CN106964777A - 生产热变形磁体的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生产热变形磁体的方法和设备，其中在热压过程中，对快淬粉实施热压以获得预成型坯；在热变形过程中，对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体，其中利用两个彼此相对移动的挤压头将所述预成型坯经由一个或多个位于所述挤压头中的出料口挤出成型。

Description

生产热变形磁体的方法和设备
技术领域
本发明涉及生产热变形磁体的方法和设备。
背景技术
稀土/铁/硼基永磁体广泛地应用于家用电器、电动工具、风力发电、纯电动汽车/混合动力汽车等领域。与烧结磁体和粘结磁体相比，热变形稀土/铁/硼基磁体由于磁各向异性、不含或较低含量的重稀土元素如Dy和Tb、可以近净成形工艺生产等优点而越来越受到关注。
现有的热变形工艺包括模压、挤出成型和辊压等，但是仍然存在如下问题：所制磁体的磁性能均匀性差，工艺的产率低，需要开发连续热压的工艺和设备；现有产品的形状主要为磁环，而诸如平板状和圆弧状的其他形状的磁体的生产工艺尚不成熟。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题。
该目的是通过生产热变形磁体的方法实现的，该方法包括：在热压步骤中，对快淬粉实施热压以获得预成型坯；在热变形步骤中，对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体，其中利用两个彼此相对移动的挤压头将所述预成型坯经由一个或多个位于所述挤压头中的出料口挤出成型。
另一方面，该目的是通过生产热变形磁体的设备实现的，该设备包括：对快淬粉实施热压以获得预成型坯的热压装置；对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体的热变形装置，该热变形装置具有两个彼此相对移动的挤压头，所述挤压头中具有一个或多个出料口，其中利用两个所述挤压头将所述预成型坯经由所述出料口挤出成型。
下面依照附图更详细地阐述本发明的各个方面。
附图说明
图1所示为根据本发明的一个实施方案的热压模具a)、热变形挤压头b)和热变形磁体c)的实物照片；
图2所示为图1c)所示磁体两面上的X射线衍射(XRD)谱；
图3至6所示为根据本发明的其他实施方案的热压和热变形工艺的示意图。
具体实施方式
除非另外说明，本申请提到的所有的出版物、专利申请、专利和其它参考文献都以引用的方式全文结合入本文中，相当于全文呈现于本文。
除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域普通技术人员通常所理解的同样含义。在抵触的情况下，以本说明书包括定义为准。
当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及优选的数值下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围旨在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。
本发明涉及生产热变形磁体的方法，该方法包括：在热压步骤中，对快淬粉实施热压以获得预成型坯；在热变形步骤中，对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体，其中利用两个彼此相对移动的挤压头将所述预成型坯经由一个或多个位于所述挤压头中的出料口挤出成型。
快淬粉
对于在根据本发明的方法中使用的快淬粉没有特别的限制，例如可以通过熔体快淬法获得快淬带，然后将快淬带碾碎获得快淬粉。也可以使用商购获得的快淬粉，例如购自麦格昆磁(天津)有限公司的MQU等系列的磁粉。在根据本发明的方法中使用的快淬粉可以具有纳米级的晶粒尺寸，也可以是非晶态，并在热变形步骤中晶化。
对于在根据本发明的方法中使用的快淬粉的合金组成没有特别的限制，例如可以使用RE2Fe14B单相合金，其中RE代表Nd或其他稀土元素或它们的组合，也可以使用双相合金，其例如由RE2Fe14B相和富RE相组成，或者由RE2Fe14B相和软磁相组成。
热压步骤
在根据本发明的方法的一个实施方案中，在热压步骤中，在600至750℃的热压温度下以50至200MPa的压力对所述快淬粉实施热压。
对于在所述热压步骤中使用的保护气氛没有特别的限制，例如可以在加热之前抽真空，例如低于1×10-1Pa，优选低于6×10-2Pa。对于在所述热压步骤中采用的升温速率没有特别的限制，例如可以为50至200℃/min，优选为约100℃/min。在达到预定的热压温度之后，可以适当地进行保温。对于在所述热压步骤中采用的保温时间没有特别的限制，例如可以为0至120秒，优选为约1分钟。预成型坯可以是长方体，也可以是圆柱体，或者是具有其他形状的截面的柱体。
在热压步骤和热变形步骤彼此相接地实施的情况下，在所述热压步骤中达到预定的保温时间之后，将预成型坯直接送入热变形步骤中。
在热压步骤和热变形步骤彼此分离地实施的情况下，在所述热压步骤中达到预定的保温时间之后，停止加热及卸载压力，使预成型坯自然冷却，优选使用惰性的气体进行冷却，例如Ar或N2。在温度低于200℃之后，取出预成型坯，然后送入热变形步骤中。
热变形步骤
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，在热变形步骤中，在750至950℃的热变形温度下以50至200MPa的压力对所述预成型坯实施热变形。
对于在所述热变形步骤中使用的保护气氛没有特别的限制，例如可以在加热之前抽真空，例如低于1×10-1Pa，优选低于6×10-2Pa，然后充入惰性气体，例如Ar。对于在所述热变形步骤中采用的升温速率没有特别的限制，例如可以为50至200℃/min，优选为约100℃/min。在达到预定的热变形温度之后，可不保温直接进行热变形，也可以适当地进行保温。对于在所述热变形步骤中采用的保温时间没有特别的限制，例如可以为2至4分钟，优选为约3分钟。在达到预定的保温时间之后，开始实施热变形。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，热压步骤和热变形步骤彼此相接地实施，其中在热压步骤中使用的挤压头用作在热变形步骤中使用的模具的一部分内壁。
在热压步骤和热变形步骤彼此相接地实施的情况下，热压步骤和热变形步骤分别在热压温度和热变形温度下实施。具体而言，虽然热压步骤中使用的热压模具与热变形步骤中使用的热变形模具彼此相接，但是热压模具在热压温度下实施热压，而热变形模具在热变形温度下实施热变形。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，两个所述挤压头之一中具有出料口。具体而言，两个所述挤压头中，一个具有出料口，另一个不具有出料口。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，两个所述挤压头中均具有出料口。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，两个所述挤压头中的一个移动实施挤压，另一个静止。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，两个所述挤压头中的一个具有出料口且移动实施挤压，另一个不具有出料口且静止。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，两个所述挤压头均移动实施挤压。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，两个所述挤压头均具有出料口且移动实施挤压。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，所述出料口具有可自由设计形状的截面，例如矩形或弧形的截面。
另一方面，本发明还涉及生产热变形磁体的设备，该设备包括：对快淬粉实施热压以获得预成型坯的热压装置；对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体的热变形装置，该热变形装置具有两个彼此相对移动的挤压头，所述挤压头中具有一个或多个出料口，其中利用两个所述挤压头将所述预成型坯经由所述出料口挤出成型。
快淬粉
对于在根据本发明的设备中使用的快淬粉没有特别的限制，例如可以通过熔体快淬法获得快淬带，然后将快淬带碾碎获得快淬粉。也可以使用商购获得的快淬粉，例如购自麦格昆磁(天津)有限公司的MQU等系列的磁粉。在根据本发明的设备中使用的快淬粉可以具有纳米级的晶粒尺寸，也可以是非晶态，并在热变形装置中晶化。
对于在根据本发明的设备中使用的快淬粉的合金组成没有特别的限制，例如可以使用RE2Fe14B单相合金，其中RE代表Nd或其他稀土元素或它们的组合，也可以使用双相合金，其例如由RE2Fe14B相和富RE相组成，或者由RE2Fe14B相和软磁相组成。
热压装置
在根据本发明的设备的一个实施方案中，所述热压装置在600至750℃的热压温度下以50至200MPa的压力对所述快淬粉实施热压。
对于在所述热压装置中使用的保护气氛没有特别的限制，例如可以在加热之前抽真空，例如低于1×10-1Pa，优选低于6×10-2Pa。对于在所述热压装置中采用的升温速率没有特别的限制，例如可以为50至200℃/min，优选为约100℃/min。在达到预定的热压温度之后，可以适当地进行保温。对于在所述热压装置中采用的保温时间没有特别的限制，例如可以为0至120秒，优选为约1分钟。预成型坯可以是长方体，也可以是圆柱体，或者是具有其他形状的截面的柱体。
在热压装置和热变形装置彼此相接的情况下，在所述热压装置中完成热压过程并达到预定的温度之后，将预成型坯直接送入热变形装置中。
在热压装置和热变形装置彼此分离的情况下，在所述热压装置中达到预定的保温时间之后，停止加热及卸载压力，使预成型坯自然冷却，优选使用惰性的气体进行冷却，例如Ar或N2。在温度低于200℃之后，取出预成型坯，然后送入热变形装置中。
热变形装置
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述热变形装置在750至950℃的热变形温度下以50至200MPa的压力对所述预成型坯实施热变形。
对于在所述热变形装置中使用的保护气氛没有特别的限制，例如可以在加热之前抽真空，例如低于1×10-1Pa，优选低于6×10-2Pa，然后充入惰性气体，例如Ar。对于在所述热变形装置中采用的升温速率没有特别的限制，例如可以为50至200℃/min，优选为约100℃/min。在达到预定的热变形温度之后，可以直接进行热变形，也可以适当地进行保温，使得温度更加均匀。对于在所述热变形装置中采用的保温时间没有特别的限制，例如可以为2至4分钟，优选为约3分钟。在达到预定的保温时间之后，开始实施热变形。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述热压装置和所述热变形装置彼此相接，其中所述热压装置的挤压头用作所述热变形装置的模具的一部分内壁。
在热压装置和热变形装置彼此相接的情况下，热压装置和热变形装置分别在热压温度和热变形温度下实施。具体而言，虽然热压装置中使用的热压模具与热变形装置中使用的热变形模具彼此相接，但是热压模具在热压温度下实施热压，而热变形模具在热变形温度下实施热变形。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，两个所述挤压头之一中具有出料口。具体而言，两个所述挤压头中，一个具有出料口，另一个不具有出料口。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，两个所述挤压头中均具有出料口。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，两个所述挤压头中的一个移动实施挤压，另一个静止。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，两个所述挤压头中的一个具有出料口且移动实施挤压，另一个不具有出料口且静止。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，两个所述挤压头均移动实施挤压。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，两个所述挤压头均具有出料口且移动实施挤压。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述出料口具有可自由设计形状的截面，例如矩形或弧形的截面。
实施例1
图1所示为本实施例中使用的热压模具a)、热变形挤压头b)和热变形磁体c)的实物照片。
热压
将市售的MQU-F磁粉装入如图1a)所示的热压模具中，将热压模具连同磁粉一起放入热压机中。抽真空至低于6×10-2Pa时开始加热。在以约100℃/min的升温速率进行加热期间，对热压模具施加不小于50MPa的压力。在温度达到670℃后，在该温度下保温1分钟，然后关闭加热系统和液压系统。利用Ar气体冷却预成型坯样品，在温度低于200℃之后取出预成型坯样品。
热变形
将预成型坯装入热变形模具中，将热变形模具连同预成型坯一起放入炉中。抽真空至低于6×10-2Pa后，充入Ar气体作为保护气体。然后开始以约100℃/min的升温速率加热，在温度达到800至860℃后，在该温度下保温3分钟。然后启动热变形过程的液压系统，开始利用如图1b)所示的热变形挤压头实施挤出成型，其中挤压头之间的空隙用作出料口。在挤出成型过程完成之后，关闭加热系统和液压系统。在自然冷却至室温后，打开热变形模具，获得如图1c)所示的热变形磁体。
图2所示为本实施例获得的磁体两面上的X射线衍射(XRD)谱。利用如图2所示的I(006)/I(105)的比例数值作为晶粒取向的度量进行评估。所得磁体两面上的该比例数值几乎相等，这表明所得的磁体的两面具有一致的晶粒取向均匀性。
实施例2
图3所示为本实施例的热压和热变形工艺的示意图。
在本实施例中，通过将热压过程和热变形过程相结合，实现了连续的热挤出过程，如图3所示，这是相对于传统工艺的一个重要区别。
将整个系统保持在750至950℃的热变形温度范围内。将快淬粉装入热压模具4中，如图3(a)所示。然后挤压头1开始实施热压，如图3(b)所示。在热压过程中，加热及压实快淬粉。通过控制工艺参数，在预成型坯升温至热变形温度时，达到全密度。然后挤压头2向左移动，预成型坯下落至挤出模具，如图3(c)所示。然后挤压头2和3彼此相对移动，从而将预成型坯经由挤压头3中的出料口挤出，如图3(d)所示。在挤出过程中，经由挤压头3中的出料口挤出平板状磁体，如图3(e)所示。在挤压头3外部设置有切割装置，以将热变形磁体切割成小块(未示出)。在将一个预成型坯挤出之后，将挤压头1升起，挤压头2和3移动至各自的初始位置，重新装填快淬粉，开始下一个循环，如图3(f)所示。在挤压头3中的预成型坯的残余部分将被下一个预成型坯挤出。整个过程以此方式连续地进行，从而以高效率生产热变形磁体。
通过设计热变形挤压头3，实现了近净成形过程。
通过改变热变形挤压头3的出料口的截面形状，可以容易地获得平板状和圆弧状的热变形磁体。此外，通过设计挤压头、模具和加工系统，相应地还可以获得其他形状的热变形磁体。
实施例3
图4(a)所示为本实施例的热压和热变形工艺的示意图。
在本实施例中，通过使用不同于实施例2的挤压头，使加工过程更加高效。挤压头的出料口的数量多于一个，如图4(a)所示。由于热变形挤压头具有两个或更多个出料口，所以在一个循环中挤出多于一个热变形磁体。
此外，通过改变出料口的截面形状，还可以容易地改变最终磁体的形状。
实施例4
图4(b)所示为本实施例的热压和热变形工艺的示意图。
在本实施例中，两个挤压头均具有一个或多个出料口，如图4(b)所示。两个挤压头彼此相对移动，于是将预成型坯经由两个挤压头中的出料口从两个方向挤出。
此外，通过改变出料口的截面形状，可以容易地改变最终磁体的形状。
实施例5
图5所示为本实施例的热变形工艺的示意图。
在本实施例中，热压过程和热变形过程分离设置，如图5所示。热压/冷压预成型坯至全密度，这通过传统的压制技术进行，如图5(a)所示。将预成型坯装入挤出模具中，如图5(b)所示，其中挤出模具和挤压头整个系统保持在750至950℃的热变形温度范围内。模具中的预成型坯通过与模具的热交换进行加热。在预成型坯的温度达到热变形温度时，挤压头2和3彼此相对移动从而挤出磁体，如图5(c)所示。由于挤压头在两个方向移动，磁体中的压力分布比单向挤压的情况(如模压、前挤出等)更均匀，因此磁体的晶粒取向也更加均匀。在将一个预成型坯挤出之后，挤压头2和3移动至各自的初始位置。将挤压头1升起，装入新的预成型坯，开始一个新的循环，如图5(d)所示。在挤压头3中的预成型坯的残余部分将被新的预成型坯挤出。
此外，还可以在相似的工艺过程中通过使用不同的模具/挤压头获得其他形状的热变形磁体。
实施例6
图6所示为本实施例的热变形工艺的示意图。
前挤出过程如图6所示。通过冷压/热压过程将预成型坯压实至高密度，这通过传统的压制技术进行。然后将预成型坯装入模具中，如图6(a)所示，然后将挤压头1下压。挤压头3也向上移动，进行双向挤压，从而使压力分布更加均匀。然后将预成型坯挤出，如图6(b)所示。在将预成型坯挤出时，将热变形磁体切割成小块(未示出)。在此情况下，实现了近净成形过程。如图6(c)所示将一个预成型坯挤出之后，将挤压头1升起，装入新的预成型坯，如图6(d)所示。在挤压头3中的残余部分将被新的预成型坯挤出。
本实施例中的前挤出过程与Daido公司的过程相似，但是相对于Daido公司的过程的重要区别在于，本实施例采用的是双向挤压或浮动过程，这更有利于实现磁体的均匀性。
以上描述的具体实施方案只是用于阐释本申请的构思，不应理解为以任何方式限制本发明的范围。相反，应清楚地理解在阅读本文的说明书之后，本领域普通技术人员可以在不背离本发明精神之下实施其他的技术方案、修改等。

Claims (20)

1.生产热变形磁体的方法，该方法包括：
在热压步骤中，对快淬粉实施热压以获得预成型坯；
在热变形步骤中，对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体，其中利用两个彼此相对移动的挤压头将所述预成型坯经由一个或多个位于所述挤压头中的出料口挤出成型。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在热压步骤中，在600至750℃的温度下以50至200MPa的压力对所述快淬粉实施热压。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在热变形步骤中，在750至950℃的温度下以50至200MPa的压力对所述预成型坯实施热变形。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，热压步骤和热变形步骤彼此相接地实施，其中在热压步骤中使用的挤压头用作在热变形步骤中使用的模具的一部分内壁。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，两个所述挤压头之一中具有出料口。
6.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，两个所述挤压头中均具有出料口。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，两个所述挤压头中的一个移动实施挤压，另一个静止。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，两个所述挤压头中的一个具有出料口且移动实施挤压，另一个不具有出料口且静止。
9.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，两个所述挤压头均移动实施挤压。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，两个所述挤压头均具有出料口且移动实施挤压。
11.生产热变形磁体的设备，该设备包括：
对快淬粉实施热压以获得预成型坯的热压装置；
对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体的热变形装置，该热变形装置具有两个彼此相对移动的挤压头，所述挤压头中具有一个或多个出料口，其中利用两个所述挤压头将所述预成型坯经由所述出料口挤出成型。
12.根据权利要求11的设备，其特征在于，所述热压装置在600至750℃的温度下以50至200MPa的压力对所述快淬粉实施热压。
13.根据权利要求11或12的设备，其特征在于，所述热变形装置在750至950℃的温度下以50至200MPa的压力对所述预成型坯实施热变形。
14.根据权利要求11至13之一的设备，其特征在于，所述热压装置和所述热变形装置彼此相接，其中所述热压装置的挤压头用作所述热变形装置的模具的一部分内壁。
15.根据权利要求11至14之一的设备，其特征在于，两个所述挤压头之一中具有出料口。
16.根据权利要求11至14之一的设备，其特征在于，两个所述挤压头中均具有出料口。
17.根据权利要求11至16之一的设备，其特征在于，两个所述挤压头中的一个移动实施挤压，另一个静止。
18.根据权利要求17的设备，其特征在于，两个所述挤压头中的一个具有出料口且移动实施挤压，另一个不具有出料口且静止。
19.根据权利要求11至16之一的设备，其特征在于，两个所述挤压头均移动实施挤压。
20.根据权利要求19的设备，其特征在于，两个所述挤压头均具有出料口且移动实施挤压。
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