CN103862052B - 一种各向同性钕铁硼磁体的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种各向同性钕铁硼磁体的成形方法。该方法包括：将合金原料熔炼成预合金铸锭的步骤；对预合金铸锭进行非晶化处理获得快淬合金的步骤；对所述快淬合金进行球磨获得粉末的步骤；将所述粉末与粘结剂混合形成浆料的步骤；以及所述浆料形成磁体的步骤。所述粘结剂选用水基粘结剂，优选甲基纤维素水溶液，所述浆料中固含量为30‑60vol％。该方法能够实现大尺寸、形状复杂的各向同性钕铁硼坯体的成形，达到降低氧含量的目的，同时大大降低了脱脂过程中的残碳量。

Description

一种各向同性钕铁硼磁体的成形方法

技术领域

本发明涉及一种各向同性钕铁硼磁体的成形方法。

背景技术

金属注射成形（Metal injection molding，MIM）是从塑料工业引入粉末冶金中的一种新型近净成形技术，是传统粉末冶金与现代注塑成形的结合。该工艺可以制取形状复杂、组织结构均匀的小型精密零件。金属注射成形技术早已应用于粘结钕铁硼永磁体的制备，其磁体的形状可以比较复杂且性能优异，弥补了传统粉末冶金干法成形技术的不足，很多产品实现了工业化生产。

但是，关于烧结钕铁硼永磁体的注射成形技术研究较少，其主要工艺难度在于：1）磁粉与热塑性有机粘结剂须在100-200℃下进行非真空混炼，对于烧结稀土永磁来说，其特殊的成分决定了其粉末在这种温度下与空气接触很容易被氧化；2）由于添加的有机粘结剂含量较高，在15vol％和50vol％之间，在脱脂、烧结后很容易在磁体中残余过量的碳，影响磁体最终的性能。

针对上述第一个技术难点，20世纪90年代，美国橡树岭国家实验室的M.A.Janney教授等发明了一种原位凝固成形方法，将有机单体与溶剂配制成一定浓度的预混液，金属或陶瓷粉末悬浮于其中制成低粘度、高固相含量的浓悬浮体，加入引发剂或催化剂后，将悬浮体注入非多孔模具中，在一定的温度条件下，有机聚合物单体交联聚合成三维网络状聚合物凝胶，使粉末颗粒原位粘结而固化形成坯体，这样就避免了注射成形工艺中磁粉与粘结剂的高温混合。

针对上述第二个技术难点，在凝胶注模成形工艺中，通过选择合适的有机粘结剂体系并控制其含量，可以从一定程度上解决该问题。中国专利文献CN1909124A公开了一种大尺寸稀土烧结磁体的磁场凝胶注模成形方法，将丙烯酸羟乙酯溶入甲苯制成预混液，与市售的钕铁硼粉混合，之后经过聚合、干燥、脱模等工序制备出各向异性钕铁硼未脱脂生坯。

然而，利用凝胶注模成形技术制备烧结钕铁硼磁体仍存在一些问题。例如，由于烧结钕铁硼内部的基相与富钕相皆与氧气有强烈的亲和力，即使温度不高，在空气中仍存在氧化问题。粘结剂体系仍不完善，主要问题是有机物含量偏高，后期脱脂及烧结过程中容易出现残碳过量的现象。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种各向同性钕铁硼磁体的成形方法，实现大尺寸、形状复杂的各向同性钕铁硼坯体的成形，该方法达到降低氧含量的目的，同时大大降低了脱脂过程中的残碳量。

本发明提供的各向同性钕铁硼磁体的成形方法，包括：将合金原料熔炼成预合金铸锭的步骤；对预合金铸锭进行非晶化处理获得快淬合金的步骤；对所述快淬合金进行球磨获得粉末的步骤；将所述粉末与粘结剂混合形成浆料的步骤；以及所述浆料形成磁体的步骤。

所述非晶化处理通过熔体快淬方式完成。

所述粘结剂优选为水基粘结剂。

所述水基粘结剂优选是甲基纤维素水溶液。所述甲基纤维素溶液中甲基纤维素的浓度是0.2-2.0wt％，更优选0.2-0.5wt％。

所述浆料的固含量优选为30-60vol％。

优选地，所述浆料形成磁体的步骤包括将所述浆料灌注在模具中形成磁体生坯的步骤。

优选地，还包括在将所述粉末与粘结剂混合的步骤之前，用表面处理剂对所述粉末表面进行处理的步骤。所述表面处理剂优选为0.005g/ml-0.02g/ml的硬脂酸丙酮溶液，更优选为0.01g/ml的硬脂酸丙酮溶液。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的工艺流程图；

图2是实施例中成分为Nd₁₄Fe₇₈Nb₂B₆的预合金铸锭(a)和快淬带(b)的XRD图谱。

具体实施方式

以下将结合具体实施方式来对本发明做进一步说明。

图1示出本发明一个具体实施方式的磁体成形方法的工艺流程图。首先根据选定成分熔炼制备预合金铸锭，将预合金铸锭通过熔体快淬的方式进行非晶化处理。接着，对快淬合金在保护液的保护下进行普通球磨，保护液的作用是减少球磨得到的粉末与氧气的接触，从而减小氧化程度，降低含氧量，保护液可以选用酒精或汽油。然后，将上述得到的粉末加入到作为水基粘结剂体系的甲基纤维素与去离子水组成的预混液中，形成高固相含量的浓悬浮液。接下来，在真空条件下进行去气及均匀化搅拌处理，将悬浮液注入非多孔模具中。在一定温度下，使粘结剂体系中的有机物单体成分发生交联进而形成三维网络状聚合凝胶，实现粉末的原位粘结，形成坯体。将坯体进行真空干燥处理，充分去除其中的水分后，在低于粉末中非晶成分的晶化温度下进行脱脂处理，获得各向同性烧结钕铁硼成形生坯。将脱脂生坯进行快速烧结（如：微波烧结）后可得到致密钕铁硼磁体。

以以下应用实例为例，具体工艺如下：

A、采用单铜辊快淬技术对名义原子成分为(Nd，Pr)_14.5-x(Fe，M)_79.5+xB₆(0≤x≤3，M为Cu、Al、Nb、Zr中的至少一种元素)的合金铸锭进行氩气保护甩带处理，充气前炉腔内气压小于4×10^-3Pa，铜辊表面线速度为25-45m/s；

B、将步骤A得到的快淬合金带放入转速为65r/min的普通球磨机内进行球磨，研磨钢球与待磨料的重量比20：1，球磨时间为3-5小时，得到粒度分布为4-5μm的片状合金粉末；

C、将步骤B得到的粉末在浓度为0.005g/ml-0.02g/ml的硬脂酸（SA）丙酮溶液中浸泡5-10小时，滤掉溶液，取出，真空干燥；

D、将甲基纤维素（MC）与去离子水配置成0.2-2.0wt％的MC预混水溶液作为水基粘结剂体系；

E、将步骤C中得到的粉末与MC预混液混合得到固含量为30-60vol％的悬浮浆料；

F、将步骤E中得到的悬浮浆料进行5-20小时的普通球磨；

G、将球磨后的浆料在室温条件下进行真空去泡处理30分钟；

H、将去泡处理后的浆料注入非多孔模具中，之后加热模具至70-80℃，保温3-10分钟，脱模取出生坯，之后将生坯放入真空干燥箱内干燥2-5小时后取出，箱内保持恒温65℃；

I、将干燥后的生坯在真空条件下进行脱脂处理以除去生坯中的有机物，脱脂最高温度为420℃，保温60-120分钟，得到各向同性钕铁硼脱脂生坯。

J、通过微波烧结对脱脂生坯进行烧结处理，得到致密磁体。

实施例

下面通过实施例对本发明的一个具体实施方式进行更详细的说明。

采用电弧真空熔炼工艺制备预合金铸锭，熔炼配方为：工业级纯铁、铌、钕分别62g、2.8g、32g，硼含量为20.21wt％的硼铁4.9g，得到原子成分为Nd₁₄Fe₇₈Nb₂B₆的预合金铸锭。对该预合金铸锭进行真空重熔快淬处理获得快淬带碎片，选用的设备为单铜辊快速冷凝炉，铜辊表面线速度为37m/s。将得到的快淬带碎片与适量酒精混合，放入普通球磨机进行球磨4小时，球磨机转速为65r/min，研磨钢球与快淬带碎片重量比为20：1。取出研磨后的磁粉并干燥，然后进行表面处理，将磁粉浸泡于浓度为0.01g/ml的硬脂酸（SA）丙酮溶液中，浸泡时间为5小时，取出磁粉，清洗后真空干燥。

选择甲基纤维素水溶液作为水基粘结剂体系，以0.5wt％的甲基纤维素水溶液为例说明甲基纤维素水溶液的配置方法：将150g去离子水加热80℃，在不断搅拌的同时缓慢加入1.5g甲基纤维素粉末，待甲基纤维素溶胀并形成均匀的淤浆后加入148.5g常温去离子水，搅拌冷却后形成浓度为0.5wt％的甲基纤维素水溶液。

将甲基纤维素水溶液与磁粉按一定体积比混合，例如58：42（表1中的N8），经普通球磨10小时后真空除泡30分钟，获得固含量42vol％的浆料。将浆料注入橡胶模具中，并迅速将模具置于烘箱内，保持温度80℃10分钟之后进行脱模，并将坯体置于65℃真空环境中4小时。之后在真空脱脂炉内进行真空脱脂120分钟，最高脱脂温度为380℃。得到含碳量0.085％的各向同性钕铁硼脱脂生坯。

各个实施例间除了甲基纤维素水溶液的浓度、甲基纤维素水溶液与磁粉的比例不同以外，其他条件和工艺流程相同。

结果如表1所示。

表1

表1中显示的结果表明，在甲基纤维素水溶液浓度为0.2-2.0wt％的条件下，各向同性钕铁硼脱脂生坯的碳含量普遍低于0.1wt％，满足永磁材料含碳量的要求。

另外，图2示出了预合金铸锭及其快淬带的XRD图谱。其中，图2中的(a)是预合金铸锭的XRD图谱，(b)是该预合金快淬带的XRD图谱，快淬过程中铜辊表面线速度为37m/s。可以看到，经过快淬处理后的合金的衍射谱中没有出现明显的衍射峰，说明淬态合金中存在大量非晶成分。

通过以上说明可知，本发明的方法首先改变合金粉的相组成，通过采用熔体快淬技术等进行非晶化处理提高磁粉的非晶程度，选择水基粘结剂体系，控制浆料中的有机物含量在0.1wt％左右，这样能大大降低脱脂生坯中的残碳量。另外，利用非晶合金的高耐蚀性抵抗氧化，并对粉末表面进行耐蚀处理，进而达到降低氧含量的目的。

因此，本发明的优点在于：成形温度低，粉末不容易氧化；有机物含量少，脱脂过程中残碳量低。此外，由于本发明的方法是通过将浆料注入模具中成形，因此还可以用来制备形状复杂的产品。本发明的磁体成形方法还具有加工成本低，工艺操作简单的特点。

以上是本发明的一个具体实施方式，但是本发明不限于此。在能实现本发明目的的前提下，本领域技术人员可做出各种改变和变型。

Claims (8)

1.一种各向同性钕铁硼磁体的成形方法，包括：

将合金原料熔炼成预合金铸锭的步骤；

对预合金铸锭进行非晶化处理获得快淬合金的步骤；

对所述快淬合金进行球磨获得粉末的步骤；

将所述粉末与粘结剂混合形成浆料的步骤；以及

所述浆料形成磁体的步骤，

所述浆料形成磁体的步骤包括将所述浆料灌注在模具中形成磁体生坯的步骤，

所述各向同性钕铁硼磁体的成形方法还包括在将所述粉末与粘结剂混合的步骤之前，用表面处理剂对所述粉末的表面进行处理的步骤。

2.根据权利要求1所述的各向同性钕铁硼磁体的成形方法，其特征在于，所述非晶化处理通过熔体快淬方式完成。

3.根据权利要求1所述的各向同性钕铁硼磁体的成形方法，其特征在于，所述粘结剂为水基粘结剂。

4.根据权利要求3所述的各向同性钕铁硼磁体的成形方法，其特征在于，所述水基粘结剂是甲基纤维素水溶液。

5.根据权利要求4所述的各向同性钕铁硼磁体的成形方法，其特征在于，所述甲基纤维素溶液的浓度是0.2-2.0wt％。

6.根据权利要求1所述的各向同性钕铁硼磁体的成形方法，其特征在于，所述浆料的固含量为30-60vol％。

7.根据权利要求1所述的各向同性钕铁硼磁体的成形方法，其特征在于，所述表面处理剂为0.005g/ml-0.02g/ml的硬脂酸丙酮溶液。

8.根据权利要求7所述的各向同性钕铁硼磁体的成形方法，其特征在于，所述表面处理剂为0.01g/ml的硬脂酸丙酮溶液。