CN108987020B - 降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法，模具的取向模面沿压制方向设置有向内凹陷的弧形面，磁体合金粉料在模具的模腔内压制成型料，型料在取向面上形成凸出的弧面凸起，磁体合金粉料在模腔内得到了均匀磁化取向；将坯料切割后得到黑片，切割过程中坯料取向面上凸出的弧面凸起作为加工余料去掉。本发明结合黑片出片方式，采用改变坯料成型阶段模具的结构来降低黑片两面NS极中心表磁差异大的问题，提高了两面表磁差异的一致性。

Description

降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法
技术领域
本发明涉及一种烧结钕铁硼磁体切割黑片的制备技术，具体是，涉及一种降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法。
背景技术
烧结钕铁硼磁体是当前工业化生产中综合性能较高的磁性材料之一，是产量最高、应用也最为广泛的稀土磁性材料。近些年烧结钕铁硼工艺技术和应用领域得到了迅猛发展，已成为市场主流磁性材料，磁性材料在支持下游产品升级换代、节能减排等方面起着重要作用。由于烧结钕铁硼磁体的优良特性，对发展磁性组件的轻型化、薄型化、小型或超小型化十分有利。烧结钕铁硼磁体的问世使得电机、医疗器械、仪器仪表等设备向小型化、高频化、低损耗、低噪音方向发展。而且基于其节能环保的特性，在新能源汽车、风力发电、节能家电等新兴领域也得到广泛应用。
目前随着烧结钕铁硼市场的扩大，以及下游应用产品的优化改进，提升产品品质以及性能一致性已是行业竞争的一大特征。为了提升行业竞争力，提高产品一致性，降低烧结钕铁硼磁体黑片报废率已成为各生产企业重要的研究方向之一。当前各烧结钕铁硼厂家的生产设备、工艺技术都有很大的进步，产品良品率也得到很大的提高，但因烧结钕铁硼磁体黑片NS极两面中心表磁差异大和同批产品表磁一致性差的问题依然无法解决，不得不采用全检分选的方式来区分，产品的不良率仍居高不下。
中国专利号201010247626.4的专利文献公开了一种高中心场磁瓦模具的磁路结构，包括有导磁材料制成的上、下冲头，上、下冲头的成型面与基体间分别嵌有导磁材料层，形成磁通折射面，其中：上冲头的不导磁材料嵌层的形状有两边直线段，顶端弧线段或直线段组成，夹角α在50～72°之间，下冲头的嵌合形状有顶端弧线，两边直线和底边弧线组成，夹角β＝2(90°-α)+0～11)。通过对导磁材料制成的上、下模冲分别嵌入形状经过精细设计的不导磁材料层，形成更为有效的磁通折射面，从而实现在坯体成型时，磁性粒子收到更为理想的聚合磁场的作用而作更恰当的取向，从而实现磁瓦的高中心场，高的中位表磁。该专利虽然提出提高瓦形磁体中心磁场强度的磁路结构，目的在于针对永磁铁氧体提高瓦形磁体一侧的中位表磁，但这样会引起瓦形磁体另一侧的中位表磁更低，加大了磁体两面表磁差异，使得表磁一致性差问题更加严重。
中国专利号201020563106.X的专利文献公开了一种永磁铁氧体方块两面表磁差小于50高斯的模具，包括上模、中模和下模，上模基体上开设有与中模模腔相匹配的孔腔，孔腔内由过盈配合镶嵌有铁芯块，铁芯块与下凸模对应面组成上模工作平面。所述的上模基体采用不导磁材料为材质，铁芯块采用强导磁工业纯铁为材质。该实用新型由于减小铁氧体方块两面表磁差来解决铁氧体方块两面表磁间存在的差异，从而提高磁选机等设备的整体性能。一般而言，坯料取向不经切割加工，其两端表磁差异很小，大部分可以满足客户需要，但如果还需切割为多片，则取向两端的首尾片往往两面表磁差异会加大，切片数量越多，这种差异就越大。该技术利用模具中增加铁芯来减小方块磁体两面表磁差，但造成磁体切割后黑片两面表磁差更大的问题，况且该模具用于永磁铁氧体，与烧结钕铁硼制备方法存在较大差别，并不能解决现有技术中存在的问题。
如图1所示，是现有技术中模具的结构示意图；如图2所示，是现有技术中模具的横截面图。
模具为两端开口的矩形筒状结构，在中部为模腔，模腔包括两个模宽面2和两个取向模面1。图中箭头为磁场方向。
现有烧结钕铁硼磁体生产的工艺流程为：原材料真空感应熔炼制成合金薄片，氢气破碎，气流磨制粉，粉料磁场取向压制成型，真空烧结，材料切割加工，电镀，成品检验。其中粉料磁场取向压制成型就是在氮气保护下，先在模腔内涂刷脱模剂，然后将称好的粉料投入模腔中，之后在压机高磁场的作用下完成粉料取向，再由压机将粉料压制为生坯，待压机将粉料压制成生坯后反方向施加较小的磁场将坯料退磁，随后将生坯取出，在氮气保护下包膜并进行真空封装。在经过等静压压制后生坯密度由3.8-4.0g/cm3提高到4.5-4.7g/cm3。之后在氮气保护下剥除真空封装袋，把生坯摆放到烧结盆内在烧结炉中真空烧结、回火。
钕铁硼生产流程中制粉、成型、烧结工序都对磁体取向方向切割黑片的NS两面表磁差异产生影响，详述如下：
1.粉料在制备过程中存在粉料的粒度大小、颗粒形状、粒度分布等一致性差的问题，从而影响成型压制过程中粉料的流动性，这直接导致了粉料经过取向后在模腔内分布的不均匀以及烧结后的坯料变形，进而使得坯料取向两端切割后的黑片两面表磁存在差异。
针对现有装备技术所制备的粉料，一般通过在气流磨磨粉过程和粉料搅拌过程中加入添加剂的方式来改善粉料磁场取向压制时粉料流动性差的问题，但是并不能够改变粉料本身的一致性差问题。
2.粉料磁场取向压制成型过程中，所使用的模具模腔内磁场分布存在不均匀问题，在压机高磁场的作用下，模腔内粉料很大一部分在模腔内部向取向两侧的取向模面1集中，在磁场达到最大时，磁粉被完全取向，此时压机完成压制，粉料变为压坯，因此这种粉料的不均匀分布被固化到压坯内部，进而在烧结后坯料加工的黑片中出现取向两侧NS极两面中心表磁差异较大，且影响了相同坯料所加工的不同黑片之间的表磁一致性。这种状况是导致问题的直接原因，因此解决问题应该从成型入手。
在粉料磁场取向压制成型过程中增加预压，来解决高磁场作用下模腔内粉料大部分集中在取向两侧，在粉料取向前对粉料进行预先压制，然后在高磁场作用下完成取向。该方法虽然在上压制面增加了对粉料的摩擦力，但相比高强磁场对粉料的吸引而向两侧集中而言，起作用很有限，也就无法从根本上解决模腔内粉料集中在取向两侧的问题。此外，若是粉料在取向之前出现预压过度，还会导致粉料不能充分取向，从而引起磁体剩磁下降，影响最终使用。
3.在烧结过程中，为减小坯料外观尺寸变形量多采用压制面向下或压制面向上的摆盆方式进行烧结。由于坯料自重、生坯收缩特性以及坯料与烧结盆底摩擦力的综合影响，采用上述摆盆方式会引起生坯取向方向处于非自由烧结收缩状态，坯料的取向方向与烧结盆底形成一个夹角，这个夹角增大了坯料取向两端切割后的黑片两面表磁不均匀性。
压坯的烧结摆放方式可使坯料在烧结过程中收缩比最大的取向方向尽可能的自由收缩，在坯料摆盆时采用取向面贴盆底摆放，或再辅以坯料下撒石英砂以减少与盆底接触的滑动摩擦，从而可以作为辅助改善黑片两面表磁不均匀性的方法之一，但实践表明，此方式效果十分有限，无法解决NS两面表磁差异问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的制备方法，结合黑片出片方式，采用改变坯料成型阶段模具的结构来降低黑片两面NS极中心表磁差异大的问题，提高了两面表磁差异的一致性。
技术方案如下：
一种降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法，模具的取向模面沿压制方向设置有向内凹陷的弧形面，磁体合金粉料在模具的模腔内压制成型料，型料在取向面上形成凸出的弧面凸起，磁体合金粉料在模腔内得到了均匀磁化取向；将坯料切割后得到黑片，切割过程中坯料取向面上凸出的弧面凸起作为加工余料去掉。
进一步，通过改变弧形面的弧面的圆心角和弦长来调节模腔内磁场分布梯度。
进一步，弧形面的圆心角为0-180°。
进一步，弧形面的圆心角为20-60°。
进一步，弧形面的数量与磁体的模宽方向被切割的数量相同，弦长中心线与模宽方向切割后的黑片取向中心线重合，弧形面的弦长小于模宽面的宽度；。
进一步，模具长度为50-200mm，模具的取向模面的宽度为15-80mm，模宽面的宽度为20-100mm，压坯压型时的压制控制尺寸为20-50mm，弧形面的弧面弦长2-90mm。
进一步，模具为两端开口的矩形筒状结构，在中部为模腔。
进一步，具体包括以下步骤：
利用真空中频熔炼炉熔炼成合金液，使用速凝工艺将合金液甩成铸片，铸片经破碎后获得磁体合金粉料，磁体合金粉料的粒度为3-5μm；
将模具安装在成型压机上，将磁体合金粉料放入模腔内，将磁体合金粉料压制成型料，磁体合金粉料在模腔内得到了均匀磁化取向；
型料经等静压后，将多个型料的取向面靠紧摆放，型料在烧结炉烧结后获得坯料；
将坯料切割后得到黑片，切割过程中坯料取向面上凸出的弧面凸起作为加工余料去掉。
进一步，还包括测量表磁的步骤，标记每片的切割序号，将黑片两面中心作为测量点，测量测量点的表磁，计算差异比率。
与现有技术相比，本发明的技术效果包括：通过设计模具取向两侧所加弧面的大小及位置，实现改善不同规格坯料取向两端所切黑片两面NS极表磁差异大的问题，适用于各种对表磁有要求的产品，提高两面表磁差异一致性，降低黑片报废率，其经济效益较高，可操作性强，有推广意义。
本发明属结合钕铁硼坯料切割黑片的出片方式，在与黑片NS极表面中心相对应的成型模具增加弧形面，通过改变弧形面的圆心角和弦长来调节模腔内磁场分布梯度，将原本集中于模腔取向两端的磁场高点移向模腔的中心区域，改善了模腔内磁场分布的均匀性，这样就避免了粉料在取向时向模腔取向两端集中的不均匀状态，使得粉料在模腔内做到了均匀磁化取向，进而实现了减小烧结后坯料所切割的黑片NS极表磁差异的目的；创新地改变了原有模具的平面式设计方式，解决了因NS表磁差异大而需对黑片单独加工且表磁全检的问题，经济效益好，适用范围宽，可推广性强。
附图说明
图1是现有技术中模具的结构示意图；
图2是现有技术中模具的横截面图；
图3是本发明中模具的结构示意图；
图4是本发明中模具的横截面图；
图5是本发明中坯料切割加工黑片的示意图；
图6是本发明中黑片上表磁测量点的示意图。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法，具体包括以下步骤：
步骤1：利用真空中频熔炼炉熔炼成合金液，使用速凝工艺将合金液甩成铸片，铸片经破碎后获得磁体合金粉料；
破碎采用氢破碎和气流磨制破碎，磁体合金粉料的粒度为3-5μm。
步骤2：将模具安装在成型压机上，将磁体合金粉料放入模腔内，模具的取向模面1沿压制方向设置有向内凹陷的弧形面3；将磁体合金粉料压制成型料，型料在取向面上形成凸出的弧面凸起，磁体合金粉料在模腔内得到了均匀磁化取向；
如图3所示，是本发明中模具的结构示意图；如图4所示，是本发明中模具的横截面图。
模具为两端开口的矩形筒状结构，在中部为模腔，模腔包括两个模宽面2和两个取向模面1，取向模面1沿压制方向设置有向内凹陷的弧形面3。
取向模面1(取向方向)的宽度为15-80mm，模宽面2的宽度为20-100mm，模具长度(压制方向)的尺寸范围是50-200mm，压坯压型时的压制控制尺寸为20-50mm；弧形面3的弧面弦长2-90mm，圆心角β与模具尺寸相关，圆心角β为0-180°，弧形面3的弦中心线与磁体的取向面上弧面凸起的中心线重合。通过改变弧形面3的弧面的圆心角和弦长来调节模腔内磁场分布梯度。
取向模面1可以设置多个弧形面3，弧形面3的弦长小于模宽面的宽度，弧形面的数量与磁体的模宽方向被切割的数量相同。弧面深度与模具长度相同，圆心角β优选20-60°。
步骤3：型料经等静压后，将多个型料的取向面靠紧摆放，型料在烧结炉烧结后获得坯料；
如图5所示，是本发明中坯料切割加工黑片4的示意图；如图6所示，是本发明中黑片4上表磁测量点的示意图。
步骤4：将坯料切割后得到黑片4，切割过程中坯料取向面上凸出的弧面凸起作为加工余料去掉；
步骤5：标记每片的切割序号，将黑片4两面中心作为测量点5，测量测量点5的表磁，计算差异比率(N与S测量值的差除以两个测量值的平均值)。
黑片4两面表磁是指坯料沿取向方向切割加工后所得黑片的取向正反面NS极中心点表磁，充磁后用高斯计测量。
常规方块模具的取向模面1、模宽面2均为平面设计，而本发明为结合钕铁硼坯料切割黑片的出片方式，在与黑片NS极表面中心相对应的位置，即取向模面1上增加弧形面3，弧形面3的中心与黑片4的中心对应，通过改变弧形面3的圆心角和弦长来调节模腔内磁场分布梯度，将原本集中于模腔取向两端的磁场高点移向模腔的中心区域，这样就改善模腔内磁场分布的均匀性，从而避免了粉料在取向时向模腔取向两端集中的不均匀状态，使得合金粉料在模腔内得到了均匀磁化取向，进而在烧结后实现了减小坯料所切割的黑片4的NS极表磁差异。
实施例1：
1、利用真空中频熔炼炉，将镨钕(PrNd)、纯铁(Fe)、硼铁(B-Fe)、钴(Co)等金属熔炼成合金液，使用速凝工艺将合金液甩成铸片，铸片成分设计牌号为38M，再经常规的氢碎粗破碎后进入气流磨制粉，获得试验粉料，平均粒度(D[3，2])为3.3微米；
2、模具设计：模腔模宽60mm，模腔取向45mm，取向两端的弧面弦长20mm，圆心角β为60°，弦中心线与模宽中心线重合；
3、将模具安装在成型压机上，单块称取粉料为650g，成型取向磁场为1800mT，压制尺寸60mm，压坯密度为4.0g/cm3，压制10块样品；
4、经等静压后，将坯料按取向面贴盆摆放，在烧结炉完成烧结，获得尺寸模宽51.5mm，压制49.5mm，取向32.5mm的坯料；
5、将坯料做切割，得到模宽50mm，压制15.5mm，取向4mm的黑片4，共21片；去掉黑片4上凸出的弧面凸起；
6、标记每片黑片4的切割序号，测量黑片4两面中心表磁，计算差异比率(N与S测量值的差除以两个测量值的平均值)。
实施例2：
本实施例与实施例1在步骤上1、3、4、5、6完全相同，且使用相同的粉料制备批次，步骤2的差别在于取向两端的弧面圆心角β为50°。
实施例3：
本实施例与实施例1、实施例2在步骤上1、3、4、5、6完全相同，且使用相同的粉料制备批次，步骤2的差别在于取向两端的弧面圆心角β为40°。
对比例1：
对比例1与实施例1、实施例2、实施例3在步骤上(1)、(3)、(4)、(5)、(6)完全相同，且使用相同的粉料制备批次，对比例1差别在于取向两端的模腔面没有弧面设计，为常规方式。
表1实施例1的黑片两面中心表磁数据
Figure GDA0002241495140000081
Figure GDA0002241495140000091
表2实施例2的黑片两面中心表磁数据
Figure GDA0002241495140000092
表3实施例3的黑片两面中心表磁数据
Figure GDA0002241495140000093
Figure GDA0002241495140000101
表4对比例1的黑片两面中心表磁数据
Figure GDA0002241495140000102
表5实施例1、2、3与对比例1的黑片两面中心表磁差异对比
Figure GDA0002241495140000103
Figure GDA0002241495140000111
由以上数据可以看出，实施例1、实施例2、实施例3均在表磁差异比率上明显优于对比例1，从而满足了对两面表磁差异的要求。采用本发明方法制备黑片的加工工艺具有以下优点:
(1)在不改变现有常规生产流程的情况下，仅通过在成型模具的取向两端设计带有弧面特殊结构(弧形面3)，即可提高模腔内磁场的均匀性，从而降低切片黑片的两面表磁差异，投入成本较低；
(2)采用本发明工艺方法，可以在黑片4加工后无需再单独流转首尾两端的黑片4，也无需对首尾两端的黑片4做表磁测试，从而减少了检测费用，在扣除作为加工余料去掉的弧形突起所增加的成本后，依然能够减少因表磁差异大而引起的报废损失；
(3)本发明工艺方法通过设计的弧面尺寸与模具尺寸相关联，结合坯料切割方式，在表磁测量部位设计对应的弧形面3，能够解决不同尺寸的黑片两面表磁差异偏大的问题，工艺方法通用性较好。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法，其特征在于，模具的取向模面沿压制方向设置有向内凹陷的弧形面，磁体合金粉料在模具的模腔内压制成型料，型料在取向面上形成凸出的弧面凸起，磁体合金粉料在模腔内得到了均匀磁化取向；将坯料切割后得到黑片，切割过程中坯料取向面上凸出的弧面凸起作为加工余料去掉；弧形面的数量与磁体的模宽方向被切割的数量相同，弦长中心线与模宽方向切割后的黑片取向中心线重合，弧形面的弦长小于模宽面的宽度，弧形面的圆心角为20-60°。
2.如权利要求1所述降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法，其特征在于，通过改变弧形面的弧面的圆心角和弦长来调节模腔内磁场分布梯度。
3.如权利要求1所述降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法，其特征在于，模具长度为50-200mm，模具的取向模面的宽度为15-80mm，模宽面的宽度为20-100mm，压坯压型时的压制控制尺寸为20-50mm，弧形面的弧面弦长2-90mm。
4.如权利要求1所述降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法，其特征在于，模具为两端开口的矩形筒状结构，在中部为模腔。
5.如权利要求1至4任一项所述降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
利用真空中频熔炼炉熔炼成合金液，使用速凝工艺将合金液甩成铸片，铸片经破碎后获得磁体合金粉料，磁体合金粉料的粒度为3-5μm；
将模具安装在成型压机上，将磁体合金粉料放入模腔内，将磁体合金粉料压制成型料，磁体合金粉料在模腔内得到了均匀磁化取向；
型料经等静压后，将多个型料的取向面靠紧摆放，型料在烧结炉烧结后获得坯料；
将坯料切割后得到黑片，切割过程中坯料取向面上凸出的弧面凸起作为加工余料去掉。
6.如权利要求5所述降低烧结钕铁硼磁体切割黑片两面表磁差异的方法，其特征在于，还包括测量表磁的步骤，标记每片的切割序号，将黑片两面中心作为测量点，测量测量点的表磁，计算差异比率。
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