CN108115139A - 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；及在热变形过程中，对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体，其中在所述热变形过程中，通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻，和/或通过双向挤压经由一个或多个出料口对所述预成型坯实施侧向挤出。

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，其中在热压过程中，对快淬粉实施热压以获得预成型坯；及在热变形过程中，对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体，其中在所述热变形过程中，通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻，和/或通过双向挤压经由一个或多个出料口对所述预成型坯实施侧向挤出。
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/硼基磁体由于具有纳米结构的微观结构，可在不含或较低含量的重稀土元素如Dy和Tb的情况下保持优良的磁性能，特别是相比较于烧结磁体，具有更好的温度稳定性的特点，另外由于不同于烧结工艺，热压热变形工艺可以更容易的实现磁体的近净成形，从而提高材料利用率，由于热变形磁体的这些优点，今年来越来越受到产业界的关注。
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。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题。
所述目的可以通过生产热变形磁体的方法实现，该方法包括：对快淬粉实施热压以获得预成型坯的热压步骤；及对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体的热变形步骤，其中在所述热变形步骤中，通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻，和/或通过双向挤压经由一个或多个出料口对所述预成型坯实施侧向挤出。
另一方面，所述目的可以通过生产热变形磁体的设备实现，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；及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能够独立运动的挤压头，其中所述热变形装置的模具内腔除了容纳所述预成型坯以外还具有额外的空间，从而能够通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻；和/或所述热变形装置的模具内腔在侧壁上具有一个或多个出料口，从而能够通过双向挤压对所述预成型坯实施侧向挤出。
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变形工艺的示意图；
图2所示为根据本发明的另一个实施方案的热变形工艺的示意图；
图3所示为根据本发明的另一个实施方案的连续实施的热压和热变形工艺的示意图；
图4所示为根据本发明的另一个实施方案的热变形工艺的示意图，其中在镦锻之后紧接着实施侧向挤出；
图5所示为根据本发明的另一个实施方案的连续实施的热压和热变形工艺的示意图，其中在镦锻之后紧接着实施侧向挤出；
图6所示为根据本发明的另一个实施方案的热变形工艺的示意图，其中在镦锻之后紧接着经由两个彼此相对的出料口实施侧向挤出；
图7所示为根据本发明的另一个实施方案的热变形工艺的示意图，其中在镦锻之后紧接着经由两个彼此相对的出料口实施侧向挤出，所述出料口可以具有(a)斜面倒角、(b)凸面倒角或(c)凹面倒角。
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：对快淬粉实施热压以获得预成型坯的热压步骤；及对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体的热变形步骤，其中在所述热变形步骤中，通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻，和/或通过双向挤压经由一个或多个出料口对所述预成型坯实施侧向挤出。
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，并在热变形过程中晶化。
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
在本发明方法的热压步骤中，对快淬粉实施热压以获得预成型坯。
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850℃、优选600至750℃、更优选600至800℃的温度下以20至200MPa、优选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，在热变形步骤中使用的挤压头也可以在热压步骤中用于对快淬粉实施热压。具体而言，在所述热压步骤中达到预定的温度并完成热压后，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温度并完成热压后，停止加热并卸载压力，使预成型坯自然冷却或强制冷却，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
在本发明方法的热变形步骤中，对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体，其中通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻，和/或通过双向挤压经由一个或多个出料口对所述预成型坯实施侧向挤出。在根据本发明的方法中，所述双向挤压是指上下挤压头同时向中间运动。由于磁体两面在热变形过程中所受的压力对称分布，大幅改善了磁体的磁性能均匀性。
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650至950℃、优选700至950℃、更优选750至950℃的温度下对所述预成型坯实施热变形。在热变形步骤中，优选以最高500MPa、或最高400MPa、或20至200MPa、或50至180MPa、或80至150MPa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，可以适当地进行保温或者不保温。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，在热变形步骤中使用的挤压头也可以在热压步骤中用于对快淬粉实施热压。在此情况下，热压步骤和热变形步骤彼此相接地实施，其中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，实施所述镦锻至镦锻率为最高95％，优选为10％至90％，或者为20％至80％，或者为30％至70％，或者为40％至60％。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，在通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻并且通过双向挤压经由一个或多个出料口对所述预成型坯实施侧向挤出的情况下，通过连续的双向挤压在实施所述镦锻之后紧接着实施所述侧向挤出，由此提高了生产效率。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，经由多个在径向上均匀分布的出料口实施所述侧向挤出。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，经由两个彼此相对的出料口实施所述侧向挤出。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，所述出料口在轴向上位于所述预成型坯的轴向长度中点附近。特别是在通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻并且通过双向挤压经由一个或多个出料口对所述预成型坯实施侧向挤出的情况下，镦锻变形量最大的预成型坯中间部分优先实施侧向挤出，有利于提高磁体磁性能，特别是剩磁。
在根据本发明的方法的另一个实施方案中，所述出料口具有倒角。所述倒角优选选自以下组中：斜面倒角、凸面倒角和凹面倒角。
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；及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能够独立运动的挤压头，其中所述热变形装置的模具内腔除了容纳所述预成型坯以外还具有额外的空间，从而能够通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻；和/或所述热变形装置的模具内腔在侧壁上具有一个或多个出料口，从而能够通过双向挤压对所述预成型坯实施侧向挤出。
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
根据本发明的设备包括对快淬粉实施热压以获得预成型坯的热压装置。
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850℃、优选600至750℃、更优选600至800℃的温度下以20至200MPa、优选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，所述热变形装置的挤压头也可以作为所述热压装置的挤压头用于对快淬粉实施热压。具体而言，在所述热压装置中达到预定的保温时间之后，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或强制冷却，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
根据本发明的设备包括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能够独立运动的挤压头，其中所述热变形装置的模具内腔除了容纳所述预成型坯以外还具有额外的空间，从而能够通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻；和/或所述热变形装置的模具内腔在侧壁上具有一个或多个出料口，从而能够通过双向挤压对所述预成型坯实施侧向挤出。在根据本发明的设备中，所述双向挤压是指上下挤压头同时向中间运动。由于磁体两面在热变形过程中所受的压力对称分布，大幅改善了磁体的磁性能均匀性。
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650至950℃、优选700至950℃、更优选750至950℃的温度下对所述预成型坯实施热变形。所述热变形装置优选以最高500MPa、或最高400MPa、或20至200MPa、或50至180MPa、或80至150MPa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，可以适当地进行保温。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，所述热变形装置的挤压头也可以作为所述热压装置的挤压头用于对快淬粉实施热压。在此情况下，热压装置和热变形装置彼此相接，其中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。热压温度和热变形温度分别是材料在过程中所达到的实际温度，由于热传导，材料先达到热压温度，然后再上升到热变形温度，热压和热变形工艺在这个过程中分别完成。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述热变形装置的模具内腔除了容纳所述预成型坯以外在径向上具有额外的空间，使得镦锻率为最高95％，优选为10％至90％，或者为20％至80％，或者为30％至70％，或者为40％至60％。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，在所述热变形装置的模具内腔除了容纳所述预成型坯以外还具有额外的空间并且所述热变形装置的模具内腔在侧壁上具有一个或多个出料口的情况下，所述热变形装置的模具内腔所具有的所述额外的空间和所述出料口的排布方式使得能够通过连续的双向挤压在实施所述镦锻之后紧接着实施所述侧向挤出，由此提高了生产效率。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述热变形装置的模具内腔在侧壁上具有多个在径向上均匀分布的出料口。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述热变形装置的模具内腔在侧壁上具有两个彼此相对的出料口。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述出料口在轴向上位于所述预成型坯的轴向长度中点附近。特别是在所述热变形装置的模具内腔除了容纳所述预成型坯以外还具有额外的空间并且所述热变形装置的模具内腔在侧壁上具有一个或多个出料口的情况下，镦锻变形量最大的预成型坯中间部分优先实施侧向挤出，有利于提高磁体磁性能，特别是剩磁。
在根据本发明的设备的另一个实施方案中，所述出料口具有倒角。所述倒角优选选自以下组中：斜面倒角、凸面倒角和凹面倒角。
实施例1
图1所示为本实施例的热变形工艺的示意图。
热压
将市售的MQU-F磁粉装入热压模具中，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，在该温度下保温保压1分钟，然后关闭加热系统和液压系统。利用氩气流冷却预成型坯样品，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，充入氩气作为保护气体。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，通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻。在镦锻过程完成之后，关闭加热系统和液压系统。在自然冷却至室温后，进行脱模。在脱模过程中，两个挤压头各自退出热变形模具，然后将热变形模具连同热变形磁体一起由侧向退出，最终取出热变形磁体。
实施例2
图2所示为本实施例的热变形工艺的示意图。
在本实施例中，以与实施例1相似的方式实施热变形过程，区别在于在脱模过程中，两个挤压头连同热变形磁体一起同向移动，直至将热变形磁体推出热变形模具，最终取出热变形磁体。
实施例3
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，连续地实施热压过程和热变形过程。
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中，然后热压挤压头开始实施热压。在此过程中加热及压实快淬粉，获得全密度的70％以上的预成型坯。然后该热压挤压头继续移动，将预成型坯推入用于实施热变形过程的更大的模具中。在热变形过程中，该热压挤压头连同该热压模具一起用作热变形过程的一个热变形挤压头，与另一个热变形挤压头一起进行双向挤压，从而对预成型坯实施镦锻。
实施例4
图4所示为本实施例的热变形工艺的示意图。
在本实施例中，以与实施例1相似的方式实施热变形过程，区别在于在镦锻之后继续进行双向挤压，从而紧接着经由一个出料口实施侧向挤出。
实施例5
图5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，以与实施例3相似的方式连续地实施热压过程和热变形过程，区别在于在镦锻之后继续进行双向挤压，从而紧接着经由一个出料口实施侧向挤出。
实施例6
图6所示为本实施例的热变形工艺的示意图。
在本实施例中，以与实施例4或实施例5相似的方式实施热变形过程，区别在于在镦锻之后继续进行双向挤压，从而紧接着经由两个彼此相对的出料口实施侧向挤出。
实施例7
图7所示为本实施例的热变形工艺的示意图。
在本实施例中，以与实施例6相似的方式实施热变形过程，区别在于所述出料口具有(a)斜面倒角、(b)凸面倒角或(c)凹面倒角。
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 (24)

1.生产热变形磁体的方法，该方法包括：
对快淬粉实施热压以获得预成型坯的热压步骤；及
对所述预成型坯实施热变形以获得热变形磁体的热变形步骤，
其中在所述热变形步骤中，通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻，和/或通过双向挤压经由一个或多个出料口对所述预成型坯实施侧向挤出。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述双向挤压是上下挤压头同时向中间运动。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在热压步骤中，在600至850℃的温度下以20至200MPa的压力对所述快淬粉实施热压。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，在热变形步骤中，在650至950℃的温度下对所述预成型坯实施热变形。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，在热变形步骤中使用的挤压头也在热压步骤中用于对快淬粉实施热压。
6.根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于，实施所述镦锻至镦锻率为最高90％。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，通过连续的双向挤压在实施所述镦锻之后紧接着实施所述侧向挤出。
8.根据权利要求1至7之一的方法，其特征在于，经由多个在径向上均匀分布的出料口实施所述侧向挤出。
9.根据权利要求1至8之一的方法，其特征在于，经由两个彼此相对的出料口实施所述侧向挤出。
10.根据权利要求1至9之一的方法，其特征在于，所述出料口在轴向上位于所述预成型坯的轴向长度中点附近。
11.根据权利要求1至10之一的方法，其特征在于，所述出料口具有倒角。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，所述倒角选自以下组中：斜面倒角、凸面倒角和凹面倒角。
13.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；及
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，所述热变形装置具有两个能够独立运动的挤压头，
其中所述热变形装置的模具内腔除了容纳所述预成型坯以外还具有额外的空间，从而能够通过双向挤压对所述预成型坯实施镦锻；和/或所述热变形装置的模具内腔在侧壁上具有一个或多个出料口，从而能够通过双向挤压对所述预成型坯实施侧向挤出。
14.根据权利要求13的设备，其特征在于，所述双向挤压是上下挤压头同时向中间运动。
15.根据权利要求13或14的设备，其特征在于，所述热压装置在600至850℃的温度下以20至200MPa的压力对所述快淬粉实施热压。
16.根据权利要求13至15之一的设备，其特征在于，所述热变形装置在650至950℃的温度下对所述预成型坯实施热变形。
17.根据权利要求13至16之一的设备，其特征在于，所述热变形装置的挤压头也作为所述热压装置的挤压头用于对快淬粉实施热压。
18.根据权利要求13至17之一的设备，其特征在于，所述热变形装置的模具内腔除了容纳所述预成型坯以外在径向上具有额外的空间，使得镦锻率为最高90％。
19.根据权利要求13至18之一的设备，其特征在于，所述额外的空间和所述出料口的排布方式使得能够通过连续的双向挤压在实施所述镦锻之后紧接着实施所述侧向挤出。
20.根据权利要求13至19之一的设备，其特征在于，所述热变形装置的模具内腔在侧壁上具有多个在径向上均匀分布的出料口。
21.根据权利要求13至20之一的设备，其特征在于，所述热变形装置的模具内腔在侧壁上具有两个彼此相对的出料口。
22.根据权利要求13至21之一的设备，其特征在于，所述出料口在轴向上位于所述预成型坯的轴向长度中点附近。
23.根据权利要求13至22之一的设备，其特征在于，所述出料口具有倒角。
24.根据权利要求23的设备，其特征在于，所述倒角选自以下组中：斜面倒角、凸面倒角和凹面倒角。
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