CN102982961A

CN102982961A - 采用保压固化工艺制备各向异性粘结磁体的方法

Info

Publication number: CN102982961A
Application number: CN2012105458750A
Authority: CN
Inventors: 孙爱芝; 董娟; 张倩; 徐文欢; 吴深; 强文江
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: CN102982961B

Abstract

本发明采用保压固化工艺制备各向异性粘结磁体的方法，该方法将各向异性磁粉与环氧树脂等热固性粘结剂和偶联剂、润滑剂等混合均匀，制成复合磁粉，随后进行取向、模压成型和加压固化处理。加压固化处理是使毛坯在升温固化的同时，维持一定的压应力。加压固化可以采用两种方式：一是模具内的原位预保压固化处理，即压制成型，并经退磁后，先不脱模，而是保压至粘结剂发生一定程度的交联固化后（环氧树脂粘度大于18000Pa×s）再脱模；二是压制成型后，直接脱模，随后在固化的同时，施加压应力，如采用热等静压固化等方法对毛坯进行加压固化。采用加压固化技术可有效地提高粘结磁体的磁性能。

Description

采用保压固化工艺制备各向异性粘结磁体的方法

技术领域

本发明属于各向异性模压粘结磁体的制备方法，具体涉及一种高取向、高密度、高表面平整性的各向异性粘结磁体的保压固化技术。

背景技术

采用热固性树脂制备模压各向异性粘结磁体的基本工艺流程为：

磁粉与粘结剂、添加剂混炼得到复合磁粉→磁场取向→成型/温压成型→退磁→固化→防腐处理→性能检测，其中添加剂是指润滑剂、偶联剂等；粘结剂一般采用环氧树脂、酚醛树脂等热固性树脂。在一定的温度范围内对环氧树脂粘结剂加热，其粘度随保温时间的变化曲线如图1所示。在保温的过程中，首先环氧树脂粘结剂受热而软化、液化，表现为粘度急剧降低，流动性大大提高；随着保温时间的进一步延长，将发生交联固化，环氧树脂失去流动性，成为固体。保温温度不同，软化时间和交联固化时间将不同。一般情况下，提高加热温度会导致软化和固化所需时间的缩短。

成型工艺可以采用室温成型或温压成型。温压取向成型是指磁粉在一定的温度下，进行取向和成型的过程。在温压成型过程中，复合磁粉受热，其中的粘结剂将软化、液化，随后取向压制，这样能够利用粘结剂软化后粘度降低所起的润滑作用，达到降低磁粉间及磁粉与模壁间转动及摩擦阻力的目的，进而提高磁体的取向度和密度。由于粘结磁体的最大磁能积（BH）max正比于剩磁(Br)的平方，而剩磁可以表示为：

其中，

——磁性粉末的剩磁；

d——磁体的实际密度；

d₀——粘结磁体的理论密度；

——非磁性相在磁体中所占的体积分数；

——取向度。

因此，取向度和磁体实际密度的提高将有利于提高各向异性粘结磁体的磁性能。

采用室温模压成型工艺制备的磁体的固化过程及采用温压成型工艺制备磁体的温压和固化过程中，磁体中的环氧树脂类热固性树脂都将经历升温和保温的过程。由于常规的取向压制过程的时间都比较短（一般不会超过1min），因此，即便采用温压成型，粘结剂仅发生了软化，来不及交联固化，在随后的固化工艺过程中，粘结剂均要经历先软化后固化的过程。

取向成型后磁体要经退磁处理，以减小取向磁粉间的磁排斥作用对磁体结构完整性和磁体表面平整性的不利影响。

然而，由于NdFeB材料的居里温度超过了粘结磁体所用的环氧树脂类粘结剂的承受极限，因此，对于取向成型后的各向异性NdFeB粘结磁体，不能采用热退磁技术，而目前的非热退磁技术，特别是实际生产中多采用的交流退磁、反向脉冲退磁技术难于实现没有剩磁的理想完全退磁状态。由于取向成型后磁体内部粉末颗粒的易磁化方向将趋于同向排列，因此，退磁不净的磁粉颗粒之间具有很大的磁排斥作用。

在随后的固化阶段，当粘结剂软化时，其润滑作用使得粉末颗粒间的机械咬合力大大降低，在取向粉末颗粒之间的磁相互排斥作用下，使得部分取向粉末颗粒能够挣脱粉末间的机械咬合力，造成颗粒转动、移位，特别是对于处在磁体表面和棱角处的粉末颗粒，这种现象就更明显，从而使得磁体表面变得粗糙、产生毛刺，造成磁体的取向度和密度下降，从而降低了磁体的磁性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模压各向异性粘结磁体的制备方法，解决现有粘结磁体固化过程中，由于粘结剂软化造成的磁体密度降低，取向度变差等问题，从而制备高性能的各向异性粘结磁体。

本发明的技术方案为：一种采用保压固化技术制备各向异性粘结磁体的方法，其特征在于包括如下的工艺过程：

步骤（1）原料：

原料为各向异性磁性粉末、热固性树脂粘结剂、偶联剂和润滑剂。

各向异性磁性粉末为钕铁硼、钐钴、钐铁氮、铝镍钴、铁氧体等各类永磁材料；热固性树脂粘结剂为环氧树脂、酚醛树脂等热固性树脂；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯等；润滑剂为石蜡、硬质酸盐、硅油等。

粘结剂的重量含量为磁粉的0.5%-5%，优选2%-3.0%。偶联剂的重量含量为磁粉的0.005%-2%，优选0.1%-0.5%。润滑剂的重量含量为磁粉的0.05%-2%，优选0.5%-1.5%。

步骤（2）混料：

将上述步骤计量好的偶联剂溶于相应的有机溶剂中，然后与各向异性磁性粉末混合均匀，待有机溶剂挥发去除后，偶联剂就均匀地包覆于各向异性磁性粉末表面；随后将计量好的粘结剂、润滑剂溶于相应的溶剂中，然后与包覆偶联剂的各向异性磁性粉末混合均匀，待有机溶剂去除后，即可得到制备粘结磁体所用的磁粉—树脂复合粉，即复合磁粉。

步骤（3）取向成型：

将干燥后的复合磁粉，置于磁场中取向、加压成型，得到毛坯，其中，所述磁场强度大于0.6T，优选磁场强度大于2T，压制压力为600-1200MPa。

成型可采用室温和温压成型两种方式，两者的区别在于压制温度不同，温压成型更有利于提高磁性能，故多采用温压成型。

温压取向成型是指磁粉在一定的温度下，进行取向和成型的过程。一般情况下，温度范围为高于室温，优选100-180℃。此时，在压制的过程中，环氧树脂类粘结剂由于软化，粘度降低，而起到润滑剂的作用，从而有利于提高磁体的取向度和密度，进而提高磁体的磁性能。

磁粉的加热过程可以通过对磁粉预热或通过将磁粉放入热模具中，通过热模具的加热而实现。

磁粉在模腔内的保温时间视磁体的尺寸而定，原则是使粘结剂软化，处于最低粘度状态。

步骤（4）退磁：

对毛坯退磁，退磁的方式采用交流脉冲退磁或反向脉冲退磁中的一种。

步骤（5）保压固化处理：

粘结磁体的常规固化工艺为无压固化，一般是将磁体加热到一定温度，保温。保温温度一般为100-200℃，优选130-170℃；保温时间一般为0.5-2小时，可根据磁体的尺寸适当调整。

保压固化处理是使毛坯在升温固化的同时，维持一定的压应力，避免毛坯升温过程中经过粘结剂的软化阶段时，由于磁体难以完全退磁，磁粉间存在的排斥作用造成磁体中粉末颗粒，特别是表面和棱角处的粉末颗粒的转动，对磁体密度和取向度的破坏；同时，模具内的原位加压固化可以大大降低“弹性后效”引起的磁体体积的膨胀，从而可以提高磁体的密度。

保压固化可以采用两种方式：

一是模具内的原位预保压固化处理，即压制成型，并经退磁后，得到毛坯后，先不脱模，而是原位保压至粘结剂发生部分交联固化后（环氧树脂粘度大于18000Pa×s），再脱模，继续进行常规的无压固化。粘结剂交联固化所需时间与温度有关，一般随温度的升高，交联固化所需的时间可以大大缩短，其时间从几十秒钟到几小时不等。考虑到环氧树脂在高温会发生碳化的现象，因此，最高温度一般不超过200℃。从提高生产效率考虑，要求时间尽可能缩短，因此，优选固化温度为150℃-180℃，其交联固化时间为0.5-10分钟；选择快速固化的粘结剂，其交联固化时间可以进一步缩短到半分钟以内。保压压力为50-1200MPa。

经过预保压固化处理的磁体，再经进一步的无压固化后，由于粘结剂不再发生软化的现象，仅起到提高交联程度的作用，因此，可以避免了磁粉间的转动对磁体取向度和表面质量的破坏。

二是压制成型后，直接脱模，随后在固化的同时，施加压应力，如采用热等静压固化方法对毛坯进行加压固化。热等静压固化工艺条件为：温度为100-200℃；时间为30-120min，压力为50-1200MPa。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明采用加压固化避免了毛坯升温过程中经过粘结剂的软化阶段时，由于磁体难以完全退磁，磁粉间存在的排斥作用造成磁体中粉末颗粒，特别是表面和棱角处的粉末颗粒的转动，对磁体密度和取向度的破坏；同时，模具内的原位加压固化可以大大降低“弹性后效”引起的磁体体积的膨胀，从而可以提高磁体的密度，且磁性能和表面质量均得到了提高。

附图说明：

图1为不同温度下环氧树脂粘度随保温时间的变化。

图2为本发明的工艺流程图。

具体实施方式：

以下结合实施例对本发明进行详细说明，本发明不受这些制造实施例所限。

实施例1：

磁粉为HDDR各向异性NdFeB磁粉，环氧树脂粘结剂含量为2.5%（质量分数），硅烷偶联剂的含量为0.5%（质量分数），温压成型温度为120℃，压制压力为800MPa，取向磁场为1.8T，分别制备保压与非保压固化磁体，保压固化工艺为：温度120℃、时间30min和压力400MPa，保压前后磁体的最大磁能积提高了11.3%。

实施例2：

磁粉为HDDR各向异性NdFeB磁粉，环氧树脂粘结剂含量为2.5%（质量分数），硅烷偶联剂的含量为0.5%（质量分数），压制压力为800MPa，取向磁场为1.8T，保压时间为30min，保压压力为400MPa，分别经室温和120℃的压制与保压处理，与室温相比，经120℃保压固化的各向异性粘结磁体的最大磁能积提高76.9%。

实施例3：

磁粉为HDDR各向异性NdFeB磁粉，环氧树脂粘结剂含量为2.5%（质量分数），硅烷偶联剂的含量为0.5%（质量分数），温压成型温度为120℃，压制压力为800MPa，取向磁场为1.8T，在120℃、400MPa的压力下，分别保压固化2min和20min，与保压2min磁体相比，保压20min磁体最大磁能积提高7.0%。

实施例4：

磁粉为HDDR各向异性NdFeB磁粉，环氧树脂粘结剂含量为2.5%（质量分数），硅烷偶联剂的含量为0.5%（质量分数），温压成型温度为120℃，压制压力为800MPa，取向磁场为1.8T，在120℃，保压压力分别为40MPa和400MPa下，保压固化30min，与保压压力为40MPa磁体相比，保压压力为400MPa磁体最大磁能积提高3.0%。

实施例5：

磁粉为HDDR各向异性NdFeB磁粉，环氧树脂粘结剂含量为3%（质量分数），硅烷偶联剂的含量为0.005%（质量分数），润滑剂的重量含量为磁粉的0.5%,温压成型温度为140℃，压制压力为1200MPa，取向磁场为1.8T，在120℃、400MPa的压力下，预保压固化5min。

实施例6：

磁粉为HDDR各向异性NdFeB磁粉，环氧树脂粘结剂含量为3%（质量分数），钛酸酯偶联剂的含量为0.1%（质量分数），润滑剂的重量含量为磁粉的0.05%,温压成型温度为180℃，压制压力为600MPa，取向磁场为2.0T，在180℃，预保压压力为50MPa下，保压固化1min。

Claims

1. 一种采用保压固化技术制备各向异性粘结磁体的方法，其特征在于包括如下的工艺过程：

步骤（1）原料：

原料为各向异性磁性粉末、热固性树脂粘结剂、偶联剂和润滑剂，其中，粘结剂的重量含量为磁粉的0.5%-5%，偶联剂的重量含量为磁粉的0.005%-2%，润滑剂的重量含量为磁粉的0.05%-2%；

步骤（2）混料：

将上述步骤计量好的偶联剂溶于相应的有机溶剂中，然后与各向异性磁性粉末混合均匀，待有机溶剂挥发去除后，偶联剂就均匀地包覆于各向异性磁性粉末表面；随后将计量好的粘结剂、润滑剂溶于相应的溶剂中，然后与包覆偶联剂的各向异性磁性粉末混合均匀，待有机溶剂去除后，即可得到制备粘结磁体所用的磁粉—树脂复合粉，即复合磁粉；

步骤（3）取向成型：

将干燥后的复合磁粉，置于磁场中取向、加压成型，得到毛坯，其中，所述磁场强度大于0.6T，压制压力为600-1200MPa；其中，所述成型的温度为室温-200℃；

步骤（4）退磁：

对毛坯退磁，退磁的方式采用交流脉冲退磁或反向脉冲退磁中的一种；

步骤（5）保压固化处理：

将上述毛坯在模具内的原位预保压固化，保压至粘结剂发生部分交联固化，其粘度大于18000Pa×s后再脱模，继续进行常规的无压固化或直接脱模后，对毛坯进行热等静压固化，得到各向异性粘结磁体；其中，预保压固化的工艺为：温度为室温-200℃；时间为0.3-120min，压力为50-1200MPa；热等静压固化工艺条件为：温度为100-200℃；时间为30-120min，压力为50-1200Mpa。

2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中优选粘结剂的重量含量为磁粉的2.0%-3.0%；优选偶联剂的重量含量为磁粉的0.1%-0.5%；优选润滑剂的重量含量为磁粉的0.5%-1.5%；所述步骤4中保压固化的工艺为：优选温度为150-180℃。

3. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述各向异性磁性粉末为钕铁硼、钐钴、钐铁氮、铝镍钴或铁氧体的各类永磁材料；

根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为环氧树脂或酚醛树脂。

4. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

5. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为石蜡、硬脂酸盐或硅油。