CN103304229B - 高取向度干压永磁铁氧体成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高取向度干压永磁铁氧体成型工艺，其工艺步骤为：以非磁性能与软磁性高强度模具材料的细磁粉为主料，并选择H3BO3、硬脂酸钙、樟脑和酒精溶液作为添加剂；将樟脑与酒精按照1∶1制成樟脑溶液，并加入干粉，将樟脑溶液、硬脂酸钙和H3BO3均匀添加到细磁粉中，然后与锶铁氧体或钡铁氧体进行预烧，再次粗粉碎得到平均粒度4-6μm的预烧料粉；预烧料粉干式磁粉制备工序、磁场成型、烧结获得高性能各向异性干压烧结永磁铁氧体磁铁。本发明径向取向、自动进料为一体的高取向度自动成型工艺，通过采用非磁性能与软磁性高强度模具材料，实现产品高性能、高取向、高效率、低成本的生产，其表磁分布均匀，增强工作效率。

Description

高取向度干压永磁铁氧体成型工艺

技术领域

本发明涉及的是一种干压永磁铁氧体的制作工艺，具体涉及的是一种高取向度干压永磁铁氧体成型工艺。

背景技术

自上世纪五十年代发现永磁铁氧体以来，其品种、生产方法与生产工艺得到了非常大的发展，经历了从各向同性磁体到各向异性磁体、从钡铁氧体到锶铁氧体和从干压成型到湿压成型等重大技术跨越。

永磁铁氧体以其相对较高的磁性能和很强的环境适应性和低廉的价格，在永磁材料应用市场一直处于统治地位，目前我国是世界上最大的永磁铁氧体生产大国。永磁铁氧体的成型工艺主要有干压和湿压两种，其中湿压成型的产品性能较干压的高，但干压成型也有其生产优势，即成型效率高，收缩比好控制，便于生产小尺寸和形状复杂的产品。目前我国铁氧体干压工艺研究不多，干压产品性能普遍不高，一般较好的干压材料剩磁在360～370Mt，内禀矫顽力在220KA/m240KA/m，主要用于玩具电机，产品附加值不高，影响了铁氧体干压工艺在工业电机上的应用，不适用于要求较高的泵体类永磁同步小电机。

而且目前在永磁铁氧体中以各向异性烧结磁体的磁性能为最佳，其磁性能目前已达到了5.2MGOe，接近理论值，在汽车、家用电器、电机设备等许多领域有非常广泛的应用，也是目前生产量最大、品种最多的永磁体。但其生产过程一直是由预烧料生产的“一次工艺”和磁体生产的“二次工艺”两部分组成，没有发生根本性的变化，即，先对氧化铁和锶盐或钡盐进行预烧，使其反应生成铁氧体预烧料，然后经制粉、成型、烧结和磨加工等工序得磁体，成型时外加磁场进行取向，使生产的磁体具有各向异性。这种生产方法不仅路线长、成型过程复杂，而且耗能大，成本高，且取向度低，其表磁分布不均匀，影响整个产品的质量。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是提供一种径向取向、自动进料为一体的高取向度自动成型工艺，即高取向度干压永磁铁氧体成型工艺，通过采用非磁性能与软磁性高强度模具材料，实现产品高性能、高取向、高效率、低成本的生产，其表磁分布均匀，增强工作效率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

高取向度干压永磁铁氧体成型工艺，其特征在于，其工艺步骤如下：

(1)原料准备：以非磁性能与软磁性高强度模具材料的细磁粉为主料，所述以非磁性能与软磁性高强度模具材料的细磁粉是将铁的氧化物和锶盐或钡盐混合而成的氧化铁组合物；并选择H3BO3、硬脂酸钙、樟脑和酒精溶液作为添加剂；将樟脑与酒精按照1∶1制成樟脑溶液，并加入干粉，将樟脑溶液、硬脂酸钙和H3BO3均匀添加到细磁粉中，磁粉中樟脑溶液的添加量为1.1wt％，硬脂酸钙的添加量为0.8wt％，H3BO3的添加量为0.3wt％；、

所述添加剂还包含助烧结剂二氧化硅、硼酸，其平均粒度在10.0-20.0μm，其添加比例为：二氧化硅0.09-0.2wt％、硼酸0.3-0.4wt％；

(2)预烧；将步骤(1)中的细磁粉与锶铁氧体或钡铁氧体进行预烧料混合，预烧时，将细磁粉与锶铁氧体或钡铁氧体用输料泵送到内加热回转窑内进行预烧，预烧温度1300℃，时间5小时，获得预烧料颗粒氧化铁组合物的重量为混合物总重量的55％，氧化铁组合物中铁的氧化物：锶盐或钡盐的摩尔比为5.2∶1；

其中，铁的氧化物为铁鳞、精矿粉、氧化铁红或其它铁源，锶盐包括碳酸锶、草酸锶和可以反应生成碳酸锶、草酸锶的组合物，钡盐包括碳酸钡、草酸钡和可以反应生成碳酸钡、草酸钡的组合物；

所述铁的氧化物和锶盐或钡盐混合而成的氧化铁组合物与锶铁氧体或钡铁氧体预烧料混合，氧化铁组合物的重量为混合物总重量的30％；

(3)粗粉碎：将上述预烧料颗粒氧化铁组合物送进入管磨机进行干式球磨粉碎至平均粒度4-6μm，得到预烧料粉；

(4)干式磁粉制备工序：称取上述预烧料粉，并以上述重量配比方式加入二次添加剂进行高速混合的干式磁粉制备工序，将所得混合物采用湿式球磨方式连续研磨，直至达到颗粒的平均粒度在0.6-0.8μm；研磨工序中采用高温软性球磨方式，预烧料粉、钢球重量比1∶5，钢球直径为5mm，料浆浓度为45-50％，球磨温度高于110℃，球磨时间为12小时；

(5)磁场成型：球磨之后，自然降温，等待料浆温度达到50℃以下，对成型料浆进行含水量调整，调整至料浆浓度在70wt％，然后送进成型模具中压制，在压制方向上施加120000e的成型磁场，所得成型体为直径42.5mm、高度为12mm的圆柱体，成型压力为15MPa；

(6)烧结；将上述成型体先在200℃的温度进行热处理，除去水分，然后在空气中进行烧结，其中升温速度是140℃/小时，烧结温度为1150℃，保温时间为2.5小时，获得烧结体，该烧结体清洗打磨，制成高性能各向异性干压烧结永磁铁氧体磁铁。

本发明通过上述工艺，其在永磁铁氧体的二次生产工艺中直接使用未经预烧的以铁的氧化物和锶盐或钡盐混合而成的氧化铁组合物，部分取代锶铁氧体或钡铁氧体预烧料来进行永磁铁氧体的生产；其采用了径向取向、自动进料为一体的高取向度自动成型工艺，将樟脑与酒精按照1∶1混合制成樟脑溶液，加入磁粉，解决了气孔的问题，并且樟脑溶液的添加量对产品剩磁的影响较大，当磁粉中樟脑溶液的添加量为1.2～3.0wt％时，产品剩磁较高，并通过采用非磁性能与软磁性高强度模具材料，实现产品高性能、高取向、高效率、低成本的生产，其表磁分布均匀，增强工作效率，上述工艺获得的高性能烧结永磁铁氧体磁铁的剩磁Br高于4300Gs，矫顽力Hcb为245KA/m±5KA/m，内禀矫顽力Hcj高于48000e，矩形度Hk/Hcj高于0.95，具有很高的磁性能，能够用于制造永磁同步电机等要求较高的泵体。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例：

本实施例是提供的一种径向取向、自动进料为一体的高取向度自动成型工艺，通过采用非磁性能与软磁性高强度模具材料，实现产品高性能、高取向、高效率、低成本的各向异性干压永磁铁氧体生产工艺，其表磁分布均匀，增强工作效率。该高取向度干压永磁铁氧体成型工艺，步骤如下：

(1)原料准备：以非磁性能与软磁性高强度模具材料的细磁粉为主料，所述以非磁性能与软磁性高强度模具材料的细磁粉是将铁的氧化物和锶盐或钡盐混合而成的氧化铁组合物；并选择H3BO3、硬脂酸钙、樟脑和酒精溶液作为添加剂；将樟脑与酒精按照1∶1制成樟脑溶液，并加入干粉，将樟脑溶液、硬脂酸钙和H3BO3均匀添加到细磁粉中，磁粉中樟脑溶液的添加量为1.1wt％，硬脂酸钙的添加量为0.8wt％，H3BO3的添加量为0.3wt％。

所述添加剂还包含助烧结剂二氧化硅、硼酸，其平均粒度在10.0-20.0μm，其添加比例为：二氧化硅0.09-0.2wt％、硼酸0.3-0.4wt％。

本发明中，在干压永磁铁氧体制备方法中，通常选用樟脑作为粘合剂，硬脂酸钙作为润滑剂，直接将樟脑加入磁粉，磁粉很难均匀弥散到磁粉中，烧结后的产品会产生许多气孔，本发明中将樟脑与酒精按照1∶1混合制成樟脑溶液，加入磁粉，解决了气孔的问题，并且樟脑溶液的添加量对产品剩磁的影响较大，当磁粉中樟脑溶液的添加量为1.1wt％时，产品剩磁较高。在干压永磁铁氧体制备方法中，通常选用樟脑作为润滑剂，硬脂酸钙对产品的剩磁和矫顽力影响都很大，随着添加量的加大，剩磁几乎单调增大，内禀矫顽力会单调下降，磁粉中硬脂酸钙的适宜添加量为0.8wt％。

在干压永磁铁氧体制备方法中，H3BO3的作用是在烧结过程中分解为B2O3，形成玻璃体，有助于烧结进行，同时弥散于永磁铁氧体中，削弱了烧结过程中晶界的移动，从而控制晶粒尺寸，提高磁体的矫顽力，但是过量添加会引入过多的非磁性物制裁，会降低剩磁，影响磁性能。当烧结温度在磁粉中1150℃时，H3BO3的适宜添加量为0.3wt％。

(2)预烧；将步骤(1)中的细磁粉与锶铁氧体或钡铁氧体进行预烧料混合，预烧时，将细磁粉与锶铁氧体或钡铁氧体用输料泵送到内加热回转窑内进行预烧，预烧温度1300℃，时间5小时，获得预烧料颗粒氧化铁组合物的重量为混合物总重量的55％，氧化铁组合物中铁的氧化物：锶盐或钡盐的摩尔比为5.2∶1。

其中，铁的氧化物为铁鳞、精矿粉、氧化铁红或其它铁源，锶盐包括碳酸锶、草酸锶和可以反应生成碳酸锶、草酸锶的组合物，钡盐包括碳酸钡、草酸钡和可以反应生成碳酸钡、草酸钡的组合物。

所述铁的氧化物和锶盐或钡盐混合而成的氧化铁组合物与锶铁氧体或钡铁氧体预烧料混合，氧化铁组合物的重量为混合物总重量的30％。

(3)粗粉碎：将上述预烧料颗粒氧化铁组合物送进入管磨机进行干式球磨粉碎至平均粒度4-6μm，得到预烧料粉。

(4)干式磁粉制备工序：称取上述预烧料粉，并以上述重量配比方式加入二次添加剂进行高速混合的干式磁粉制备工序，将所得混合物采用湿式球磨方式连续研磨，直至达到颗粒的平均粒度在0.6-0.8μm；研磨工序中采用高温软性球磨方式，预烧料粉、钢球重量比1∶5，钢球直径为5mm，料浆浓度为45-50％，球磨温度高于110℃，球磨时间为12小时；本实施例是将50g铁鳞、16g碳酸锶、450g锶预烧料(由铁鳞、碳酸锶生产)和水750ml及其它添加剂同时加入到2升球磨罐中进行球磨，当粒度达到0.8um时出料，料浆在实验压机上压制成φ34.50的生坯。

(5)磁场成型：球磨之后，自然降温，等待料浆温度达到50℃以下，对成型料浆进行含水量调整，调整至料浆浓度在70wt％，然后送进成型模具中压制，在压制方向上施加120000e的成型磁场，充磁电流为25A，所得成型体为直径42.5mm、高度为12mm的圆柱体，成型压力为15MPa；产品在双推板工业窑(798厂生产)上进行。

(6)烧结；将上述成型体先在200℃的温度进行热处理，除去水分，然后在空气中进行烧结，其中升温速度是140℃/小时，烧结温度为1150℃，保温时间为2.5小时，获得烧结体，该烧结体清洗打磨，制成高性能各向异性干压烧结永磁铁氧体磁铁。

众所周知，硬脂酸钙对干压样品的性能影响很大，本发明的加入量在0.8wt％，依据确定的二次配方和黏合剂、润滑剂使用量，最终制得了性能达到日本TDK公司FB3N水平的样品。用X射线衍射(XRD)研究了其中两样品的物相结构，测出了本实例的样品的比饱和磁化强度σ＝71.6A·m^2/kg。

本发明在永磁铁氧体二次工艺中，如果向砂磨机或球磨机中加入预烧料和上述氧化铁组合物，加入的预烧料磁粉也应具有相似的晶种作用，它不仅能加速烧结过程中氧化铁组合物形成铁氧体相的速度，而且还会使所生成的铁氧体能以预烧料磁粉晶体为结构模板进行晶体生长，使新生成磁粉的结构和空间取向与预烧料磁粉相同，从而表现出同预烧料磁粉完全相同的磁学性质。生坯成型时如果有外加磁场取向，氧化铁组合物烧结时所产生的铁氧体相也具有同外加磁场方向相一致的取向。因此使用本发明的生产方法完全可以生产出取向度高、磁性能好的各向异性磁体。

生坯中的磁粉在烧结中起到晶种的作用，烧结时它能促进氧化铁组合物反应，加速永磁铁氧体相的生成，从而使用本发明生产出高性能的同性永磁铁氧体成为可能。因此本发明不仅可用于各向异性永磁铁氧体的生产，同时还可用于生产性能优良的各向同性铁氧体。

通过上述工艺生产的永磁铁氧体，经试验对上述生产的样本测试，其利剩磁Br为400±5mT，矫顽力Hcb为245KA/m±5KA/m，内禀矫顽力Hcj为245KA/m±5KA/m，磁能积(BH)为30±2KJ/m3，具有很高的磁性能，能够用于制造永磁同步电机等要求较高的泵体。

本发明是提供了径向取向、自动进料为一体的高取向度自动成型工艺，通过采用非磁性能与软磁性高强度模具材料，实现产品高性能、高取向、高效率、低成本的生产，其表磁分布均匀，增强工作效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.高取向度干压永磁铁氧体成型工艺，其特征在于，其工艺步骤如下：

(1)原料准备：以非磁性能与软磁性高强度模具材料的细磁粉为主料，所述以非磁性能与软磁性高强度模具材料的细磁粉是将铁的氧化物和锶盐或钡盐混合而成的氧化铁组合物；并选择H₃BO₃、硬脂酸钙、樟脑和酒精溶液作为添加剂；将樟脑与酒精按照1∶1制成樟脑溶液，并加入干粉，将樟脑溶液、硬脂酸钙和H₃BO₃均匀添加到细磁粉中，磁粉中樟脑溶液的添加量为1.1wt％，硬脂酸钙的添加量为0.8wt％，H₃BO₃的添加量为0.3wt％；所述添加剂还包含助烧结剂二氧化硅、硼酸，其平均粒度在10.0-20.0μm，其添加比例为：二氧化硅0.09wt％、硼酸0.3-0.4wt％；

(2)预烧；将步骤(1)中添加上述H₃BO₃、硬脂酸钙、樟脑、酒精溶液、二氧化硅和硼酸的细磁粉与锶铁氧体或钡铁氧体进行预烧料混合，预烧时，将细磁粉与锶铁氧体或钡铁氧体用输料泵送到内加热回转窑内进行预烧，预烧温度1300℃，时间5小时，获得预烧料颗粒氧化铁组合物的重量为混合物总重量的55％，氧化铁组合物中铁的氧化物：锶盐或钡盐的摩尔比为5.2∶1；其中，铁的氧化物为铁鳞、精矿粉、氧化铁红或其它铁源，锶盐包括碳酸锶、草酸锶和可以反应生成碳酸锶、草酸锶的组合物，钡盐包括碳酸钡、草酸钡和可以反应生成碳酸钡、草酸钡的组合物；所述铁的氧化物和锶盐或钡盐混合而成的氧化铁组合物与锶铁氧体或钡铁氧体预烧料混合，氧化铁组合物的重量为混合物总重量的30％；

(3)粗粉碎：将上述预烧料颗粒氧化铁组合物送进入管磨机进行干式球磨粉碎至平均粒度4μm，得到预烧料粉；

(4)干式磁粉制备工序：称取上述预烧料粉，并以上述重量配比方式加入上述添加剂进行高速混合的干式磁粉制备工序，将所得混合物采用湿式球磨方式连续研磨，直至达到颗粒的平均粒度在0.6μm；研磨工序中采用高温软性球磨方式，预烧料粉、钢球重量比1∶5，钢球直径为5mm，料浆浓度为45-50％，球磨温度高于110℃，球磨时间为12小时；

(5)磁场成型：球磨之后，自然降温，等待料浆温度达到50℃以下，对成型料浆进行含水量调整，调整至料浆浓度在70wt％，然后送进成型模具中压制，在压制方向上施加120000e的成型磁场，所得成型体为直径42.5mm、高度为12mm的圆柱体，成型压力为15MPa；

(6)烧结；将上述成型体先在200℃的温度进行热处理，除去水分，然后在空气中进行烧结，其中升温速度是140℃/小时，烧结温度为1150℃，保温时间为2.5小时，获得烧结体，该烧结体清洗打磨，制成高性能各向异性干压烧结永磁铁氧体磁铁。