CN102412043B - 一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于稀土永磁材料技术领域，具体涉及一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，包括下述步骤：（1）将各向异性NdFeB磁粉在辐射磁场下取向成型，获得环状毛坯；（2）将辐射取向成型的环状毛坯置于微波热压设备中进行微波热压处理。本发明提供了一种工艺简单、生产效率高及能耗低的各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，使得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环具备组织均匀细小和致密度高的特点，从而具有优异的磁性能。
Description
技术领域
本发明属于稀土永磁材料技术领域，具体涉及一种组织均匀细小、致密度高，具有优异磁性能的各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法。
背景技术
永磁无刷电机在汽车、计算机、家电产品、办公用品等领域的应用非常广泛，这类电机一般采用永磁体磁环作为转子，通过转子磁体的磁场和定子绕组产生的磁场相互作用，产生转矩，推动电机转动。这类磁环主要包括铁氧体磁环与NdFeB磁环。其中，NdFeB永磁是迄今为止磁性能最好的一类永磁材料，采用这类材料制备出的磁环在相同的性能下，体积远小于铁氧体磁环，特别适应于当前无刷电机小型化、轻量化的要求，具有广阔的市场前景。
目前，制备NdFeB磁环的方法有多种[1-7]。如将NdFeB粘结磁粉进行模压、注塑等方法[1-2]，制备成辐射取向的粘结磁环，这种磁环的特点是成型容易，便于大批量的生产，但是，由于粘结磁环的密度较低且含有非磁性的粘结剂，其磁性能不高。还有将快淬NdFeB磁粉热压致密后进行热挤[3-5]，以获得致密的NdFeB辐射取向磁环，但是这种方法过程复杂，效率低且成本高昂，难以推向市场应用。此外，将NdFeB合金铸锭破碎后在磁场下取向成型，然后进行烧结，也可以制备出高性能的全致密NdFeB辐射取向磁环[6-7]，但是，该工艺也存在着磁环易开裂、一致性差等问题。
微波加热是近年来发展起来的一种冶金新技术。这种加热方式的特点是将微波能量在金属材料内部直接转化为热能，属于整体加热，加热速度快且加热均匀。而且，采用微波加热技术，可以有效降低化学反应的活化能，从而降低反应温度，缩短反应时间。但是，目前还没有发现将微波加热技术用于制备各向异性NdFeB辐射取向磁环领域的报道。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种工艺简单、生产效率高及能耗低的各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，使得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环具备组织均匀细小和致密度高的特点，从而具有优异的磁性能。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实施的：
一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，包括下述步骤：
（1）将各向异性NdFeB磁粉在辐射磁场下取向成型，获得环状毛坯；
（2）将已辐射取向成型的环状毛坯置于微波热压设备中进行微波热压处理。
研究发现，本发明的方法，由于微波加热是通过微波能量在金属材料内部直接转化为热能来实现的，加热速度快且均匀，因此整个热压致密过程可以在很短的时间内完成，不会出现材料组织过分长大的情况；而且，由于磁环的致密过程是在模具的约束下完成，因此也不存在常规烧结过程中磁环容易开裂、一致性差的情况。
作为优选方案，根据本发明所述的一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其中，所述的微波热压处理中：温度为500-1100℃，压力为30-200MPa，保压时间为1-60min。选取合适的热压参数，可以使磁环具有较高的致密度同时，晶粒组织不至于过分长大，从而具有良好的磁性能。
作为更优选方案，根据本发明所述的一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其中，所述的微波热压处理中：温度为700-1000℃，压力为50-100MPa，保压时间为5-10min。选取更合适的热压参数，除了可使磁环具有良好的磁性能外，能耗也可降低。
作为优选方案，根据本发明所述的一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其中，所述的微波热压处理是在氩气保护或真空环境下进行的。本发明的术语“真空”是本领域的通用术语；选择氩气保护的目的是防止氧化。
作为优选方案，根据本发明所述的一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其中，所述的各向异性NdFeB磁粉采用HDDR工艺[8-10]制备的各向异性NdFeB磁粉或采用快淬+热压-热变形+破碎工艺[11-13]制备的各向异性NdFeB磁粉。目前制备各向异性NdFeB磁粉的工艺主要有两种，即HDDR工艺与快淬+热压-热变形+破碎工艺，本发明采用两种工艺制备的磁粉皆可。
作为优选方案，根据本发明所述的一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其中，所述的各向异性NdFeB磁粉的粒径为5-200μm。
作为优选方案，根据本发明所述的一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其中，所述的辐射磁场下取向成型中：辐射磁场的强度为1-2T，外加磁场为脉冲磁场或静磁场。在1-2T磁场的下，各向异性磁粉可以充分定向。
作为更优选方案，根据本发明所述的一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其中，所述的辐射磁场下取向成型中：辐射磁场的强度为1.5-1.8T，外加磁场为脉冲磁场或静磁场。在1.5-1.8T磁场的下，除了可实现各向异性磁粉充分定向，还能降低能耗。
作为优选方案，根据本发明所述的一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其中，所述的微波热压处理中所采用的模具，其材料为透微波陶瓷材料。本发明中的透微波陶瓷材料为高强度的透微波陶瓷材料，市售产品，具有高硬度和高韧性的特点。
本发明有以下优点：
本发明中，磁环的致密化过程是通过微波热压来实现的，而微波加热是利用微波能量与电偶极子直接耦合而产生热量，具有加热速度快和加热均匀特点，因此制造出的磁环产品组织均匀细小、析出物少、致密度高，具有优异的磁性能。同时，由于本发明整个制造过程是在较低的温度下迅速完成，本发明还具有生产效率高、能耗低、环境友好等优点。
本发明制造的各向异性NdFeB辐射取向磁环，根据磁粉种类以及工艺参数的不同，其磁能积（BH）m达到200～256k J/m3，相对密度达到0.95～1。
具体实施方式
下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：
本实施例采用HDDR工艺制备的各向异性粘结钕铁硼磁粉作为原料磁粉，其最大磁能积为(BH)max=288kJ/m3，内禀矫顽力Hcj=1040kA/m。将磁粉经150目的过筛机过筛后装入模具中，在辐射磁场的强度为1.5T的辐射磁场下冷压成型，获得环状毛坯，外加磁场为脉冲磁场或静磁场，压制力为150MPa；然后将辐射取向成型的环状毛坯置于微波热压设备中在氩气保护下进行微波热压致密，热压模具的材料为高强度的透微波陶瓷材料，热压温度为700℃，热压压力为150MPa，保压10min。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到253kJ/m3。
实施例2
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：取向成型所采用的辐射磁场强度为1T。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到242kJ/m3。
实施例3
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：取向成型所采用的辐射磁场强度为2T。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到255kJ/m3。
实施例4
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程是在真空环境下进行的。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到245kJ/m3。
实施例5
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程时，所采用的温度为500℃。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到200kJ/m3。
实施例6
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程时，所采用的温度为650℃。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到246kJ/m3。
实施例7
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程时，所采用的温度为1000℃。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到217kJ/m3。
实施例8
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程时，所采用的温度为1100℃。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到210kJ/m3。
实施例9
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程时，所采用的压力为30MPa。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到210kJ/m3。
实施例10
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程时，所采用的压力为50MPa。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到231kJ/m3。
实施例11
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：取向成型所采用的压力为100MPa。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到251kJ/m3。
实施例12
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：取向成型所采用的压力为200MPa。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到254kJ/m3。
实施例13
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程时，保压时间为1min。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到220kJ/m3。
实施例14
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程时，保压时间为5min。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到232kJ/m3。
实施例15
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程时，保压时间为8min。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到247kJ/m3。
实施例16
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：微波热压过程时，保压时间为60min。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到242kJ/m3。
实施例17
本实施例其他操作同实施例1，不同之处在于：所采用的材料为MQI公司采用热压-热变形法生产的各向异性NdFeB磁粉。
本实施例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m达到256kJ/m3。
上述实施例制备的各向异性NdFeB辐射取向磁环，根据所选工艺参数（磁场、温度、时间、压力）及磁粉种类的不同，相对密度可以达到0.95～1，磁能积（BH）m达到200～256k J/m3，高于模压工艺与注射工艺制备的各向异性NdFeB辐射取向磁环，略低于热变形工艺与传统烧结工艺制备的磁环，但工艺要比热变形工艺与传统烧结工艺简单，且能耗低、产品不易开裂、一致性好。
比较例1
本比较例所采用的原料磁粉与实施例1相同，不同之处在于：将磁粉经120目的过筛机过筛后与环氧树脂粘结剂按100：3的质量比混合均匀、烘干；然后将磁粉放入模具中温压成型，成型温度、压力、磁场分别为120℃、700MPa、1.5T；最后将磁环在180℃下固化1h得到最终产品。
本比较例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m为162kJ/m3。
比较例2
本比较例所采用的原料磁粉与实施例1相同，不同之处在于：将磁粉经120目的过筛机过筛后与尼龙12按100：10的质量比混合均匀、烘干、造粒，然后在1.5T的辐射磁场、270℃的温度下注射成型。
本比较例得到的各向异性NdFeB辐射取向磁环进行检测，磁能积（BH）m为96.6kJ/m3。
上述优选实施例只是用于说明和解释本发明的内容，并不构成对本发明内容的限制。尽管发明人已经对本发明做了较为详细地列举，但是，本领域的技术人员根据发明内容部分和实施例所揭示的内容，能对所描述的具体实施例做各种各样的修改或/和补充或采用类似的方式来替代是显然的，并能实现本发明的技术效果，因此，此处不再一一赘述。本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解，并不构成对本发明的限制。
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Claims (3)
1.一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其特征在于，所述的制造方法包括下述步骤：
（1）将各向异性NdFeB磁粉在辐射磁场下取向成型，获得环状毛坯，
所述的各向异性NdFeB磁粉采用HDDR工艺制备的各向异性NdFeB磁粉；
所述的各向异性NdFeB磁粉的粒径为5-200μm，
所述的辐射磁场下取向成型中：辐射磁场的强度为1-2T，外加磁场为脉冲磁场或静磁场，
（2）将已辐射取向成型的环状毛坯置于微波热压设备中进行微波热压处理，
所述的微波热压处理中：温度为500-1100℃，压力为30-200MPa，保压时间为1-60min，
所述的微波热压处理是在氩气保护或真空环境下进行的，
所述的微波热压处理中所采用的模具，其材料为透微波陶瓷材料，
制造的各向异性NdFeB辐射取向磁环，根据磁粉种类以及工艺参数的不同，其磁能积（BH）m达到200～256k J/m3，相对密度达到0.95～1。
2.根据权利要求1所述的一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其特征在于，所述的微波热压处理中：温度为700-1000℃，压力为50-100MPa，保压时间为5-10min。
3.根据权利要求1所述的一种各向异性NdFeB辐射取向磁环的制造方法，其特征在于，所述的辐射磁场下取向成型中：辐射磁场的强度为1.5-1.8T，外加磁场为脉冲磁场或静磁场。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Manufacturing method of anisotropic NdFeB radial orientation magnet ring Effective date of registration: 20200708 Granted publication date: 20150708 Pledgee: Dongyang Branch of China Construction Bank Co.,Ltd. Pledgor: Hengdian Group DMEGC Magnetic Ltd. Registration number: Y2020330000459 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220110 Granted publication date: 20150708 Pledgee: Dongyang Branch of China Construction Bank Co.,Ltd. Pledgor: HENGDIAN GROUP DMEGC MAGNETICS Co.,Ltd. Registration number: Y2020330000459 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |