CN103035400A - 稀土永磁体的近净形制造 - Google Patents

稀土永磁体的近净形制造 Download PDF

Info

Publication number
CN103035400A
CN103035400A CN2012104605080A CN201210460508A CN103035400A CN 103035400 A CN103035400 A CN 103035400A CN 2012104605080 A CN2012104605080 A CN 2012104605080A CN 201210460508 A CN201210460508 A CN 201210460508A CN 103035400 A CN103035400 A CN 103035400A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
sintering
permanent magnet
dysprosium
terbium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012104605080A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103035400B (zh
Inventor
E·P·贝克
Y·王
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN103035400A publication Critical patent/CN103035400A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103035400B publication Critical patent/CN103035400B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/057—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
    • H01F1/0571—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes
    • H01F1/0575—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together
    • H01F1/0577—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together sintered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B22F3/08—Compacting only by explosive forces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0266—Moulding; Pressing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0273—Imparting anisotropy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0293—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets diffusion of rare earth elements, e.g. Tb, Dy or Ho, into permanent magnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2202/00—Physical properties

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及稀土永磁体的近净形制造。一种近净成形稀土永磁体的方法和永磁体。所述方法包括：将多种磁性材料粉末引入到模具中，关闭模具和冲击压实所述模具中的所述粉末，以及烧结所压实的磁体粉末以形成稀土永磁体零件。在一种形式中，经历压实的磁性材料为由两种或多种不同磁性材料粉末前导体制成的混合物。在所述混合物中可以添加附加的材料。一种这样的附加材料可以是用于减小开裂可能性的润滑剂，而另一种可以是用于提供混合物的氧化保护的涂层。在过程的烧结或相关高温部分之前或与其一起还可以使用真空或惰性环境。

Description

稀土永磁体的近净形制造
本申请要求2011年9月29日提交的美国临时申请61/540,737的优先权。
背景技术
本发明总的涉及用于电机中的永磁体的成型，尤其涉及包括稀土(RE)材料以改进所成型磁体的磁性能，并使用快速压缩技术作为将磁体成型为要求很少或没有二次成形加工的形状的一种方法。
永磁体已广泛使用于各种设备中，包括用于混合和电动车辆、风车、空调和其他机械化设备中的牵引电机。一种永磁体-钕铁硼(Nd-Fe-B)烧结型永磁体-包含稀土金属，例如镝(Dy)或铽(Tb)，用以改善磁体在高温下的磁性能(例如本征矫顽磁性)。
已知的稀土磁体制造方法以初始准备开始，包括用于期望材料成分的原材料(铁、铁钕合金、硼以及铁镝合金等)的检查和称重。此后材料被真空感应熔炼和薄带连铸，从而形成尺寸为几厘米的薄片(小于1mm)。在此之后进行氢爆碎，其中薄片在大约25℃至大约300℃下吸收氢大约5至大约20小时，在大约200℃至大约400℃下脱氢大约3至大约25小时，此后受到锤式粉碎和磨碎和/或机械粉碎或氮研磨(如需要)，从而形成适于进一步粉末冶金加工的细粉。该粉末典型地按大小分级进行筛选，然后与用于最终所需要的磁性材料成分的其他合金粉末混合，通过在模具中的适合压制操作(通常在室温下)连同粘合剂一起制成生坯件(green part)(典型地以立方体形式)。在一种形式中，在将粉末成型为立方体块或其他形状之前对粉末进行称重。然后所成型件被真空包袋，并受到等静压制，在此之后将其烧结(例如，在真空中以大约900℃至大约1100℃烧结大约1至大约30小时)并如果需要，老化(例如在真空中以大约300℃至大约700℃大约5至大约20小时)。典型地，总重大约300kg至大约500kg的许多块料作为一炉同时经历烧结。然后根据用于磁体的所需要最终的形状从较大块切割出磁体片并将其机械加工为最终的形状。此后如果需要，对磁体片进行表面处理。
通常在粉末金属工艺中，生坯件的密度为理论密度的大约50％至55％，这导致在烧结过程中出现严重收缩。如果生坯件为立方体块形式，则收缩是一致的。但是，如果生坯件是非对称形状，则其将会以典型地难于控制的方式发生变形和弯曲。为了避免上述问题，通常从块状材料机械加工所需的磁体；这种工艺引起了相对较大量的材料损耗，其产量典型地为55％至65％(即大约35％至45％的材料损耗)。还产生了与常规基于冶金的粉末技术相关的其他困难。例如，原始大块坯料的表面还受到一些氧化，这可能会引起材料的额外损耗。
制造过程中的大量材料损耗大大增加了最后加工出的RE磁体的成本。在过去几年中，由于RE金属原料的价格大幅上升，这一成本大大增加。同样地，存在与精确地生产划算的含RE材料的磁体相关的重大问题。
发明内容
本发明的一个方面是一种RE永磁体的近净形制造方法。在一个实施例中，该方法包括将磁性材料粉末引入到模具中，在模具中冲击压实粉末，以及将所压实的磁体粉末烧结以形成RE永磁体零件。在一个方式中，粉末(其可为混合物或者两种或更多种不同的粉末前驱体)包含有镝(Dy)或铽(Tb)中的至少一种，作为增加磁体的升高温度性能的方法。
本发明的另一方面包括一种冲击压实RE永磁体的方法。该方法包括，将钕铁硼(Nd-Fe-B)粉末和含有镝(Dy)和铽(Tb)中的至少一种的粉末引入到模具中，用模具冲击压实粉末以及然后烧结被压实的粉末。
本发明的另一方面还包括形成RE永磁体的方法，通过将钕铁硼粉末和含有镝(Dy)和铽(Tb)中的至少一种的粉末引入到模具中，通过带有粉末的模具的高速冲击而压实粉末，从而在粉末中存在的颗粒至少局部表面发生熔化，并然后烧结所压实的粉末。高速冲击能够在非常短的时间内产生与前述冲击加载相似方式的高压力波；这反过来趋于产生局部熔化。
本发明提供下述技术方案：
方案1.一种近净形成形稀土永磁体的方法，所述方法包括：
将多种磁性材料粉末引入到模具中；
将所述多种粉末混合以制成混合粉末；
在所述模具中将所述混合粉末冲击压实，以制成压实粉末；以及
烧结所述压实粉末。
方案2.方案1的方法，还包括通过在所述烧结之前加上保护层而减少所述压实粉末的氧化。
方案3.方案2的方法，其中所述保护粉末为陶瓷基浆料。
方案4.方案3的方法，其中以慢速加热所述浆料和所述压实粉末。
方案5.方案2的方法，还包括使所述压实粉末经历真空气氛或氧化的惰性气氛中的一种。
方案6.方案1的方法，其中所述冲击压实通过电液压过程、电磁过程、弹簧释放过程、压电过程、爆炸过程、电子枪过程或上述过程的组合而产生。
方案7.方案6的方法，其中在由所述爆炸过程引起的所述冲击压实之前，将金属层放置在所述磁性材料粉末和爆炸物之间。
方案8.方案1的方法，其中所述压实粉末的密度为理论密度的至少大约90％。
方案9.方案1的方法，其中所述稀土永磁体具有非化学计量成分。
方案10.方案1的方法，还包括所述稀土永磁体的表面处理。
方案11.方案1的方法，还包括在磁场存在下调整所述混合粉末的粉末对齐。
方案12.方案1的方法，还包括冷却所述模具中所烧结的粉末。
方案13.方案1的方法，其中烧结所述压实磁性材料粉末包括以大约1℃/min至大约5℃/min的速度加热至大约900℃至大约1200℃的范围内的温度持续大约1至大约10小时之间。
方案14.方案1的方法，其中在大约20℃至大约25℃的温度下进行所述冲击压实。
方案15.方案1的方法，其中在与所述模具不同的第二模具中烧结所压实的磁性材料粉末。
方案16.方案1的方法，其中所述多种粉末中的至少一种包括镝和铽中的至少一种，从而在所述冲击压实之前，所述镝和铽中的所述至少一种以大约1重量百分数至大约9重量百分数的量存在于所述稀土磁性材料粉末中。
方案17.一种冲击压实稀土永磁体的方法，所述方法包括：
将钕铁硼粉末和含有镝和铽中至少一种的粉末的混合物引入到模具中；
使用磁场以优先地对齐所述钕铁硼粉末和所述含有镝和铽中至少一种的粉末的至少一种；
冲击压实所述粉末；
烧结所述压实的粉末。
方案18.方案17的方法，其中所述混合物还包括达到约2重量百分数的量的润滑剂。
方案19.方案18的方法，其中所述润滑剂为基于无机的，包括氮化硼、二硫化钼和二硫化钨中至少一种。
方案20.方案18的方法，其中所述润滑剂为基于有机的，包括硬脂酸锌和石蜡的至少一种。
方案21.方案18的方法，还包括从由机械加工、重压、压印、筛分、去毛刺、表面压缩锤击、接合以及滚磨构成的组中所选择的二次加工。
附图说明
当结合下列附图阅读时，可以最好地理解本发明的优选实施例的下述详细说明，其中使用相似的附图标号表示相似的结构，其中：
图1A是根据本发明的一个方面形成RE永磁体的主要步骤的流程图；
图1B是在图1A过程的冲击加载或相关的高速冲击部分中使用的压制模具的示意图；
图2示出了简化的基于永磁体的电机结构和简化的基于感应的电机结构之间的比较，以及使用图1B的模具压实的磁体的在前者中的表示性放置；以及
图3示出了包含混合推进系统的车辆，该混合推进系统包括使用根据本发明制造的磁体的基于永磁体的电机。
具体实施方式
本发明关于一种以减小残余应力、变形和表面氧化的方式制造RE永磁体的工艺。该工艺大大减小或消除了后续的机械加工操作的需要，还降低了制造过程中的材料损耗，同时仍能够提供粉末中镝或铽的高度表面浓度，但保持总体浓度(即体内浓度)低。通过举例，当这种磁体配置为在用于将至少一部分推进力提供给汽车或卡车的牵引电动机中使用时，表面浓度可以为大约5至50重量百分数，而体内浓度在约1重量百分数和约8重量百分数之间。通过这种方式，体内浓度表明比通常采用镝或铽在约6至10重量百分数之间的传统的加载镝或铽的钕铁硼(Nd-Fe-B)永磁体大大减小。
该工艺包括使用最少的机械加工的近净形制造RE磁体，通过这种方式减小或消除变形或翘曲。制造磁体生坯件可能需要少量的润滑剂，以便防止这些生坯件在压制期间开裂。在这种情况中，根据剩余的过程参数，优选地与无机的(例如氮化硼、二硫化钼或二硫化钨)或有机的(例如硬脂酸锌或石蜡)载体一起使用润滑剂。在两者中任一的结构中，润滑剂有助于便于混合物致密化而不会开裂。
如上所述，使用高速致密化有助于大大提高生坯件的密度。例如，与为理论密度的大约50％至55％(或者等静压制后略高于60％)的前述生坯件密度值相比，本发明可以使生坯件达到理论密度的65％或更高很多。这反过来使得烧结之后的最终密度达到约95％至99％，或更高。因此，由于这更高的密度，通过该工艺制造的磁体可能具有更好的磁性能和机械性能，尤其是疲劳强度。与传统过程相比，可缩短该过程时间，同时成本更低。而且，该工艺不限于小规模的应用，能够在压实中保持粉末的原始特性。可以使用独特的组成，例如非化学计量组成和非均衡结构，来制造合金。
如上所述，在一种形式中，使用少量润滑剂进行粉末的研磨和混合，以有助于促进粉末的密实而不会裂缝。将粉末供给入具有最终磁体形状的模具中。使用通过冲击加载或其他高冲击速度工艺的闭模压实代替等静压制步骤。虽然由于模腔中的绝热效应压实物会达到高温，但是可以在大约室温下(例如大约20℃至25℃)实施闭模和冲击压实。该高温会软化粉末材料并使其易于塑性变形，甚至对于易碎的材料例如陶瓷，也使压实成为可能。
在真空炉中以大约900℃至大约1200℃烧结所压实的生坯件大约1至10小时，此后所完成的零件经过后续单个或两个步骤的较低温老化热处理。
如果需要，在烧结之后可以加入压印加工过程(温或热的)，以降低/消除由残余应力引起的变形。虽然通常压印加工是在室温下进行，但是本发明人确定了磁性材料例如此处所述的这些材料对于压印加工来说在室温下十分易碎；因此，他们确定了提高温度的压印加工(例如在大约600℃至大约750℃之间)可能是优选的。这应该在真空或惰性气氛(例如N2或Ar)中进行以防止氧化。在不希望进行烧结后的切割和机械加工的情况下，如果需要，可以进行替代的小抛光(例如用硅砂)。
通过穿过密封粉末的冲击前沿而压实粉末。冲击波在高压和非常短时内产生高速撞击(大约10至大约1000米/秒)。根据所使用的压实设备，压力可以为大约150至大约500兆帕(MPa)。响应于压缩弹簧设备、电液压设备、电磁设备、压电设备、爆炸设备和电子枪设备通过移动压实部件(例如下文更详细说明中的活塞)实现冲击加载。优选地，压实发生在一秒钟的若干分之几，尤其，少于10微秒。在这些高应变情况下，由于大量局部产生的热量，材料易于塑性变形。因为没有足够时间来通过热传递散热，由于绝热效应，热量甚至会局部地熔化粉末材料。如上所述，甚至陶瓷材料粉末前驱体可以由于冲击加载产生的高应变速率变形而发生塑性变形。
首先参照图1A，示出了根据本发明一个方面的制造RE永磁体的工艺路线。工艺过程1包括将不同组成粉末10A、10B至10N混合10，所述不同组成粉末10A、10B至10N对应于形成磁体所需的材料的数量。例如，如果所制造的磁体是基于钕铁硼(Nd-Fe-B)构造，其中至少一部分钕要由镝(Dy)或铽(Tb)替代，组成粉末10A至10N可以包括前述的包含镝(Dy)或铽(Tb)的铁基粉末，以及钕铁硼(Nd-Fe-B)基粉末。在一种形式中(例如用于包括前述牵引电机的汽车或卡车应用)，完成的RE永磁体将具有约8或9重量百分数的镝(Dy)，虽然本领域技术人员将会理解其他应用(例如风机，其中镝(Dy)或铽(Tb)的体内浓度可以需要为大约3到4重量百分数)可以实现类似的体内浓度降低，如其中这些和其他RE浓度需要更高的应用。无论如何，在任何这种电机中使用永磁体能够受益于改进的磁性能(例如矫顽磁性)都认为在本发明的范围内。
本领域技术人员还将理解，另外的成分-例如上述提及的粘合剂和润滑剂-也可以包含在通过混合10产生的混合物中，虽然应该将这些粘合剂和润滑剂保持为最小量，从而避免磁性能的污染或降低。同样，本领域技术人员将会理解在上述混合10之前、之后或与混合10一起可以采用其他步骤；这些步骤可以包括上述的熔化、薄带连铸、氢爆碎、磨碎、研磨和筛选。在一种形式中，混合10可以包括使用镝(Dy)或铽(Tb)(例如在大约15重量百分数和大约50重量百分数之间的Dy或Tb)的铁基合金粉末与钕铁硼(Nd-Fe-B)基粉末混合。
混合10随后可以是磨碎和激活步骤20，之后进行通过冲击加载30的闭模压实以产生密实的生坯件。由此，使用烧结40以通过加热和固态扩散促进冶金结合。因而，烧结40-其中温度稍微低于熔化材料所需的温度-被理解为与包括熔化的其他较高温度操作不同。在烧结过程中，有利的是保持真空(例如，在2至8小时时间期间尤其在3至6小时的更具体范围的时间期间为大约10-3帕)，以便实现99％(或更高)的理论密度。正如本领域技术人员理解的，较长的烧结40时间可以进一步改进烧结密度。烧结40之后还可以采用另外的二次加工，包括机械加工50以及其他步骤(未示出)，包括重压、压印、筛分、去毛刺、表面压缩锤击、接合、滚磨等。此外，可以采用防止氧化的步骤，例如在某些情况中，例如将热锻用作烧结40之后的机械加工50之一的情况，通过添加氧化物或相关涂层。
优选地，使用磁场25帮助形成经历磨碎和激活步骤20的材料。这发生在冲击加载30之前(或同时)，从而有助于促进粉末在磁场(优选在大约1.5至2特斯拉之间)下对齐。磁场会引起混合物中的各独立磁粉对齐，从而所完成的磁体将具有优选的磁化方向。
在一种形式中，使用润滑剂(未示出)可有助于避免由于冲击加载30中固有的高压所引起的开裂问题。例如，合金粉末10A至10N中的一个可以包含润滑剂，优选的以达到大约2重量百分数的量，润滑剂可以在粉末10A至10N引入模具之前与其混合。根据剩余的加工参数，优选地与无机的(例如氮化硼、二硫化钼、二硫化钨)或有机的(例如硬脂酸锌或石蜡)载体一起使用润滑剂。
如上所述，优选的是制造小的磁体零件，而不是此后从中取出较小片的大块材料。在一种形式中，小磁体零件为大约2厘米长和大约5毫米厚，并以近净形(在一种形式中其可以大体为直线的，而另一种形式为稍微弓形的)制造。由于氧化关系到这些零件，有利的是在真空环境中进行至少一些步骤，例如所示的真空70，但是伴随着抽空过程的加热和伴随的扩散趋于引起RE材料从表面的损耗。由此，可以使用保护层或涂层60用于防止在烧结40过程中的该镝(Dy)或铽(Tb)的损耗。在一种形式中，保护涂层60为配置为具有高的热绝缘和抗氧化特性的陶瓷涂层。例如，可以使用由悬浮在硅酸钠的有机基(例如乙醇或丙酮)溶液中的陶瓷颗粒和矿物颗粒的混合物制成的浆料。在一种形式中，该混合物可以包括(按重量)大约55至65％的氧化硅，大约25至35％的氧化镁，大约2至8％的高岭土以及大约2至8％的蒙脱石。按重量大约20至40％的溶液包括溶解的硅酸钠，其具有的硅石对氧化钠摩尔比率为大约2.5至3.8。通过这种方式，浆料按重量含有溶液的大约40至48份。该浆料可以用于涂覆磁体，在这之后，在烧结40之前两者以慢速率(例如在大约每分钟1℃和每分钟5℃之间)被加热；通过这种方式，促进了硅酸钠的彻底脱水，如陶瓷颗粒和硅酸钠之间的反应。该慢加热能够以节省能源的方式与烧结40一起在真空下进行。
必须注意保证任何施加的涂层60在经历与真空70一起使用以提供热处理的熔炉之前基本上没有任何残余液体或浆料存在，以避免后续烧结40过程中的挥发性问题。同样地，用于在烧结40之前将保护涂层60放置在磁体上以防止表面元素例如镝(Dy)或其他RE损失的方法(例如前面段落所述的)将采用有机的(而不是无机的)溶剂作为粘合剂。在优选方式中，通过喷射施加涂层60，优选地厚度在大约10至500微米之间，以便降低或消除烧结40过程中RE元素的反应，以及降低或消除RE元素释放到真空70中。
在优选方式中，保护涂层60为临时除层，其可以在与真空70共同(或作为真空的一部分)使用的烧结40和热处理之后移除(例如通过喷丸处理等)。虽然所提及的构成保护层的混合物包含硅酸钠，本领域技术人员将会理解也可以使用在烧结温度下表现出惰性行为的其他仿瓷物质；几个这样的实例是氧化铝或硫化镝。而且，一些涂层成分能永久地留在磁体上作为抗氧化保护涂层。
接下来参照图1B，用于过程1的冲击加载30部分的装备是用于产生冲击波压实的压制模具130的形式。压制模具130包括形成腔132的外壳131。具有静态的下模133和可移动的上模134。可移动的上模134置于压实活塞135上，该压实活塞135进而响应于用于将高速移动传递到压实活塞135上的爆炸、弹簧或其他介质(未示出)。由混合10制造的粉末材料置于下模133中，使得从压实活塞135传递给粉末材料的冲击波形成近净形的致密的生坯件。
随着冲击加载压实，优选平面冲击波因为它们提供控制波、以及由此提供通过被压实的零件的最大和一致压实的能力。在爆炸、蒸发的铝箔(在高电压和大电流下)、或释放的弹簧驱动的冲击加载的情况下，在压制模具130的顶部开始加负荷，并且允许冲击波使正被压缩的粉末10的长度变短。冲击前沿将密封在上模134和下模133之间的粉末压实为固体形式。由冲击前沿施加的压力通常比被压实的粉末10的剪应力大非常多。这引起粉末10的塑性变形，以及由于材料的塑性流和孔隙的坍塌引起的压实的致密化。由冲击前沿所引起的颗粒与颗粒之间的摩擦、变形热和各独立颗粒的高速撞击导致颗粒与相邻颗粒之间的结合，从而能够制造接近于理论密度的压实。由此，所制造的磁体最终密度可以至少大约为理论密度的95％、或至少大约为96％、或至少大约为97％、或至少大约为98％、或至少大约为99％，所有这些接近大约7.5克/厘米3的理论密度。
与常规的压制方法相比，冲击压实具有大量优点。例如，它不限于小规模的应用，在压实中可以保持原有的粉末特性。可以使用特有的成分(包括非化学计量成分)和非平衡结构制造零件。同样地(如上所述)，伴随的绝热发生可以有助于提供粉末的局部熔化，由此能够使用可能不可兼容的前导材料(例如陶瓷)。
随着爆炸冲击压实，可以将一层牺牲金属放置在粉末10和爆炸物之间。在一种形式中，该层可以由钢或其他金属制成的板制成。在另一种形式中，根据零件的几何学，其可以为模具130的一部分。对于弹簧释放机构，在粉末10和弹簧(未示出)之间可需要模具130的一部分。
典型地，冲击加载过程仅使用一个冲程和一个模具，并产生一个或多个零件。但是，如果需要，可以使用多个冲程。尤其对于使用弹簧释放冲击加载机械更是如此。
如上结合图1A所述，一旦零件经受冲击加载30，它就可以经历烧结40以改进其密度和强度。如上所述，零件典型地以大约1℃/分钟至5℃/分钟的慢速率被加热到大约900℃至大约1200℃的范围内的温度大约1至10小时之间。尤其，加热速度可以在大约2℃/分钟至5℃/分钟之间。可以与烧结一起进行老化。因而，平均烧结温度为大约1050℃，典型的烧结和老化时间为大约5至30小时。典型的烧结真空在大约10-3至大约10-5帕斯卡的范围内。这些较长的烧结时间可以显著提高烧结密度，同时慢加热速率促进浆料材料的彻底脱水。与其他形式的粉末冶金处理一样，可以使用冷却时间表，其中在很多小时过程内冷却所烧结和压实的元件。
可以由热作工具钢(例如D2钢)、不锈钢、钨合金、镍基超耐热合金或其他材料在高温下以高强度制成压制模具130。
接下来参照图2和3，示出了永磁体电机200的一部分和使用这种电机200的车辆300，同时为了比较目的另外示出了感应电机400。在当前形式中，车辆300配置为混合动力(也称为混合电动车辆(HEV)或增程型电动车(EREV)，其是称为电动车辆(EVs)的较大类的车辆的一部分)，其中电机200与燃料电池(未示出)或电池组210协同使用，以向车辆300的车轮传递推进功率。还可以使用传统内燃机(ICE)220；这样的内燃机可以直接耦接到动力传动系以将功率传递给车轮，或者可以耦接到电机200以便将轴马力转换为电功率。尤其参照图2，沿电机200的轴向尺寸的剖面图示出了由磁兼容材料(例如铁)制成的定子201和转子202。定子201确定了多个径向延伸的齿203，其为多个电枢绕组204提供支撑。在想象的实施例中，根据电枢绕组204的数量，齿203的数量有助于确定产生多相配置的结构。本领域技术人员将会理解，构成绕组204的载流电线确定了可绕齿203缠绕的传统的U相、V相和W相配置。多个RE永磁体206设置在转子202的外围，从而它们与由定子201上的绕组产生的磁场进行磁通信。出于简洁，示出了永磁体结构200和感应结构400之间的比较。
[0006]进而，永磁体电机200和感应电机400的比较突显，可以采用根据本发明制造的前述永磁体206。感应电机400使用带有转子绕组407的转子402，该转子绕组与定子401中类似的绕组404配合使用，从而使绕组404中的电流变化引起转子402和轴405的转动运动。本领域技术人员将会理解，图3示出的电机可以合适地配置为用作永磁体电机。在图2所示出的设备的替代配置(未示出)中，代替在转子202中形成永磁体206，可以在定子201中形成永磁体206；本领域技术人员将会理解，两者中任一变型均适于供根据本发明制造的磁体206使用。
注意到此处所采用的术语如“优选地”、“通常地”、以及“典型地”不用于限制本发明要求保护的范围或暗示某些特征对于本发明所要求保护的结构或功能是关键的、必要的、或者甚至是重要的。相反，这些术语仅用于强调在本发明的具体实施例中可以或可以不采用的替换的或另外的特征。
为了描述和限定本发明的目的，应该注意的是，此处所采用的术语“基本上”表示可以归因于任何定量比较、数值、测量或其他表示的不确定性的固有程度。此处还采用的术语“基本上”表示定量表示可以从声明的基准改变的程度，而不会导致所讨论主题的基本功能产生变化。
已经参照特有实施例详细描述了本发明，明显的是，在不偏离所附权利要求所确定的本发明的保护范围情况下，改变和变形是可能的。尤其，虽然本发明的某些方面此处被认为是优选的或尤其有利的，但是应该想到本发明并不必限于本发明的这些优选方面。

Claims (10)

1.一种近净形成形稀土永磁体的方法，所述方法包括：
将多种磁性材料粉末引入到模具中；
将所述多种粉末混合以制成混合粉末；
在所述模具中将所混合的粉末冲击压实，以制成压实粉末；以及
烧结所述压实粉末。
2.根据权利要求1的方法，还包括通过在所述烧结之前加上保护层而减少所述压实粉末的氧化。
3.根据权利要求2的方法，还包括使所述压实粉末经历真空气氛或氧化的惰性气氛中的一种。
4.根据权利要求1的方法，其中所述压实粉末的密度为理论密度的至少大约90％。
5.根据权利要求1的方法，其中烧结所述压实磁性材料粉末包括以大约1℃/min至大约5℃/min的速度加热到大约900℃至大约1200℃范围内的温度大约1至10小时之间。
6.根据权利要求1的方法，其中所述多种粉末中的至少一种包括镝和铽中的至少一种，从而在所述冲击压实之前，所述镝和铽中的所述至少一种以大约1重量百分数至大约9重量百分数的数量存在于所述稀土磁性材料粉末中。
7.一种冲击压实稀土永磁体的方法，所述方法包括：
将钕铁硼粉末和含有镝和铽中至少一种的粉末的混合物引入到模具中；
使用磁场优先地对齐所述钕铁硼粉末和所述含有镝和铽中至少一种的粉末的至少一种；
冲击压实所述粉末；以及
烧结所述压实粉末。
8.根据权利要求7的方法，其中所述混合物还包括达到约2重量百分数的量的润滑剂。
9.根据权利要求8的方法，其中所述润滑剂为基于无机的，包括氮化硼、二硫化钼和二硫化钨中至少一种。
10.根据权利要求8的方法，其中所述润滑剂为基于有机的，包括硬脂酸锌和石蜡的至少一种。
CN201210460508.0A 2011-09-29 2012-09-29 稀土永磁体的近净形制造 Active CN103035400B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161540737P 2011-09-29 2011-09-29
US61/540737 2011-09-29
US13/628,490 US9272332B2 (en) 2011-09-29 2012-09-27 Near net shape manufacturing of rare earth permanent magnets
US13/628490 2012-09-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103035400A true CN103035400A (zh) 2013-04-10
CN103035400B CN103035400B (zh) 2016-12-21

Family

ID=47878841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210460508.0A Active CN103035400B (zh) 2011-09-29 2012-09-29 稀土永磁体的近净形制造

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9272332B2 (zh)
CN (1) CN103035400B (zh)
DE (1) DE102012217756B4 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105390224A (zh) * 2014-08-28 2016-03-09 通用汽车环球科技运作有限责任公司 制备具有减少的重稀土金属的Nd-Fe-B磁性材料的方法
CN105575575A (zh) * 2014-10-10 2016-05-11 财团法人金属工业研究发展中心 钕铁硼磁石制作方法
TWI552818B (zh) * 2014-08-19 2016-10-11 財團法人金屬工業研究發展中心 釹鐵硼磁石製作方法
CN106653269A (zh) * 2016-12-20 2017-05-10 山西大缙华磁性材料有限公司 制作高一致性烧结钕铁硼永磁体的工艺方法及其工装
CN110706911A (zh) * 2018-07-10 2020-01-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 利用浆料通过增材制造进行的磁体制造
CN113770359A (zh) * 2021-09-08 2021-12-10 厦门理工学院 一种粉末材料压片成型的模具及方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015228762A (ja) * 2014-06-02 2015-12-17 日東電工株式会社 永久磁石、永久磁石の製造方法、回転電機及び回転電機の製造方法
US10460871B2 (en) 2015-10-30 2019-10-29 GM Global Technology Operations LLC Method for fabricating non-planar magnet
CN105466718B (zh) * 2015-11-20 2017-11-28 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种钛铝合金近净成形复杂结构件验收取样方法
US10767501B2 (en) * 2016-04-21 2020-09-08 General Electric Company Article, component, and method of making a component
US10665387B2 (en) 2016-05-10 2020-05-26 GM Global Technology Operations LLC Method of fabrication of a curvilinear magnet
US11031161B2 (en) 2018-05-11 2021-06-08 GM Global Technology Operations LLC Method of manufacturing a bulk nitride, carbide, or boride-containing material
KR102600123B1 (ko) * 2019-10-16 2023-11-07 주식회사 엘지화학 소결 자석의 제조 방법

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1066744A (zh) * 1991-05-15 1992-12-02 通用汽车公司 在开式压机中热压磁体
CN1089386A (zh) * 1992-11-20 1994-07-13 通用汽车公司 用各向异性粉成型的热压磁体
CN1678450A (zh) * 2000-11-06 2005-10-05 株式会社新王磁材 粉末加压成型方法和粉末加压成型装置以及稀土类磁体制造方法
CN1797625A (zh) * 2004-12-30 2006-07-05 秀波电子股份有限公司 环状铁氧磁体极异方内径配向磁石的制造方法及构造
CN1969347A (zh) * 2004-07-01 2007-05-23 因太金属株式会社 磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法及其制造装置
JP2008038160A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Kobe Steel Ltd 高密度粉末成形体の製造方法
US20080286595A1 (en) * 2006-03-03 2008-11-20 Hitachi Metals, Ltd. R-Fe-B Rare Earth Sintered Magnet and Method for Producing Same
CN101911226A (zh) * 2007-12-25 2010-12-08 株式会社爱发科 永磁体的制造方法
CN102034583A (zh) * 2009-09-30 2011-04-27 通用电气公司 混合稀土永磁体及其制造方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1271394A (en) * 1985-02-25 1990-07-10 Karen S. Canavan Enhanced remanence permanent magnetic alloy and bodies thereof and method of preparing same
US4628819A (en) 1985-08-16 1986-12-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Disintegrating tamper mass
EP0429665B1 (en) 1989-06-12 1998-03-11 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Method of producing sintered ceramic materials
US6432554B1 (en) 1992-02-10 2002-08-13 Iap Research, Inc. Apparatus and method for making an electrical component
EP1260995B1 (en) * 1993-11-02 2005-03-30 TDK Corporation Preparation of permanent magnet
US5666635A (en) * 1994-10-07 1997-09-09 Sumitomo Special Metals Co., Ltd. Fabrication methods for R-Fe-B permanent magnets
US6811887B2 (en) 1996-07-29 2004-11-02 Iap Research, Inc. Apparatus and method for making an electrical component
US7362015B2 (en) 1996-07-29 2008-04-22 Iap Research, Inc. Apparatus and method for making an electrical component
EP0984460B1 (en) * 1998-08-31 2004-03-17 Sumitomo Special Metals Co., Ltd. Fe-B-R based permanent magnet having corrosion-resistant film, and process for producing the same
JP2000348918A (ja) 1999-06-02 2000-12-15 Seiko Epson Corp 希土類ボンド磁石、希土類ボンド磁石用組成物および希土類ボンド磁石の製造方法
US6423264B1 (en) * 1999-10-14 2002-07-23 Delphi Technologies, Inc. Process for forming rotating electromagnets having soft and hard magnetic components
US6179894B1 (en) * 1999-11-29 2001-01-30 Delphi Technologies, Inc. Method of improving compressibility of a powder and articles formed thereby
JP3739266B2 (ja) 2000-09-26 2006-01-25 日産自動車株式会社 交換スプリング磁石の製造方法
US7364628B2 (en) 2001-04-24 2008-04-29 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Solid material for magnet
US6868778B2 (en) 2001-09-14 2005-03-22 Iap Research, Inc. System and method for loading a plurality of powder materials in an electromagnetic compaction press
JP2004031781A (ja) 2002-06-27 2004-01-29 Nissan Motor Co Ltd 希土類磁石およびその製造方法、ならびに希土類磁石を用いてなるモータ
JP4374962B2 (ja) 2003-03-28 2009-12-02 日産自動車株式会社 希土類磁石およびその製造方法、ならびに希土類磁石を用いてなるモータ
US7390579B2 (en) * 2003-11-25 2008-06-24 Magnequench, Inc. Coating formulation and application of organic passivation layer onto iron-based rare earth powders
JP4525072B2 (ja) 2003-12-22 2010-08-18 日産自動車株式会社 希土類磁石およびその製造方法
US7528936B2 (en) 2005-02-27 2009-05-05 Entegris, Inc. Substrate container with pressure equalization
US7601403B2 (en) 2005-04-15 2009-10-13 The Regents Of The University Of California Preparation of dense nanostructured functional oxide materials with fine crystallite size by field activation sintering
US7559996B2 (en) 2005-07-22 2009-07-14 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Rare earth permanent magnet, making method, and permanent magnet rotary machine
US7914087B2 (en) 2007-09-14 2011-03-29 Deere & Company Automatic track tensioning system
JP4672030B2 (ja) 2008-01-31 2011-04-20 日立オートモティブシステムズ株式会社 焼結磁石及びそれを用いた回転機
JP5417632B2 (ja) 2008-03-18 2014-02-19 日東電工株式会社 永久磁石及び永久磁石の製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1066744A (zh) * 1991-05-15 1992-12-02 通用汽车公司 在开式压机中热压磁体
CN1089386A (zh) * 1992-11-20 1994-07-13 通用汽车公司 用各向异性粉成型的热压磁体
CN1678450A (zh) * 2000-11-06 2005-10-05 株式会社新王磁材 粉末加压成型方法和粉末加压成型装置以及稀土类磁体制造方法
CN1969347A (zh) * 2004-07-01 2007-05-23 因太金属株式会社 磁各向异性稀土类烧结磁体的制造方法及其制造装置
CN1797625A (zh) * 2004-12-30 2006-07-05 秀波电子股份有限公司 环状铁氧磁体极异方内径配向磁石的制造方法及构造
US20080286595A1 (en) * 2006-03-03 2008-11-20 Hitachi Metals, Ltd. R-Fe-B Rare Earth Sintered Magnet and Method for Producing Same
JP2008038160A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Kobe Steel Ltd 高密度粉末成形体の製造方法
CN101911226A (zh) * 2007-12-25 2010-12-08 株式会社爱发科 永磁体的制造方法
CN102034583A (zh) * 2009-09-30 2011-04-27 通用电气公司 混合稀土永磁体及其制造方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI552818B (zh) * 2014-08-19 2016-10-11 財團法人金屬工業研究發展中心 釹鐵硼磁石製作方法
CN105390224A (zh) * 2014-08-28 2016-03-09 通用汽车环球科技运作有限责任公司 制备具有减少的重稀土金属的Nd-Fe-B磁性材料的方法
CN105575575A (zh) * 2014-10-10 2016-05-11 财团法人金属工业研究发展中心 钕铁硼磁石制作方法
CN106653269A (zh) * 2016-12-20 2017-05-10 山西大缙华磁性材料有限公司 制作高一致性烧结钕铁硼永磁体的工艺方法及其工装
CN110706911A (zh) * 2018-07-10 2020-01-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 利用浆料通过增材制造进行的磁体制造
CN113770359A (zh) * 2021-09-08 2021-12-10 厦门理工学院 一种粉末材料压片成型的模具及方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9272332B2 (en) 2016-03-01
DE102012217756A1 (de) 2013-04-04
US20150251248A1 (en) 2015-09-10
DE102012217756B4 (de) 2023-07-27
CN103035400B (zh) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103035400B (zh) 稀土永磁体的近净形制造
JP6733576B2 (ja) Ｒ−ｔ−ｂ系永久磁石
CN105431915B (zh) R-t-b系烧结磁铁以及电机
JP5397540B2 (ja) ケース一体型ボンド磁石およびその製造方法
CN101145424B (zh) 永磁体旋转电机
JP4732459B2 (ja) 希土類合金系バインダレス磁石およびその製造方法
CN103093912B (zh) 一种应用高丰度稀土La生产的稀土永磁体及其制备方法
US8128757B2 (en) Method of manufacturing oriented body, molded body and sintered body as well as method of manufacturing permanent magnet
WO2007102373A1 (ja) ヨーク一体型ボンド磁石およびそれを用いたモータ用磁石回転子
JP2013520029A (ja) 増大された電気抵抗を有する希土類成層複合磁石
KR102373412B1 (ko) 희토류 영구자석 제조방법
JP2013225533A (ja) Ｒ−ｔ−ｂ系焼結磁石の製造方法
JPH09275004A (ja) 永久磁石とその製造方法
CN107134336A (zh) R‑t‑b系永久磁铁
CN102601367B (zh) 一种辐射或多极取向磁环的热处理方法
JP2013207134A (ja) バルクｒｈ拡散源
CN109216004A (zh) 磁体的近净形制造
CN113948303A (zh) 一种高成品率高性能的烧结NdFeB辐射环及其制备方法
US20100321139A1 (en) Permanent magnet and method of producing permanent magnet
CN102306756A (zh) 储氢合金粉及其制备方法
KR20190058479A (ko) 소결 자석 형성용 소결체의 제조 방법 및 소결 자석 형성용 소결체를 사용한 영구 자석의 제조 방법
CN110706911A (zh) 利用浆料通过增材制造进行的磁体制造
JP2006265600A (ja) 希土類磁石焼結用敷板及びそれを用いた希土類磁石の製造方法
CN110176349B (zh) 稀土磁铁的加工方法
JP2007254813A (ja) 希土類焼結磁石の製造方法及びこれに用いる成形用金型

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