，由于不具有形状各向异性，而且矫顽力又很高(一般大于960kA/m)，所要求的外加取向磁场强度非常高，则在压延成型过程和磁场取向过程同步法制备过程中，由于压延机内安装永磁体所能提供外加取向磁场的磁场强度太小，而且不能方便的调节；安装电磁铁虽然能够提供足够大的外加磁场，但使得整个设备过于庞大、制备工艺复杂，所以同步法不利于制备出磁性能优异的柔性各向异性粘结稀土永磁体。

公开号为CN101465188一种柔性稀土粘结磁体及其制造方法的专利中，介绍了先将混料压延成型，然后将压延出的片状的粘结磁体再放入到挤压机中进行挤压成型，在挤压成型的同时进行磁场取向的方法制备柔性各向异性粘结磁体。虽然把压延成型过程和磁场取向过程分开，但是又引入了挤压成型过程，并且磁场取向与挤压成型过程同步进行，一方面取向效果无法保证；另一方面整个制备工艺过于复杂，增加了生产成本。

因此，如何合理安排并且如何进行磁场取向过程是制备出各向异性度较高、磁性能优良、抗腐蚀性较强、制备工艺简单的新型柔性各向异性粘结稀土永磁体亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种各向异性度较高、磁性能优良、抗腐蚀性较强柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制造方法。

一种柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法，其特征是采用压延成型过程和伴温磁场取向过程分开的两步法伴温磁场取向工艺，先将一定量事先经过加工助剂表面处理过的各向异性磁粉、粘结剂和加工助剂混炼均匀，然后将混料通过具有一定温度的压延机进行压延成型，压延成型的同时向压延机内通入保护性气体，最后混料被压延成片状的柔性粘结磁体；再将片状的柔性粘结磁体整体或切割成部分，在一定温度下加热、并保温一定时间，完成后立即将其放入到取向磁场中进行伴温磁场取向，取向磁场的方向平行于片状的柔性粘结磁体的平面法线方向；选用各向异性R-Fe-B系磁粉或Sm-Co系磁粉或Sm-Fe-N系磁粉作为各向异性磁粉；选用增塑剂、润滑剂、偶联剂、热稳定剂中的一种或几种作为加工助剂；材料组分及重量含量为：各向异性磁粉：70～98％，粘结剂：1.0～20％，硫化剂：0～5％，加工助剂：0.5～3％。

在压延成型过程中，压延机上的温度设定在70～90℃，向压延机内部通入的保护性气体为氮气、氩气或二氧化碳。

伴温磁场取向过程中，柔性粘结磁体的伴温磁场取向加热温度设定在50～160℃，保温时间根据磁体的形状、体积确定，以受热均匀为目的。伴温磁场取向过程中，取向磁场的磁场强度范围为0.5～5T。

偶联剂包覆于各向异性磁粉表面，形成一层保护膜，偶联剂选用KH550、KH560、KH792硅烷偶联剂或NDZ-101、NDZ-311钛酸酯偶联剂中的一种或几种，重量含量为0.01-0.5％；润滑剂包覆于各向异性磁粉表面，形成一层保护层，润滑剂选用石蜡、硬脂酸锌或硬脂酸钙中的一种或几种，重量含量为0.005-0.5％；增塑剂选用邻苯二甲酸酯类、硬脂酸酯类、环氧化合物、油酸酯类、多无酯衍生物的一种或几种，重量含量为0.5-2％；热稳定剂选用盐基铅盐类、金属皂类、有机锡类和多元酯中的一种或几种，重量含量为0.05-0.5％。

所选用的粘结剂是氯化聚乙烯、丁腈橡胶、氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚硫橡胶、氯磺化聚乙烯、乙丙橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、热塑性弹性体中的一种或几种。

根据所选择的粘结剂的不同，制备出的柔性各向异性粘结稀土永磁材料可以选择硫化，也可以选择不硫化。当选择硫化时，硫化剂可以选用甲基丙烯酸锌、有机过氧化物、异氰酸三烯丙酸、有机载硫物、四丙烯酸四羟甲基丙烷酯、甲基丙烯酸镁、二甲醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种。硫化方式选用热空气室硫化、电子束硫化、沸腾床硫化、红外硫化、辐射硫化、微波硫化或者平板加热硫化。

通过两步法伴温磁场取向工艺，柔性粘结磁体中的磁粉能够克服粘接体系的束缚，在磁场力作用下发生转动，转动的结果使得磁粉的易磁化方向基本指向同一方向，即取向方向。

与现有的技术相比，本发明最大的特点是：

(1)对于本发明的柔性各向异性粘结稀土永磁材料最大的特点是：

①R-Fe-B系磁粉、Sm-Co系磁粉或Sm-Fe-N系磁粉的原料资源丰富并可以有效降低生产成本。

②各向异性度高、磁性能优良、抗腐蚀性较强、制备工艺简单。

③可以应用于有超薄、超轻、稳定、大功率要求的元器件应用领域。

(2)对于本发明的柔性各向异性粘结稀土永磁材料制造方法最大的特点是：通过将压延成型过程和磁场取向过程分开的两步法制备工艺，将只具有磁晶各向异性的R-Fe-B系磁粉、Sm-Co系磁粉或Sm-Fe-N系磁粉和粘结剂、加工助剂混合，可以制备出各向异性度较高、磁性能优良、抗腐蚀性较强的柔性各向异性粘结稀土永磁材料，这为大幅度扩大柔性磁体的应用范围提供了强有力的基础。若没有通过两步法制备工艺而直接将压延成型过程和磁场取向过程同步进行，即使在压延机的辊子上加上磁场，但是由于目前的压延设备难以配备磁场超过2T电磁取向设备，取向效果差，而且生产成本较高。而本发明将压延成型过程和磁场取向过程分开，一方面可以方便的调节外加取向磁场的磁场强度大小；另一方面可以将压延成型的片状的柔性粘结磁体整体或切割成所需的形状进行取向，因此，可以大大降低取向磁场的尺寸；其次，本发明的磁场取向是伴温的取向，其利用了粘结剂体系在加热时粘度降低的特点，使得取向时磁粉转动的阻力大大降低。同时，由于NdFeB材料具有负的矫顽力温度系数，加热使得磁粉的矫顽力降低，这相当于提高了相对的取向磁场强度。因此，这些都大大提高了取向效果、降低了加工成本，并且显著地提高了制备出的柔性各向异性粘结稀土永磁材料的磁性能。因此，两步法伴温磁场取向是一种制备柔性各向异性粘结稀土永磁材料的有效方法。

具体实施方式

实施例1

磁体配方的各种组分的重量百分比分别为：HDDR各向异性NdFeB磁粉94.5％，氯化聚乙烯4.8％，硅烷偶联剂0.2％，邻苯二甲酸酯增塑剂0.2％，硬脂酸盐润滑剂0.2％，二氧化硅热稳定剂0.1％。将以上各组分采用混练机混炼均匀，然后将混料放入85℃的压延机内压延成片状的柔性粘结磁体，压延的同时向压延机内部通入N₂作为保护气氛。然后将片状的柔性粘结磁体整体或切割成部分加热到100℃，保温30min。当加热和保温完成后，立即将其放入磁场强度为20000Oe的取向磁场中进行伴温磁场取向。最后制备出厚度为2mm的柔性各向异性NdFeB粘结磁体，各向异性度DOA＝0.4，不可逆损失h_irr＝0.22，所得磁体最大磁能积为11.5MGOe。

实施例2

磁体配方的各种组分的重量百分比分别为：HDDR各向异性NdFeB磁粉94.5％，氯化聚乙烯4.8％，硅烷偶联剂0.2％，邻苯二甲酸酯增塑剂0.2％，硬脂酸盐润滑剂0.2％，二氧化硅热稳定剂0.1％。将以上各组分采用混练机混炼均匀，然后将混料放入85℃的压延机内压延成片状的柔性粘结磁体，压延的同时向压延机内部通入N₂作为保护气氛。然后将片状的柔性粘结磁体整体或切割成部分加热到130℃，保温30min。当加热和保温完成后，立即将其放入磁场强度为20000Oe的取向磁场中进行伴温磁场取向。最后制备出厚度为2mm的柔性各向异性NdFeB粘结磁体，各向异性度DOA＝0.72，不可逆损失h_irr＝0.35，所得磁体最大磁能积为10.5MGOe。

实施例3

磁体配方的各种组分的重量百分比分别为：HDDR各向异性NdFeB磁粉94.5％，氯化聚乙烯4.8％，硅烷偶联剂0.2％，邻苯二甲酸酯增塑剂0.2％，硬脂酸盐润滑剂0.2％，二氧化硅热稳定剂0.1％。将以上各组分采用混练机混炼均匀，然后将混料放入85℃的压延机内压延成片状的柔性粘结磁体，压延的同时向压延机内部通入N₂作为保护气氛。然后将片状的柔性粘结磁体整体或切割成部分加热到100℃，保温30min。当加热和保温完成后，立即将其放入磁场强度为50000Oe的取向磁场中进行伴温磁场取向。最后制备出厚度为2mm的柔性各向异性NdFeB粘结磁体，各向异性度DOA＝0.75，不可逆损失h_irr＝0.22，所得磁体最大磁能积为12.5MGOe。

实施例4

磁体配方为：各种组分的重量百分比分别为：HDDR各向异性NdFeB磁粉90.5％，氯化聚乙烯8.8％，硅烷偶联剂0.2％，邻苯二甲酸酯增塑剂0.2％，硬脂酸盐润滑剂0.2％，二氧化硅热稳定剂0.1％。将以上各组分采用混练机混炼均匀，然后将混料放入85℃的压延机内压延成片状的柔性粘结磁体，压延的同时向压延机内部通入N₂作为保护气氛。然后将片状的柔性粘结磁体整体或切割成部分加热到100℃，保温30min。当加热和保温完成后，立即将其放入磁场强度为50000O e的取向磁场中进行伴温磁场取向。最后制备出厚度为2mm的柔性各向异性NdFeB粘结磁体，各向异性度DOA＝0.78，不可逆损失h_irr＝0.20，所得磁体最大磁能积为10.5MGOe。

实施列5

磁体配方为：各种组分的重量百分比分别为：HDDR各向异性NdFeB磁粉80％，氯化聚乙烯18％，硅烷偶联剂0.2％，邻苯二甲酸酯增塑剂1.5％，硬脂酸盐润滑剂0.2％，二氧化硅热稳定剂0.1％。将以上各组分采用混练机混炼均匀，然后将混料放入85℃的压延机内压延成片状的柔性粘结磁体，压延的同时向压延机内部通入N₂作为保护气氛。然后将片状的柔性粘结磁体整体或切割成部分加热到100℃，保温30min。当加热和保温完成后，立即将其放入磁场强度为50000Oe的取向磁场中进行伴温磁场取向。最后制备出厚度为2mm的柔性各向异性NdFeB粘结磁体，各向异性度DOA＝0.85，不可逆损失h_irr＝0.19，所得磁体最大磁能积为8.0MGOe。

实施列6

磁体配方为：各种组分的重量百分比分别为：HDDR各向异性NdFeB磁粉90.5％，丁腈橡胶8.8％，硅烷偶联剂0.2％，邻苯二甲酸酯增塑剂0.2％，硬脂酸盐润滑剂0.2％，二氧化硅热稳定剂0.1％。将以上各组分采用混练机混炼均匀，然后将混料放入85℃的压延机内压延成片状的柔性粘结磁体，压延的同时向压延机内部通入N₂作为保护气氛。然后将片状的柔性粘结磁体整体或切割成部分加热到100℃，保温30min。当加热和保温完成后，立即将其放入磁场强度为50000Oe的取向磁场中进行伴温磁场取向。最后制备出厚度为2mm的柔性各向异性NdFeB粘结磁体，各向异性度DOA＝0.80，不可逆损失h_irr＝0.23，所得磁体最大磁能积为10.8MGOe。

Claims

1.一种柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法，其特征是采用压延成型过程和伴温磁场取向过程分开的两步法伴温磁场取向工艺，先将一定量事先经过加工助剂表面处理过的各向异性磁粉、粘结剂和加工助剂混炼均匀，然后将混料通过具有一定温度的压延机进行压延成型，压延成型的同时向压延机内通入保护性气体，最后混料被压延成片状的柔性粘结磁体；再将片状的柔性粘结磁体整体或切割成部分，在一定温度下加热、并保温一定时间，完成后立即将其放入到取向磁场中进行伴温磁场取向，取向磁场的方向平行于片状的柔性粘结磁体的平面法线方向；选用各向异性R-Fe-B系磁粉或Sm-Co系磁粉或Sm-Fe-N系磁粉作为各向异性磁粉；选用增塑剂、润滑剂、偶联剂、热稳定剂中的一种或几种作为加工助剂；材料组分及重量含量为：各向异性磁粉：70～98％，粘结剂：1.0～20％，硫化剂：0～5％，加工助剂：0.5～3％。

2.如权利要求1所述的柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法，其特征在于：在压延成型过程中，压延机上的温度设定在70～90℃，向压延机内部通入的保护性气体为氮气、氩气或二氧化碳。

3.根据权利要求1所述的柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法，其特点在于：伴温磁场取向过程中，柔性粘结磁体的伴温磁场取向加热温度设定在50～160℃，保温时间根据磁体的形状、体积确定，以受热均匀为目的。

4.根据权利要求1或3所述的柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法，其特征在于：伴温磁场取向过程中，取向磁场的磁场强度范围为0.5～5T。

5.根据权利要求1所述的柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法，其特征在于：偶联剂包覆于各向异性磁粉表面，形成一层保护膜，偶联剂选用KH550、KH560、KH792硅烷偶联剂或NDZ-101、NDZ-311钛酸酯偶联剂中的一种或几种，重量含量为0.01-0.5％；润滑剂包覆于各向异性磁粉表面，形成一层保护层，润滑剂选用石蜡、硬脂酸锌或硬脂酸钙中的一种或几种，重量含量为0.005-0.5％；增塑剂选用邻苯二甲酸酯类、硬脂酸酯类、环氧化合物、油酸酯类、多无酯衍生物的一种或几种，重量含量为0.5-2％；热稳定剂选用盐基铅盐类、金属皂类、有机锡类和多元酯中的一种或几种，重量含量为0.05-0.5％。

6.根据权利要求1所述的柔性各向异性粘结稀土永磁材料的制备方法，其特征在于：所选用的粘结剂是氯化聚乙烯、丁腈橡胶、氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚硫橡胶、氯磺化聚乙烯、乙丙橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、热塑性弹性体中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的柔性各向异性粘结稀土永磁材料，其特征在于：根据所选择的粘结剂的不同，制备出的柔性各向异性粘结稀土永磁材料可以选择硫化，也可以选择不硫化；当选择硫化时，硫化剂可以选用甲基丙烯酸锌、有机过氧化物、异氰酸三烯丙酸、有机载硫物、四丙烯酸四羟甲基丙烷酯、甲基丙烯酸镁、二甲醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种；硫化方式选用热空气室硫化、电子束硫化、沸腾床硫化、红外硫化、辐射硫化、微波硫化或者平板加热硫化。