CN103332936A

CN103332936A - 注射挤压成型烧结永磁铁氧体辐射环的制备方法

Info

Publication number: CN103332936A
Application number: CN2012104807133A
Authority: CN
Inventors: 黄华为; 卢晓强; 张筝; 陈辉明; 张东进; 何震宇
Original assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Current assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: CN103332936B

Abstract

本发明涉及一种注射挤压成型烧结永磁铁氧体辐射环的制备方法，包括如下步骤：A、适用注射成型的干压异性粉料的制作：将预烧结的锶铁氧体粉末经磁场取向压制成为含水量小于14wt%的密实坯件，烘干，破碎得到永磁铁氧体，破碎的过程中加入粘结剂搅拌，再加入所述助剂混炼，制成有磁取向的干压异性粉料；所述的助剂由润滑剂、增塑剂和稳定剂组成，干压异性粉料组分如下：永磁铁氧体80~90wt%、粘结剂3~10wt%、助剂4~10wt%；B、用上一步得到的干压异性粉料进行注射挤压成型，并通过磁场发生源对成型过程中得到的磁环施加辐向的磁场，得到成型辐射环。本发明用于小规格（D＜15mm）铁氧体辐射环的制作。

Description

注射挤压成型烧结永磁铁氧体辐射环的制备方法

技术领域

本发明涉及一种注射挤压成型烧结永磁铁氧体辐射环的制备方法，属于永磁材料制备技术领域。

背景技术

随着磁技术发展，磁性优良且可以自由充磁为径向多极的辐向磁环广泛应用于交流伺服电机、直流无刷电机等，尤其为达到节能、高效的要求，电机马达轻量化、小型化、微型化已是一种趁势，故小规格的辐向磁环越来越得到客户的青睐。从目前看，铁氧体辐向环的制作大部分都采用传统的干粉模压方式，而小规格辐向环采用传统模压方式，效率就显的尤为低下，且不稳定、成品率不高，如果要生产微小的铁氧体辐向磁环（D＜15mm）用模压方式就无法完成。如中国实用新型专利ZL200520134495.3就是采用模压方式制作辐向磁环，该装置是一模一件，产品的成型需要经过加料、保压、脱模、取坯这样一个周期，效率不高、连续性和稳定性不够；该方法只适合大规格铁氧体辐向磁环的生产。

发明内容

本发明提供一种适合小规格（D＜15mm）铁氧体辐射环制作的、注射挤压成型烧结永磁铁氧体辐射环的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种注射挤压成型烧结永磁铁氧体辐射环的制备方法，该方法包括如下步骤：

A、适用注射成型的干压异性粉料的制作：将预烧结的锶铁氧体粉末经磁场取向压制成为含水量小于14wt%的密实坯件，烘干，破碎得到永磁铁氧体，破碎的过程中加入粘结剂搅拌，再加入所述助剂混炼，制成有磁取向的干压异性粉料；混炼后的磁粉具有良好的料黏合性、流动性、稳定性，适用于注射挤压成型。

所述的助剂由润滑剂、增塑剂和稳定剂组成，所述的干压异性粉料组分如下：永磁铁氧体80~90wt%、粘结剂3~10wt %、助剂4~10 wt %；

B、用上一步得到的干压异性粉料进行注射挤压成型，并通过磁场发生源对成型过程中得到的磁环施加辐向的磁场，得到成型辐射环。

本发明提供注射成型用的干压异性粉料，具有较高的磁性能、良好的流动性、黏合性、稳定性，满足注射成型要求。

作为优选，所述永磁铁氧体为过20~30目筛网得到的颗粒。颗粒不宜太小也不宜太大，太小成型缺陷多，太大降低其磁性能；20~30目筛网得到的颗粒粒径大小比较适合。

作为优选，所述的粘结剂是聚乙烯醇（PVA）；所述的助剂是以干压异性粉料总重量计的如下组分组成：2~5%油酸、1~3%甲基纤维素、3~6%聚乙烯蜡和1~3%酒精。加入了粘结剂和助剂的干压异性粉料在干压成型辐向磁环时，与传统的工艺制粉相比，磁场的取向效果大为改善比较，磁性能有明显提高。

为了提高原料的磁性能和成品率，需经过预磁化工艺，形成的有磁取向的粉料。为提高成品率，在预磁化的粉碎颗粒（永磁铁氧体）中加入粘结剂聚乙烯醇（PVA），先将聚乙烯醇溶于水，再用搅拌机等设备混入预磁化粉料中，制成普通的干压异性磁粉。由于注射成型有别于传统的模压成型，注射用的磁粉必须具有良好的流动性。上述制成的普通的干压异性磁粉还不能满足注射要求，必须在普粉的基础上另外加入一定量的增塑剂、润滑剂、稳定剂等助剂；主要是用油酸、甲基纤维素、聚乙烯蜡、酒精按一定比例与普通的干压异性粉混炼，制成能满足注射成型要求的特殊粉料。

作为优选，该制备方法还包括C、脱脂处理：步骤B得到的成型辐射环先在60~70℃溶剂中脱脂4-5小时，然后以4~5℃/min升温速率、最高温度为480℃进行热脱脂。溶剂为一般脱脂用的溶剂，可以选用乙醇、水或庚烷等常用溶剂，也可以为二者以上的混合物。采用两步脱脂法，脱脂效果较好、缺陷少、保形性好；脱脂后磁体性能提高10%左右，磁体密度增加2~2.5%。脱脂工艺也是影响产品质量的关键因素，因为脱脂过程中注射成型坯体极易出现开裂、变形、塌陷等缺陷；脱脂的方法主要有两中溶剂萃取法和热分解法；经过多次试验，采用两步法，即溶剂脱脂+热分解脱脂相结合的方法更为理想。由于注射成型用的磁粉加入了较大比例的粘合剂和助剂，从口模出来的成型生坯切断后需经过脱脂处理。脱脂的目的主要是脱除已成型磁体中大部分的助剂，降低磁体中的含碳量、提高磁性能、增加烧结后的磁体密度。采用两步脱脂法，脱脂效果较好、缺陷少、保形性好；脱脂后磁体性能提高10%左右，磁体密度增加2~2.5%。

用于本发明的注射挤压成型的装置有两种方式，一种为柱塞挤压式，一种为螺杆挤压式。作为优选，所述的注射挤压成型采用的注射挤压成型装置，包括挤压部位、成型部位和辐向磁场发生装置，辐向磁场发生装置设置在成型部位出口端，挤压部位由柱塞和注料桶组成，成型部位包括第一外模、梭形模芯、第二外模和口模，注料桶与第一外模固定连接，第一外模、第二外模和口模依次相连形成中空的模腔，所述的第二外模具有缩口状的内腔，第二外模的缩口端与圆筒状的口模相连，梭形模芯设置于模腔内部。注料桶装入制好的干压异性粉料，放入柱塞，给压推动柱塞匀速前移动，把料推入模腔成型。

另一种方案是，所述的注射挤压成型采用的注射挤压成型装置，包括挤压部位、成型部位和辐向磁场发生装置，辐向磁场发生装置设置在成型部位出口端，挤压部位由电机、皮带及皮带轮、减速机、螺杆、料斗、机筒组成；成型部位包括第一外模、梭形模芯、第二外模和口模，机筒与第一外模固定连接，第一外模、第二外模和口模依次相连形成中空的模腔，所述的第二外模具有缩口状的内腔，第二外模的缩口端与圆筒状的口模相连，梭形模芯设置于模腔内部。

作为优选，辐向磁场发生装置包括导磁套和线圈，导磁套套置于第二模块和口模的外周，线圈设于导磁套内并以梭形模芯为中心环形设置。

作为优选，所述的口模与梭形模芯为导磁材料，第一外模和第二外模为不导磁材料，导磁套与口模、梭形模芯之间形成日字形磁力线回路。通过线圈提供磁场。

作为优选，所述梭形模芯的中间设有一台阶，该台阶将模腔分为两部分，台阶上均匀分布若干分流孔使所述的两部分连通，梭形模芯的一端设有与口模相配合的圆柱形挤压头。梭形模芯的台阶与两个外模配合起到定位、固定的作用。

作为优选，所述台阶设置于第一外模和第二外模之间的连接处。

本发明采用的粉末注射成型是传统的粉末冶金工艺和现代塑料注射成型工艺相结合的新型技术，特别适合高性能、小规格、或形状复杂的小型磁性器件的制作。

本发明主要解决小规格永磁铁氧体辐射环制造中效率低下、成品率不高的问题，主要工艺包括压制预磁化坯件、破碎制料、加入助剂混炼、磁场注射成型、切断、脱脂、干燥烧结、磨加工、充磁发货。在挤出成型口模具部位带有磁场，采用特定的模具结构及选取不同的材料（导磁或不导磁），使成型磁环形成辐取向磁场。

该发明磁粉由于加入了一定量粘合剂、润滑剂等助剂，提高料的流动性和黏结性，能满足注射要求，保证产品成品率和强度；特别适用于小规格永磁铁氧体辐射环的制作。与传统压制方法相比较，挤出成型的过程是连续的，效率更高，品质更均匀，且模具成本低。

附图说明

图1为柱塞式挤压成型装置的结构示意图：

图2为螺杆式挤压成型装置的结构示意图：

图3是挤压成型部位的示意图：

图4 是图3中A-A线的剖视图：

图5是本发明挤压成型装置的磁力线走向示意图。

图中：1、柱塞，2、注料桶，3、第一外模，4、梭形模芯，41、分流孔，42、台阶，43、挤压头，5、第二外模，6、口模，7、导磁套，8、线圈，9、电机，10、减速机，11、螺杆，12、料斗，13、机筒。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。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，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。

实施例1

一种注射挤压成型烧结永磁铁氧体辐射环的制备方法，具体步骤如下：

1、适用注射成型的干压异性粉料的制作：

首先，将预烧结的锶铁氧体粉末经磁场取向压制成为含水量小于14wt%的块状密实坯件，再干燥烘干，破碎、过20~30目筛网得到颗粒状的永磁铁氧体，破碎的过程中加入粘结剂搅拌，再加入助剂混炼，制成有磁取向的干压异性粉料；该干压异性粉料在干压成型辐向磁环时，与传统的工艺制粉相比，磁场的取向效果大为改善比较，磁性能有明显提高。

助剂由润滑剂、增塑剂和稳定剂组成，干压异性粉料组分如下：永磁铁氧体80~90wt%、粘结剂3~10wt %、助剂4~10 wt %；

表1 （单位：kg）

2、用上一步得到的干压异性粉料进行注射挤压成型，并通过磁场发生源对成型过程中得到的磁环施加辐向的磁场，得到成型辐射环。

用于本发明的注射挤压成型的装置有两种方式，一种为柱塞挤压式，一种为螺杆挤压式，具体结构和方法见实施例7和8。磁粉料经挤压通过模腔、口模磁取向，形成稳定、一致好的辐向磁环条，再根据需要切断成高度符合要求的磁环。

3、脱脂处理：上一步得到的成型辐射环先在60℃溶剂中脱脂4小时，然后以4℃/min升温速率、最高温度为480℃进行热脱脂，脱脂后得到产品。采用两步脱脂法，脱脂效果较好、缺陷少、保形性好；脱脂后磁体性能提高10%左右，磁体密度增加2~2.5%。脱脂、烧结后的磁环，再经过磨加工成要求尺寸，可随意充磁成多极高性能的辐向磁环。

脱脂用的溶剂，可以选用乙醇、水或庚烷等常用溶剂，也可以为二者以上的混合物，为常规试剂，本领域技术人员根据常识可以选择。

实施例5-6中的脱脂处理：成型辐射环先在70℃溶剂中脱脂5小时，然后以5℃/min升温速率、最高温度为480℃进行热脱脂。

实施例7

如图1所示的一种注射挤压成型装置，包括挤压部位、成型部位和辐向磁场发生装置，辐向磁场发生装置设置在成型部位出口端，挤压部位由柱塞1和注料桶2组成，成型部位包括第一外模3、梭形模芯4、第二外模5和口模6，注料桶2与第一外模3固定连接，第一外模3、第二外模5和口模6依次相连形成中空的模腔，第二外模具有缩口状的内腔，第二外模的缩口端与圆筒状的口模相连，梭形模芯4设置于模腔内部。

如图3所示，梭形模芯4的中间设有一台阶42，台阶42设置于第一外模和第二外模之间的连接处。该台阶将模腔分为左右两部分，台阶上均匀分布若干个分流孔41（见图4）使左右两部分连通，梭形模芯4的一端设有与口模相配合的圆柱形挤压头43。

辐向磁场发生装置包括导磁套7和线圈8，导磁套套置于第二模块和口模的外周，线圈设于导磁套内并以梭形模芯为中心环形设置，线圈套置在第二外模上。本装置通过线圈7提供磁场，线圈截面尺寸约为100×100mm。口模6与梭形模芯4为耐磨的导磁材料，第一外模和第二外模采用不导磁的不锈钢材料，导磁套与口模、梭形模芯之间形成日字形磁力线回路（见图5），经过口模的磁力线为辐向。

成型部位与挤压部位用法兰式连接，拆卸极其方便，如要保证其装配精度可以用定位销或者台阶定位配合。

使用时，注料桶固定在模架上，注料桶装入粉料，放入柱塞，在800~2000Kg/cm²压力条件下推动柱塞匀速前移动，把粉料推入模腔成型。物料经过梭形模芯再经分流孔的后呈平直流动，利于物料在模腔中的磁取向，且经过模芯分流孔的物料会沿柱塞方向形成反压，其成型压缩比达到2~2.2，保证了磁体密度，同时模芯台阶与外模配合起到定位、固定的作用，模芯的出口端部位与口模保证了磁环的尺寸。磁粉料经挤压通过模腔、口模磁取向，形成稳定、一致好的辐向磁环条，再根据需要切断成高度符合要求的磁环。该装置结构简单，适用小型化生产。

实施例8

如图3所示的一种注射挤压成型装置，包括挤压部位、成型部位和辐向磁场发生装置，其与实施例7的区别仅在于挤压部位，具体如下：

挤压部位由电机9、皮带及皮带轮、减速机10、螺杆11、料斗12、机筒13组成，皮带连接电机和减速机，螺杆位于机筒内，料斗与机筒相连。成型部位包括第一外模3、梭形模芯4、第二外模5和口模6，机筒13与第一外模3固定连接，第一外模3、第二外模5和口模6依次相连形成中空的模腔，第二外模具有缩口状的内腔，第二外模的缩口端与圆筒状的口模相连，梭形模芯4设置于模腔内部。

机筒与第一外模用法兰连接，拆卸极其方便，如要保证其装配精度可以用定位销或者台阶定位配合。

使用时，先将磁粉装入料斗，动力部分给螺杆提供扭距及转速，料斗中的磁粉进入机筒，在螺杆转动所建立的压力作用下，磁粉被连续定压、定量推进入模腔、挤出机头。

物料经过梭形模芯再经分流孔的后呈平直流动，利于物料在模腔中的磁取向，且经过模芯分流孔的物料会沿螺杆方向形成反压，其成型压缩比达到2~2.2，保证了磁体密度，同时模芯台阶与外模配合起到定位、固定的作用，模芯的出口端部位与口模保证了磁环的尺寸。磁粉料经挤压通过模腔、口模磁取向，形成稳定、一致好的辐向磁环条，再根据需要切断成高度符合要求的磁环。该装置更自动化且成型密度更好，适用大批量生产。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1. 一种注射挤压成型烧结永磁铁氧体辐射环的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

A、适用注射成型的干压异性粉料的制作：将预烧结的锶铁氧体粉末经磁场取向压制成为含水量小于14wt%的密实坯件，烘干，破碎得到永磁铁氧体，破碎的过程中加入粘结剂搅拌，再加入所述助剂混炼，制成有磁取向的干压异性粉料；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述永磁铁氧体为过20~30目筛网得到的颗粒。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的粘结剂是聚乙烯醇（PVA）；所述的助剂是以干压异性粉料总重量计的如下组分组成：2~5%油酸、1~3%甲基纤维素、3~6%聚乙烯蜡和1~3%酒精。

4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于该制备方法还包括C、脱脂处理：步骤B得到的成型辐射环先在60~70℃溶剂中脱脂4-5小时，然后以4~5℃/min升温速率、最高温度为480℃进行热脱脂。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的注射挤压成型采用的注射挤压成型装置，包括挤压部位、成型部位和辐向磁场发生装置，辐向磁场发生装置设置在成型部位出口端，挤压部位由柱塞（1）和注料桶（2）组成，成型部位包括第一外模（3）、梭形模芯（4）、第二外模（5）和口模（6），注料桶（2）与第一外模（3）固定连接，第一外模（3）、第二外模（5）和口模依次相连形成中空的模腔，所述的第二外模具有缩口状的内腔，第二外模的缩口端与圆筒状的口模相连，梭形模芯（4）设置于模腔内部。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的注射挤压成型采用的注射挤压成型装置，包括挤压部位、成型部位和辐向磁场发生装置，辐向磁场发生装置设置在成型部位出口端，挤压部位由电机（9）、皮带及皮带轮、减速机（10）、螺杆（11）、料斗（12）、机筒（13）组成；成型部位包括第一外模（3）、梭形模芯（4）、第二外模（5）和口模（6），机筒与第一外模（3）固定连接，第一外模（3）、第二外模（5）和口模依次相连形成中空的模腔，所述的第二外模具有缩口状的内腔，第二外模的缩口端与圆筒状的口模相连，梭形模芯（4）设置于模腔内部。

7.根据权利要求5或6所述的注射挤压成型装置，其特征在于：辐向磁场发生装置包括导磁套（7）和线圈（8），导磁套套置于第二模块和口模的外周，线圈设于导磁套内并以梭形模芯为中心环形设置。

8.根据权利要求5或6所述的注射挤压成型装置，其特征在于：所述的口模（6）与梭形模芯（4）为导磁材料，第一外模和第二外模为不导磁材料，导磁套与口模、梭形模芯之间形成日字形磁力线回路。

9.根据权利要求5或6所述的注射挤压成型装置，其特征在于：所述梭形模芯（4）的中间设有一台阶，该台阶将模腔分为两部分，台阶上均匀分布若干分流孔使所述的两部分连通，梭形模芯（4）的一端设有与口模相配合的圆柱形挤压头。

10.根据权利要求9所述的注射挤压成型装置，其特征在于：所述台阶设置于第一外模和第二外模之间的连接处。