CN105023689A - 一种高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钕铁硼永磁材料，具体涉及一种高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体及其制备方法，所述梯度渐变磁体由两种或两种以上牌号烧结而成，烧结的牌号均包含a、b两种性能参数，其中a表示剩磁或最大磁能积，b表示内禀矫顽力，所有牌号的a值均相同或相近，所有牌号的b值均不相同。本发明的高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体，可以实现高匹配度低成本的梯度渐变磁体，最终实现稀土材料的有效利用和成本最大化降低。
Description
技术领域
本发明涉及钕铁硼永磁材料，具体涉及一种高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体及其制备方法。
背景技术
传统钕铁硼的制造过程，主要是要经过熔炼、氢碎、气流磨、成型、烧结、机加工、镀层处理。但传统钕铁硼生产出来的产品是基本均一化的，即生产出的毛坯各个位置的特性是一致的。为优化钕铁硼材料特性，诞生了双合金或多合金技术以及晶界扩散技术。
双合金或多合金实际上是采用含高重稀土含量的Dy等元素，在单独完成熔炼之后的任何工序以一定比例添加，最终实现高各向异性场的Dy等元素的置换作用，实现主相晶体边缘形成一层以Dy2Fe14B的晶体，提高晶体边界的抗磁畴反转，最终提高磁体矫顽力，从而获得高的抗温特性。
晶界扩散技术实际上是在以形成具有一定物理特性的磁体或磁粉表面采用物理接触或者气相沉积的方法，使Dy等金属或化合物渗透到磁体的表面，并通过元素间的置换，实现磁体外表面高矫顽力的晶体，最终达到使磁体耐高温。
钕铁硼已广泛应用于各种电机，特别是风能电机、新能源汽车电机、伺服电机及其他类型的电机。在电机的设计和实际使用过程中，同一成品磁钢在电机中各个不同位置所需要的抗温抗反向磁场的要求并不相同。
现有生产和研发钕铁硼毛坯在磁体表面明显存在一层氧化层，通过大立磨或双面磨去除表面氧化层，一般设计表面会预0.5mm～1mm磨削量，比较严格的产品有时会采用只使用中心部分的磁体，表面大部分去除，实现产品均匀一致，这样导致产品材料利用率低，材料中心和表面性能的一致性差，更无法实现近似成品尺寸的磁体的生产。
现有钕铁硼粉体由于粉体为不规则且粉体流动性差，实验孔径20mm的锥形漏斗常规粉体无法自然流动。粉体流动性差，对于毛坯尺寸接近产品尺寸的磁体，现有条件很难实现粉体的自动供料，而是采用人为手动加料等实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体及其制备方法，可以实现高匹配度低成本的梯度渐变磁体，最终实现稀土材料的有效利用和成本最大化降低。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：所述高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体由两种或两种以上牌号烧结而成，烧结的牌号均包含a、b两种性能参数，其中a表示剩磁或最大磁能积，b表示内禀矫顽力，所有牌号的a值均相同或相近，所有牌号的b值均不相同。
优选的，所述不同牌号区域化分布，b值最高的牌号分布在磁体的外围或取向方向的两侧或分布在所述磁体受到电场或磁场变化强的区域或分布在所述磁体受到温度变化高的区域。
优选的，不同牌号以磁粉的形式添加，不同的磁粉通过喷嘴区域化添加，形成的磁体与成品相比具有高匹配度，不同牌号的磁粉在区域交界处微观上存在明显的相互交叉或者渐变的过渡带。
优选的，所述b值低的牌号成分中元素Zr的含量和/或元素Zr和Nb的总体含量大于等于相应牌号总量的0.1wt％，b值低的牌号成分中含限制晶粒长大的元素含量大于b值高的牌号成分中含限制晶粒长大的元素含量。
优选的，所述区域化分布的不同牌号单独烧结致密的温度差小于等于25℃，所述梯度渐变磁体的取向方向尺寸大于等于5mm。
优选的，所述高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体的取向方向尺寸大于等于10mm，所述磁体表面和中心位置处氧含量差异小于等于1000ppm。
一种高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备不同牌号的粗粉；
(2)在不同牌号的粗粉中分别添加钕铁硼防氧化剂和硬脂酸锌，将不同牌号的粗粉分别制备成细粉，然后分别添加钕铁硼润滑剂，并分别混合均匀；
(3)将步骤(2)制备完成的不同牌号的细粉区域化添加，实现不同细粉的组合，形成梯度渐变磁体的雏形；
(4)将步骤(3)制备好的雏形进行取向和压制，然后进行等静压操作，形成成型坯；
(5)将成型坯装于石墨盒中，进行烧结，形成毛坯，然后对毛坯进行磨加工；
(6)对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，然后对镀层保护处理完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。
优选的，所述步骤(2)中添加的钕铁硼防氧化剂和硬脂酸锌的总重量小于等于钕铁硼梯度渐变磁体总重量的0.4％，添加的钕铁硼润滑剂的重量小于等于钕铁硼梯度渐变磁体总重量的0.4％。
优选的，所述步骤(2)中b值大的牌号的细粉的平均粒度为3.0±0.5μm，b值小的牌号的细粉的平均粒度为3.3±0.5μm，且b值小的牌号细粉的平均粒度大于b值大的牌号细粉的平均粒度，所述粗粉通过气流磨制成细粉，b值小的牌号的粗粉在气流磨过程中添加10～150ppm的氧。
优选的，所述步骤(3)中采用喷嘴对不同牌号的细粉进行区域化添加，步骤(4)中进行等静压后成型坯的密度大于等于4.4g/cm3。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极效果：
(1)在电机的设计和实际使用过程中，同一成品磁钢在电机中各个不同位置所需要的抗温抗反向磁场的要求并不相同，本发明的钕铁硼梯度渐变磁体，采用相同或接近的剩磁或/和磁能积且不同矫顽力的组合实现各个不同位置所需要的特性，在满足电机特性情况下，获得最优的成本；
(2)磁体沿取向方向的边部受到的反向电场值最大，磁钢最容易失磁，本发明中，内禀矫顽力大的牌号分布在磁体的外围或取向方向的两侧，使磁体的涡流损失大大降低；
(3)本发明中的钕铁硼梯度渐变磁体的制备方法中，粉体流动性不同，常规钕铁硼粉几乎不流动，通过添加钕铁硼防氧化剂、润滑剂及粉末状的硬脂酸锌且控制他们的加入量实现细粉的流动性改善，采用喷嘴对不同磁粉区域化添加，并辅助采用振动装置，使粉体能够喷射出来，实现粉体自动供料，使用喷嘴能够使成型后的坯料与产品尺寸及形状相同或相近，生产出的坯料具有高匹配度，节省后续再加工过程，极大的节省材料；
(4)本发明的磁体中，内禀矫顽力大的牌号的细粉的平均粒度为3.0±0.5μm，内禀矫顽力小的牌号的细粉的平均粒度为3.3±0.5μm，且各自烧结温度差在25℃以内，最终保持不同牌号的细粉的晶体能够一致生长，不同牌号区域收缩一致，实现烧结后近似成品尺寸的磁体；
(5)由于钕铁硼磁体在生产过程中，由于腔体中始终存在氧氛围，因此无法100％保证磁体或磁粉不氧化，使得处于外围的粉体或磁体总是会与腔体中少量的氧气或吸附的水汽发生反应，最终导致磁体中心和外部氧含量差异，使得磁体均匀性差，通过大立磨或双面磨去除表面氧化层，一般设计表面会预留0.5mm～1mm磨削量，比较严格的产品有时会采用只使用中心部分的磁体，表面大部分去除，实现产品均匀一致，这样导致产品材料利用率低，材料中心和表面性能的一致性差，无法实现近似成品尺寸的磁体的生产，而本发明中在内禀矫顽力小的牌号的粗粉气流磨过程中添加10～150ppm的氧，使表面磁体氧含量和中心磁体氧含量差异较小，低于1000ppm，使得材料整体性能均匀良好，不需额外过多磨削；
(6)本发明中的磁体有效降低重稀土Dy等重稀土材料的使用，节约资源，并且降低成本，最大效能的实现高成本的钕铁硼材料的价值，物尽其用，降低成本6％以上，最大降幅超过30％。
附图说明
图1为本发明的实施例1、2和对比例1、2中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
图2为本发明的实施例3中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
图3为本发明的对比例3中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
图4为本发明的实施例4中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
图5为本发明的实施例5中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
图6为本发明的实施例6中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
图7为本发明的实施例7中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
图8为本发明的实施例8中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
图9为本发明的实施例9中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
图10为本发明的实施例10中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
图11为本发明的对比例4中钕铁硼梯度渐变磁体的结构示意图；
其中，图1-11中箭头方向表示磁体取向方向，1表示A牌号区域，2表示B牌号区域，3表示C牌号区域。
具体实施方式
一种高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体的制备方法，包括以下步骤：
(1)设计钕铁硼梯度渐变磁体的成分，所述磁体由两种或两种以上的牌号组成。牌号均包含a、b两种性能参数，其中a表示剩磁或最大磁能积，b表示内禀矫顽力，所有牌号的a值均相同或相近，所有牌号的b值均不相同，且b值低的牌号成分中元素Zr的含量和/或元素Zr和Nb的总体含量大于等于相应牌号总量的0.1wt％，b值低的牌号成分中含限制晶粒长大的元素含量大于b值高的牌号成分中含限制晶粒长大的元素含量，将不同牌号原料通过熔炼和氢碎技术制备出不同牌号所需要的粗粉；
(2)在不同牌号的粗粉中分别添加钕铁硼防氧化剂和粉末状硬脂酸锌，其中添加的钕铁硼防氧化剂和粉末状硬脂酸锌的总重量小于等于钕铁硼梯度渐变磁体总重量的0.4％，后将不同牌号的粗粉通过气流磨分别制备成细粉，b值小的牌号的粗粉在气流磨过程中添加10～150ppm的氧，b值大的牌号的细粉的平均粒度为3.0±0.5μm，b值小的牌号的细粉的平均粒度为3.3±0.5μm，且b值小的牌号细粉的平均粒度大于b值大的牌号细粉的平均粒度，然后在不同牌号的细粉中分别添加钕铁硼润滑剂，添加的钕铁硼润滑剂的重量小于等于钕铁硼梯度渐变磁体总重量的0.4％，并分别混合均匀；
(3)将步骤(2)制备完成的不同牌号的细粉区域化分布，b值最高的牌号分布在磁体的外围或取向方向的两侧或分布在所述磁体受到电场或磁场变化强的区域或分布在所述磁体受到温度变化高的区域，用喷嘴或类似喷嘴的加料方式对细粉进行区域化添加，并用振动装置使细粉能够喷射出来，实现不同细粉的组合，形成梯度渐变磁体的雏形，不同牌号的磁粉在区域交界处微观上存在明显的相互交叉或者渐变的过渡带；
(4)将步骤(3)制备好的雏形进行取向和压制，后进行等静压操作，形成成型坯，成型坯的密度大于等于4.4g/cm3；
(5)将成型坯装于密封性能优良且高温变形小的石墨盒中，进行烧结，不同区域牌号单独烧结致密的温度差小于等于25℃，形成毛坯，后对毛坯进行磨加工；
(6)对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品，成品磁体的取向方向尺寸大于等于5mm，优选的，所述成品磁体的取向方向尺寸大于等于10mm，所述成品磁体表面和中心位置处氧含量差异小于等于1000ppm。
实施例1
如图1所示，采用42H牌号(B牌号)粉体和42M牌号(A牌号)粉体，在熔炼和氢碎后分别添加0.1wt％钕铁硼防氧化剂和0.02wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，且42M牌号粉体在气流磨研磨过程中补充50ppm的氧，气流磨后在42H牌号粉体和42M牌号粉体中分别添加0.1wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉。在成型时将42M细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，另外采用另一个喷嘴将42H牌号细粉添加到B牌号区域2，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好。然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.55g/cm3，两种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试42H区域牌号和42M区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
实施例2
如图1所示，采用平均粒径为3.0±0.3μm且配方设计含限制晶粒长大的微量元素成分Zr含量为0.1wt％的42SH牌号(B牌号)粉体和平均粒径为3.0±0.3μm且配方设计含限制晶粒长大的微量元素成分Zr含量为0.15wt％的42M牌号(A牌号)粉体，在熔炼和氢碎后分别添加0.25wt％钕铁硼防氧化剂和0.02wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，且42M牌号粉体在气流磨研磨过程中补充150ppm的氧。气流磨后在42SH牌号粉体和42M牌号粉体中分别添加0.1wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉。在成型时将42M牌号细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，另外采用另一个喷嘴将42SH牌号细粉添加到B牌号区域2，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好。然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.53g/cm3，两种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试42SH区域牌号和42M区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
实施例3
如图2所示，采用42H牌号(B牌号)粉体和42M牌号(A牌号)粉体，在熔炼和氢碎后分别添加0.1wt％钕铁硼防氧化剂和0.02wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，且42M牌号粉体在气流磨研磨过程中补充50ppm的氧，气流磨后在42H牌号粉体和42M牌号粉体中分别添加0.1wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，，形成不同牌号的细粉；在成型时将42M细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，另外采用另一个喷嘴将42H牌号细粉添加到B牌号区域2，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好。然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.55g/cm3，两种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试42H区域牌号和42M区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
实施例4
如图4所示，采用35SH牌号(A牌号)粉体、35EH牌号(B牌号)粉体和35UH(C牌号)粉体，在熔炼和氢碎后分别添加0.3wt％钕铁硼防氧化剂和0.05wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，气流磨后在A、B、C牌号粉体中分别添加0.1wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉；在成型时将35SH细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，采用另一个喷嘴将35EH牌号细粉添加到B牌号区域2，再采用另一个喷嘴将35UH牌号细粉添加到C牌号区域3，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好。然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.65g/cm3，三种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试35SH区域牌号、35EH区域牌号和35UH区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
实施例5
如图5所示，采用38H牌号(A牌号)粉体和38SH牌号(B牌号)，在熔炼和氢碎后分别添加0.3wt％钕铁硼防氧化剂和0.1wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，且38H粗粉在气流磨研磨过程中补充120ppm的氧，气流磨后在A、B牌号粉体中分别添加0.3wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉；在成型时将38H细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，采用另一个喷嘴将38SH牌号细粉添加到B牌号区域2。其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好，然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.5g/cm3，两种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试各区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
实施例6
如图6所示，采用38H牌号(A牌号)粉体和38SH牌号(B牌号)，在熔炼和氢碎后分别添加0.1wt％钕铁硼防氧化剂和0.1wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，且38H粗粉在气流磨研磨过程中补充110ppm的氧，气流磨后在A、B牌号粉体中分别添加0.3wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉；在成型时将38H细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，采用另一个喷嘴将38SH牌号粉添加到两个B牌号区域2，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好，然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.55g/cm3，三种区域牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试各区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
实施例7
如图7所示，采用40M牌号(A牌号)粉体和40SH牌号(B牌号)，在熔炼和氢碎后分别添加0.1wt％钕铁硼防氧化剂和0.1wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，且40M牌号粉体在气流磨研磨过程中补充10ppm的氧，气流磨后在A、B牌号粉体中分别添加0.1wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉；在成型时将40M细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，采用另一个喷嘴将40SH牌号细粉添加到B牌号区域2，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好，然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.57g/cm3，两种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试各区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
实施例8
如图8所示，采用40M牌号(A牌号)粉体、40SH牌号(B牌号)和40H(C牌号)粉体，在熔炼和氢碎后分别添加0.1wt％钕铁硼防氧化剂和0.01wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，气流磨后在A、B牌号粉体中分别添加0.1wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉。在成型时将40M细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，采用另一个喷嘴将40SH牌号细粉添加到B牌号区域2，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，再用另一个喷嘴将40H牌号粉添加到C牌号区域3。其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好。然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.6g/cm3，两种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试各区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
实施例9
如图9所示，采用42M牌号(A牌号)粉体和42H牌号(B牌号)粉体，在熔炼和氢碎后分别添加0.1wt％钕铁硼防氧化剂和0.01wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，气流磨后在A、B牌号粉体中分别添加0.1wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉。在成型时将42M牌号细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，采用另一个喷嘴将42H牌号细粉添加到B牌号区域2，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好。然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.55g/cm3，三种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试各区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
实施例10
如图10所示，采用42M牌号(A牌号)粉体、42H牌号(B牌号)粉体和N42(C牌号)粉体，在熔炼和氢碎后分别添加0.1wt％钕铁硼防氧化剂和0.1wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，气流磨后在A、B、C牌号粉体中分别添加0.1wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉；在成型时将42M细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，采用另一个喷嘴将42H牌号粉细粉添加到B牌号区域2，再用另一个喷嘴将N42牌号细粉添加到C牌号区域3，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好，然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.55g/cm3，三种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试各区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
对比例1
如图1所示，采用平均粒径不在3.0±0.3μm范围内的42SH牌号(B牌号)粉体和平均粒径不在3.3±0.5μm范围内的42M牌号(A牌号)粉体，在熔炼和氢碎后分别添加0.2wt％钕铁硼防氧化剂和0.05wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，气流磨后在A、B牌号粉体中分别添加0.3wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉；在成型时将42M细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到A牌号区域1，另外采用另一个喷嘴将42SH牌号细粉添加到B牌号区域2，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好，然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.6g/cm3，两种牌号细粉烧结温度差大于25℃。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试42SH区域牌号和42M区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
对比例2
如图1所示，A牌号和B牌号均采用常规42H粉体，在熔炼和氢碎后直接进行气流磨。在成型时将42H细粉手动添加到A牌号区域1和B牌号区域2，后进行取向和压制，再进行等静压和烧结，等静压后的成型坯用常规不锈钢烧结盒子装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量。
对比例3
如图3所示，采用35EH牌号(A牌号)粉体和35SH牌号(B牌号)粉体，在熔炼和氢碎后分别添加0.3wt％钕铁硼防氧化剂和0.05wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，气流磨后在A、B牌号中分别添加0.1wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉；在成型时将35SH细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到B牌号区域2，另外采用另一个喷嘴将35EH牌号粉添加到A牌号区域1，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好，然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.6g/cm3，两种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试35SH区域牌号和35EH区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
对比例4
如图11所示，采用42M牌号(B牌号)粉体和42H牌号(A牌号)，在熔炼和氢碎后分别添加0.1wt％钕铁硼防氧化剂和0.2wt％粉末状的硬脂酸锌，然后进行气流磨，气流磨后在A、B牌号粉体中分别添加0.3wt％的钕铁硼润滑剂，并分别混料均匀，形成不同牌号的细粉；在成型时将42M细粉在一定气压下通过喷嘴喷射到B牌号区域2，采用另一个喷嘴将42H牌号细粉添加到A牌号区域1，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，其中料筒喷嘴附近加装空气动力锤，自动敲击料筒，使粉体流动性更好，然后将制备好的雏形进行取向和压制，再进行等静压和烧结，其中等静压后成型坯的密度为4.55g/cm3，两种牌号细粉烧结温度控制在25℃以内的差异。等静压后的成型坯采用特殊设计的具有密封性优良且变形小的的石墨料盒装载烧结，烧结后形成毛坯，后对毛坯进行磨加工，对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，后对镀层完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。测试各区域牌号性能、对应磁体中心和表面氧含量及磁体取向方向的尺寸。
实施例1-10及对比例1-4试验测试结果如表1所示：
表1磁体性能数据
其中，42H成本150元/Kg，42M成本140元/Kg，42SH成本208元/kg，35EH成本270元/Kg，35SH成本170元/Kg，35UH成本220元/kg，38SH成本180元/Kg，38H成本150元/kg，40SH成本190元/Kg，40H成本160元/kg，40M成本140元/kg，42H成本150元/Kg，42M成本140元/Kg，N42成本128元/kg。
实施例1-3和对比例1-2中，四边为B牌号区域质量占比约20％，取向两侧为B牌号区域质量占比为10％。
实施例4中，35EH占总质量约20％，35UH占总质量约20％，35SH占总质量约60％；对比例3中，35EH占总质量约40％，35SH占总质量约60％。
实施例5中，38SH占总质量约20％，38H占总质量约80％；实施例6中，38SH双B牌号区域占比60％；实施例7中，40SH占总质量约20％；实施例8中，40H占总质量约20％，40SH占总质量约20％，剩余40M。
实施例9和对比例4中，B牌号区域占粉10％，余下为A牌号区域；实施例10中，B牌号区域占粉10％，C牌号区域占20％，余下为A牌号区域。
由实施例和对比例1可知，采用内禀矫顽力不同，且剩磁和最大磁能积均不相同的不同牌号，生产出来的磁体无法使用，两种牌号烧结温度差在大于25℃的情况下，直接出现毛坯收缩不一致现象。由对比例2可知，采用同一牌号烧制磁体，存在产品明显粗糙问题，在生产过程中没有额外加氧，导致产品中心与表面氧含量超过1200ppm，这直接的影响是使产品均匀性差。由对比例3和对比例4可知，主要部分直接采用低内禀矫顽力牌号，会使电机存在失磁现象，主要是电机转子反向电场和温度较高导致。
由实施例1-10可知，相同或接近的剩磁或/和磁能积且不同矫顽力的组合能够实现电机各个不同位置所需要的特性，控制不同牌号烧结温度差，保证了不同牌号的细粉的晶体能够一致生长，可以实现电机正常运行，在不影响电机特性情况下，实现成本的大幅度降低。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体，其特征在于：所述高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体由两种或两种以上牌号烧结而成，烧结的牌号均包含a、b两种性能参数，其中a表示剩磁或最大磁能积，b表示内禀矫顽力，所有牌号的a值均相同或相近，所有牌号的b值均不相同。
2.根据权利要求1所述的高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体，其特征在于：不同牌号区域化分布，b值最高的牌号分布在磁体的外围或取向方向的两侧或分布在所述磁体受到电场或磁场变化强的区域或分布在所述磁体受到温度变化高的区域。
3.根据权利要求2所述的高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体，其特征在于：不同牌号以磁粉的形式添加，不同的磁粉通过喷嘴区域化添加，形成的磁体与成品相比具有高匹配度，不同牌号的磁粉在区域交界处微观上存在明显的相互交叉或者渐变的过渡带。
4.根据权利要求3所述的高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体，其特征在于：b值低的牌号成分中元素Zr的含量和/或元素Zr和Nb的总体含量大于等于相应牌号总量的0.1wt％，b值低的牌号成分中含限制晶粒长大的元素含量大于b值高的牌号成分中含限制晶粒长大的元素含量。
5.根据权利要求4所述的高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体，其特征在于：区域化分布的不同牌号单独烧结致密的温度差小于等于25℃，所述梯度渐变磁体的取向方向尺寸大于等于5mm。
6.根据权利要求5所述的高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体，其特征在于：所述高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体的取向方向尺寸大于等于10mm，所述磁体表面和中心位置处氧含量差异小于等于1000ppm。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备不同牌号的粗粉；
(2)在不同牌号的粗粉中分别添加钕铁硼防氧化剂和硬脂酸锌，将不同牌号的粗粉分别制备成细粉，然后分别添加钕铁硼润滑剂，并分别混合均匀；
(3)将步骤(2)制备完成的不同牌号的细粉区域化添加，实现不同细粉的组合，形成梯度渐变磁体的雏形；
(4)将步骤(3)制备好的雏形进行取向和压制，然后进行等静压操作，形成成型坯；
(5)将成型坯装于石墨盒中，进行烧结，形成毛坯，然后对毛坯进行磨加工；
(6)对磨加工好的毛坯进行镀层保护处理，然后对镀层保护处理完成的坯料进行充磁，即形成钕铁硼梯度渐变磁体成品。
8.根据权利要求7所述的高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中添加的钕铁硼防氧化剂和硬脂酸锌的总重量小于等于钕铁硼梯度渐变磁体总重量的0.4％，添加的钕铁硼润滑剂的重量小于等于钕铁硼梯度渐变磁体总重量的0.4％。
9.根据权利要求8所述的高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中b值大的牌号的细粉的平均粒度为3.0±0.5μm，b值小的牌号的细粉的平均粒度为3.3±0.5μm，且b值小的牌号细粉的平均粒度大于b值大的牌号细粉的平均粒度，所述粗粉通过气流磨制成细粉，b值小的牌号的粗粉在气流磨过程中添加10～150ppm的氧。
10.根据权利要求9所述的高匹配度钕铁硼梯度渐变磁体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中添加的钕铁硼防氧化剂和硬脂酸锌的总重量小于等于钕铁硼梯度渐变磁体总重量的0.15％，添加的钕铁硼润滑剂的重量小于等于钕铁硼梯度渐变磁体总重量的0.1％，步骤(3)中采用喷嘴对不同牌号的细粉进行区域化添加，步骤(4)中进行等静压后成型坯的密度大于等于4.4g/cm3。
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