CN109671546A - 磁体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了磁体及其制造方法。该磁体制造方法包括：成分配制，配制用于制造磁粉的原料的成分；熔炼，对完成配制的原料进行熔炼以使其均匀混合；磁粉制备，对熔炼后的原料进行破碎，以制成用于制造磁体的磁粉；取向压制，对该磁粉通过取向和压制，以制成磁坯，其中，在对磁粉进行取向和压制时，以确定的级数和取向对该磁粉进行取向；烧结回火，对该磁坯进行烧结回火，以制成一体化的成型磁体；和，充磁，对该成型磁体进行充磁，其中，以与对磁粉进行取向时所确定的级数和取向一致的级数和取向进行充磁。通过根据本发明实施例的磁体及其制造方法，可以提升所制造的磁体的性能，并降低制造磁体的过程中的能量消耗。

Description

磁体及其制造方法
技术领域
本发明涉及磁性材料制造技术，具体的说是能够提升磁体性能的磁体及其制造方法。
背景技术
各种磁体广泛应用于各种电机，以作为转子或者定子，来提供稳定的磁场。例如，各向异性环状磁体可以应用于电机以提高正弦型的磁场。通常情况下，磁体常采用铁氧体等材料制造，其磁性能低，表面磁场不稳定，很难用于电机中。但是，使用具有高矫顽力和高剩磁性能的烧结钕铁硼等的稀土类磁体，则可以非常适于需要高稳定性的电机，尤其是伺服电机，可以广泛应用于电子、电力机械、医疗器械、玩具、包装、五金机械和航空航天等领域。
其中，halbach阵列环状磁体是一种典型的环状磁体，它可以将不同磁化方向的磁体单元按顺序排列，使阵列一边的磁场显著增强而另一边显著减弱，得到在空间较理想正弦分布的磁场，使用最少的磁体且获得最强的磁场，是工程应用中接近于理想状态的一种阵列。halbach阵列环状磁体的特性使其在高能物理、高速电机、高精度伺服电机、直线电机、多自由度电机、磁悬浮列车系统、磁轴承和医学方面等具有广泛的应用。
在现有的磁体制造过程中，将合金经氢破和气流磨后，得到平均粒度2-5微米的磁粉。将磁粉放入磁体成型取向装置中，经磁场取向并压缩成型后，再烧结成坯体。其中，磁体成型取向装置中的取向磁场一般是直流磁场，且直流磁场主要是通过由直流电源和线圈形成的闭合回路产生的。之后，在对烧结而成的坯体进行机械加工电镀后，可以得到可供使用的磁体。最后，对磁体进行充磁，测试磁体的表面磁场波形。
由于目前，对于具有高性能的磁体的需求很大，同时由于环保需求，希望尽可能地减少在磁体制造过程中的能量消耗。因此，需要进一步改进磁体的制造工艺，从而制造出具有更高性能的磁体。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷和不足，提供能够提升磁体性能和减小能量消耗的磁体及其制造方法。
根据本发明的一方面，提供了一种磁体的制造方法，包括：成分配制，配制用于制造磁粉的原料的成分；熔炼，对完成配制的原料进行熔炼以使其均匀混合；磁粉制备，对熔炼后的原料进行破碎，以制成用于制造磁体的磁粉；取向压制，对该磁粉通过取向和压制，以制成磁坯，其中，在对磁粉进行取向和压制时，以确定的级数和取向对该磁粉进行取向；烧结回火，对该磁坯进行烧结回火，以制成一体化的成型磁体；和，充磁，对该成型磁体进行充磁，其中，以与对磁粉进行取向时所确定的级数和取向一致的级数和取向进行充磁。
在上述磁体的制造方法中，该烧结回火步骤具体包括：烧结回火，对该磁坯进行烧结回火，以制成一体化的磁体坯体；和包装加工，以将该磁体坯体制成成型磁体。
在上述磁体的制造方法中，用于制造磁粉的原料的成分为Nd(30-34)％M(65-69％)B余量，M由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，且M的组成满足Fe(1-x-y-m-n)AlxGayCumCon，其中0＜x≤0.7，0＜y≤0.3，0＜m≤0.7，0＜n≤0.3，且x、y、m、n代表占M总质量的百分比，且x、y、m、n之和小于1。
在上述磁体的制造方法中，该磁体为环状磁体，且用于制造磁粉的原料的成分为Nd34％M65.5％B0.5％，其中M由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，且M的组成为Fe0.03Al0.1Ga0.3Cu0.52Co0.05。
在上述磁体的制造方法中，通过在取向压制步骤中以预定的级数和取向对该磁粉进行取向，以制造各向异性永磁体。
根据本发明的又一方面，提供了一种磁体，该磁体通过以下步骤制成：成分配制，配制用于制造磁粉的原料的成分；熔炼，对完成配制的原料进行熔炼以使其均匀混合；磁粉制备，对熔炼后的原料进行破碎，以制成用于制造磁体的磁粉；取向压制，对该磁粉通过取向和压制，以制成磁坯，其中，在对磁粉进行取向和压制时，以确定的级数和取向对该磁粉进行取向；烧结回火，对该磁坯进行烧结回火，以制成一体化的成型磁体；和，充磁，对该成型磁体进行充磁，其中，以与对磁粉进行取向时所确定的级数和取向一致的级数和取向进行充磁。
在上述磁体中，该烧结回火步骤具体包括：烧结回火，对该磁坯进行烧结回火，以制成一体化的磁体坯体；和包装加工，以将该磁体坯体制成成型磁体。
在上述磁体中，用于制造磁粉的原料的成分为Nd(30-34)％M(65-69％)B余量，M由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，且M的组成满足Fe(1-x-y-m-n)AlxGayCumCon，其中0＜x≤0.7，0＜y≤0.3，0＜m≤0.7，0＜n≤0.3，且x、y、m、n代表占M总质量的百分比，且x、y、m、n之和小于1。
在上述磁体中，该磁体为环状磁体，且用于制造磁粉的原料的成分为Nd34％M65.5％B0.5％，其中M由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，且M的组成为Fe0.03Al0.1Ga0.3Cu0.52Co0.05。
其中，上述磁体为各向异性永磁体。
其中，上述磁体为各向异性永磁环。
其中，上述磁体为各向异性halbach阵列永磁环。
通过根据本发明实施例的磁体及其制造方法，可以根据在取向压制时确定的级数和取向进行充磁，从而提升所制造的磁体的性能，并降低制造磁体的过程中的能量消耗。
附图说明
图1是根据本发明实施例的磁体的制造方法的示意性流程图；
图2是示出了用于制造环状磁体的磁坯制造装置的一实例的示意图；
图3是示出了用于制造环状磁体的磁坯制造装置的另一实例的示意图；
图4是示出了应用根据本发明实施例的磁体的制造方法所制造的磁体的表磁的检测结果的图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
根据本发明实施例的磁体的制造方法包括原料粉制备、熔炼、制粉、取向压制、烧结回火和充磁等工艺步骤。
图1是根据本发明实施例的磁体的制造方法的示意性流程图。如图1所示，根据本发明实施例的磁体的制造方法包括：S1，成分配制；S2，熔炼；S3，磁粉制备；S4，取向压制；S5，烧结回火和S6，充磁。
在成分配制步骤(S1)中，例如，将用于制造磁粉的原料的成分设计为Nd(30-34)％M(65-69％)B余量，其中M为由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，M的组成满足Fe(1-x-y-m-n)AlxGayCumCon,其中0＜x≤0.7，0＜y≤0.3，0＜m≤0.7，0＜n≤0.3，且x、y、m、n代表占M总质量的百分比，x、y、m、n之和小于1。
例如，当制造环状磁体时，原料的成分为质量百分比Nd34％M65.5％B0.5％，其中M为由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，M的组成为Fe0.03Al0.1Ga0.3Cu0.52Co0.05。
这里，本领域技术人员可以理解，以上所举的仅是根据本发明实施例的磁体的制造方法中成分配制的示例性实施例，而并不对根据本发明实施例的磁体及其制造方法构成限制
之后，在熔炼步骤(S2)中，对完成配制的原料进行熔炼，使其均匀混合，例如，通过速凝炉制作为速凝片。
之后，在磁粉制备步骤(S3)中，对该速凝片进行破碎制粉，例如通过氢破与气流磨等方法制作成粒度为2-5μm的磁粉。
之后，在取向压制步骤(S4)中，将通过上述步骤得到的、用于制造磁体的磁粉通过取向和压制制造为磁坯。
之后，在烧结回火步骤(S5)中，对所得的磁坯进行烧结回火，以得到一体化的磁体坯体。另外可选地，可对磁体坯体进行电镀等包装加工。
之后，在充磁步骤(S6)中，成型的磁体在使用前，通过充磁装置进行充磁。
下面，将对取向压制步骤进行详细描述。
根据本发明实施例，对用于制造磁坯的磁粉进行取向压制的磁坯制造装置包括：容纳单元，用于容纳用于制造磁坯的磁粉；取向单元，安装到该容纳单元的周界周围以围绕该容纳单元，其中，该取向单元从该容纳单元的周围向该磁粉施加磁场，以使得该磁场的磁力线完全穿过该磁粉，以对该磁粉进行取向；和压制单元，配置对该容纳单元中容纳的磁粉进行压制，其中，该取向单元在该压制单元对该磁粉进行压制的同时，对该磁粉进行取向。
图2和图3示出了磁坯制造装置的实例的示意图。其中，图2是示出了用于制造环状磁体的磁坯制造装置的一实例的示意图，且图3是示出了用于制造环状磁体的磁坯制造装置的另一实例的示意图。
如图2所示，在用于制造环状磁体的磁坯制造设备中，容纳单元为环状模具，以容纳所要压制的磁粉。并且，取向单元具体为安装到环状模具的周界周围以围绕该环状模具的线圈3。如图2所示，该线圈3布置在环状模具的外周界周围，并且与该环状模具具有共同的中心轴1。该环状模具可以具体包括内径部分2，用于限定容纳所要压制的磁粉的磁粉腔5的内壁。并且，该环状模具可以另外包括外径部分4，用于限定容纳所要压制的磁粉的磁粉腔5的外壁。当然，本领域技术人员可以理解，虽然在图2中未示出，但是该环状模具应该包括底部部分，从而限定容纳所要压制的磁粉的磁粉腔5的底壁。这里，本领域技术人员可以理解，取向单元安装到容纳单元可以包括取向单元与容纳单元直接接触，例如，线圈3直接接触该环形模具的外径部分4，也可以在其间相隔一定距离，只要该距离足够短以保证取向单元所产生的磁场的磁力线能够直接地完全穿过要压制的磁粉即可。
此外，虽然在图2中示出该取向单元安装到容纳单元的外周界周围，即，将线圈3布置在环状模具的外周界周围。但线圈3同样可以布置在环状模具的内周界周围，例如，布置在环状模具的内径部分2之内，并与该内径部分2相接触或近似相接触。类似地，以此方式布置的线圈3所产生的磁场的磁力线也能够从线圈开始直接地完全穿过要压制的磁粉。
另外，该内径部分2和外径部分4的半径长度可以自由限定，例如，当外径部分的半径为6mm，且内径部分2的半径为4mm时，可以制造出外径为6mm且内径为4mm的环状磁坯。
在根据本发明实施例的磁坯制造装置中，根据所要制造的磁体的级数和取向，对布置在环状的容纳模具的外周界周围的线圈3进行分组，并向分组线圈3分配不同的相位。例如，如图2所示，如果环状磁体需要的级数为6级，则将线圈3中的24个线圈划分为6组，以相邻的4个线圈为一组，并且为每组线圈分配不同的相。例如，相邻的两组线圈的相为反相。这样，当线圈3对于容纳在磁粉腔5中的所要压制的磁粉施加磁场时，例如，施加1-2T的磁场，磁粉腔5中的所要压制的磁粉的取向按照要求固定为6极，其中如图所示，深色为向心极，浅色为离心极。
在根据本发明实施例的磁坯制造装置中，在对所要压制的磁粉进行压制的同时施加磁场，从而制造所需要的磁坯。例如，在如图2所示的实例中，由压制单元对磁粉腔5中容纳的所要压制的磁粉施加强压，以将磁粉压制为相应的磁坯。本领域技术人员可以理解，压制单元对磁粉施加的强压力可以为机械力，例如，该压制单元与磁粉腔的截面形状相同，从而通过压制单元的移动直接对磁粉进行压制。在CN 201310080647.5中公开的各向异性烧结稀土永磁材料辐射状取向装置中，公开了采用机械力对磁粉进行压制以制造磁坯的装置的实例。此外，压制单元也可以采取气压、液压等其它形式对容纳的磁粉进行压制。显然，只要能够将磁粉压制为所需要的磁坯，本发明实施例并不对压制单元的具体的压制方式进行任何限制。
图3是用于制造环状磁体的磁坯制造装置的另一实例的示意图。与图2所示的实例相比，图3所示的环状磁体的磁坯制造装置具有基本上相同的配置，除了布置在压制模具周围的线圈之外。如图3所示，环状磁体要求为4级，这样，线圈3中的24个线圈被划分为4组，以相邻的6个线圈为一组。并且，为每组线圈分配不同的相。其中相邻的两组线圈的相为反相。这样，当线圈3对于容纳在磁粉腔5中的所要压制的磁粉施加磁场时，磁粉腔5中的所要压制的磁粉的取向按照要求固定为4极，如图所示，深色为向心极，浅色为离心极。
因此，在根据本发明实施例的磁坯制造装置中，通过预先确定取向单元的级数和取向，使得所制造出的磁坯在取向压制时就具有确定的级数和取向。因此，根据本发明实施例的磁坯制造装置适于具有预定级数和取向的磁体，例如各向异性磁体。
当然，虽然在上述实例中，以线圈为例描述了取向单元，但是根据本发明实施例的磁坯制造装置的取向单元并不限于线圈，而是也可以为其它能够产生磁场的装置。
另外，虽然在上述实例中，以所要制造的磁坯为圆环形为例进行描述。但是，根据最终制造出的磁体的形状，所制造的磁坯也可以为其它形状，那么，容纳磁粉的容纳单元也为相应的形状，例如多边形等。
如上所述，根据本发明实施例的磁坯制造装置可以根据所需的磁坯的级数来调节取向装置所产生的磁场的级数，并根据所需的磁坯的取向来调节取向装置所产生的磁场的取向。因此，根据本发明实施例的磁坯制造装置中，取向单元的级数是可调节的，从而使得根据本发明实施例的磁体在取向压制时就具有确定的级数和取向，例如，制造出各向异性的Halbach永磁环。
例如，在CN 201310080647.5中公开的传统取向装置中，在取向时，磁坯的表面和侧面的结合部没有磁力线穿过，从而限制了所制成的磁坯的高度，例如，不得高于30mm。
但是，在根据本发明实施例的磁坯制造装置中，由于布置在所压制的磁粉周围的取向单元所产生的磁场的磁力线从该取向单元开始、直接地完全穿过所压制的磁粉，因此，可以提高所制造的磁坯的高度。实践表明，采用根据本发明实施例的磁坯制造装置所制造的磁坯可以具有最高50mm的高度，从而显著地提高了所制造的磁坯的性能，相应地，也提升了最终制造出的磁体的性能。
如上所述，在制造出磁坯之后，对所得的磁坯进行烧结回火，即得到一体化的磁体坯体，之后可对坯体进行电镀等包装加工，从而得到成型的磁体。
成型的磁体在使用前，要通过充磁装置进行充磁。对于根据本发明实施例的磁体来说，充磁装置具有与磁坯制造装置相同的级数和取向。例如，当采用如图2所示的磁坯制造装置时，相对应的充磁装置的极数也是6极，且每一极的位置对应于其取向方向，而当采用如图3所示的磁坯制造装置时，相对应的充磁装置的极数也是4极，且每一极的位置对应于其取向方向。这样，可以充分使磁体得到充磁。
并且，在使用充磁装置进行充磁的过程中，由于该充磁装置与取向装置的级数和取向完全相同，该充磁装置的能量不需要用于改变磁体的级数或者取向，而能够完全用于充磁，从而提高了充磁装置的能量利用效率。
例如，在制造各向异性永磁环时，传统的取向装置对于磁坯进行辐射状取向，例如，CN 201310080647.5中公开的各向异性烧结稀土永磁材料辐射状取向装置。并且，在取向时，并没有确定磁坯的级数。这样，在充磁装置中进行充磁时，就需要确定磁体的级数，并且需要部分能量来将磁体从辐射状取向改变为各向异性取向，从而使得能量消耗在了确定级数和改变取向上，降低了充磁装置的能量使用效率。
相反，在根据本发明实施例的磁体的制造方法中，通过在磁体的取向压制时确定磁体的级数和取向，并采用具有与取向装置的所确定的级数和取向一致的级数和取向的充磁装置对磁体进行充磁，一方面可以提高充磁装置的能量利用效率，从而降低整个磁体的制造过程中所消耗的能量，另一方面也可以使得磁体的充磁更充分，从而提升磁体的性能。
通过根据本发明实施例的磁体的制造方法，所制造出的磁体的表面磁场呈正弦型，磁性能高出一般磁体20％-80％，且使用此磁体的电机效率高出5-50％。图4是示出了应用根据本发明实施例的磁体的制造方法所制造的磁体的表磁的检测结果的图。如图4所示，该磁体的表磁呈正弦型，每极的最大值偏离度低，且相邻极均匀过渡。
根据本发明实施例，进一步提供了一种磁体，该磁体通过以下步骤制成：成分配制，配制用于制造磁粉的原料的成分；熔炼，对完成配制的原料进行熔炼以使其均匀混合；磁粉制备，对熔炼后的原料进行破碎，以制成用于制造磁体的磁粉；取向压制，对该磁粉通过取向和压制，以制成磁坯，其中，在对磁粉进行取向和压制时，以确定的级数和取向对该磁粉进行取向；烧结回火，对该磁坯进行烧结回火，以制成一体化的成型磁体；和，充磁，对该成型磁体进行充磁，其中，以与对磁粉进行取向时所确定的级数和取向一致的级数和取向进行充磁。
在上述磁体中，该烧结回火步骤具体包括：烧结回火，对该磁坯进行烧结回火，以制成一体化的磁体坯体；和包装加工，以将该磁体坯体制成成型磁体。
在上述磁体中，用于制造磁粉的原料的成分为Nd(30-34)％M(65-69％)B余量，M由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，且M的组成满足Fe(1-x-y-m-n)AlxGayCumCon，其中0＜x≤0.7，0＜y≤0.3，0＜m≤0.7，0＜n≤0.3，且x、y、m、n代表占M总质量的百分比，且x、y、m、n之和小于1。
在上述磁体中，该磁体为环状磁体，且用于制造磁粉的原料的成分为Nd34％M65.5％B0.5％，其中M由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，且M的组成为Fe0.03Al0.1Ga0.3Cu0.52Co0.05。
可选地，该磁体为各向异性永磁体。进一步，该磁体为各向异性永磁环。且更进一步，该磁体为各向异性halbach阵列永磁环。
对于根据本发明实施例的磁体来说，相对于以传统方法制造的磁体，由于在取向压制时确定磁体的级数和取向，并在充磁时以与取向压制时所确定的级数和取向一致的级数和取向对磁体进行充磁，在磁体的微观结构层面提升了构成磁体的磁粉的取向程度，从而提升了磁体在宏观层面上的性能。因此，根据本发明实施例的磁体作为一种最终产品，相对于现有技术的磁体具有更高的性能。例如，如上所述，根据本发明实施例的磁体具有最高50mm的高度，且表面磁场呈正弦型，磁性能高出一般磁体20％-80％，且使用此磁体的电机效率高出5-50％。
另外，如上所述，由于根据本发明实施例的磁体在取向压制时即具有确定的级数和取向，并在充磁时被进一步按照该级数和取向进行充磁，当该磁体是各向异性永磁体，尤其是各向异性永磁环时，具有显著提升的性能。当然，本领域技术人员可以理解，当该磁体是各向异性halbach阵列永磁环时，可以相比现有的各向异性halbach阵列永磁环具有显著提升的性能。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明的精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种磁体的制造方法，包括：
成分配制，配制用于制造磁粉的原料的成分；
熔炼，对完成配制的原料进行熔炼以使其均匀混合；
磁粉制备，对熔炼后的原料进行破碎，以制成用于制造磁体的磁粉；
取向压制，对所述磁粉通过取向和压制，以制成磁坯，其中，在对所述磁粉进行取向和压制时，以确定的级数和取向对所述磁粉进行取向；
烧结回火，对所述磁坯进行烧结回火，以制成一体化的成型磁体；和
充磁，对所述成型磁体进行充磁，其中，以与对所述磁粉进行取向时所确定的级数和取向一致的级数和取向进行充磁。
2.如权利要求1所述的磁体的制造方法，其中，所述烧结回火步骤具体包括：
烧结回火，对所述磁坯进行烧结回火，以制成一体化的磁体坯体；和
包装加工，以将所述磁体坯体制成成型磁体。
3.如权利要求1所述的磁体的制造方法，其中，所述用于制造磁粉的原料的成分为Nd(30-34)％M(65-69％)B余量，M由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，且M的组成满足Fe(1-x-y-m-n)AlxGayCumCon，其中0＜x≤0.7，0＜y≤0.3，0＜m≤0.7，0＜n≤0.3，且x、y、m、n代表占M总质量的百分比，且x、y、m、n之和小于1。
4.如权利要求1所述的磁体的制造方法，其中，所述磁体为环状磁体，且用于制造磁粉的原料的成分为Nd34％M65.5％B0.5％，其中M由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，且M的组成为Fe0.03Al0.1Ga0.3Cu0.52Co0.05。
5.如权利要求1所述的磁体的制造方法，其中，通过在取向压制步骤中以预定的级数和取向对该磁粉进行取向，以制造各向异性永磁体。
6.一种磁体，所述磁体通过以下步骤制成：
成分配制，配制用于制造磁粉的原料的成分；
熔炼，对完成配制的原料进行熔炼以使其均匀混合；
磁粉制备，对熔炼后的原料进行破碎，以制成用于制造磁体的磁粉；
取向压制，对该磁粉通过取向和压制，以制成磁坯，其中，在对磁粉进行取向和压制时，以确定的级数和取向对该磁粉进行取向；
烧结回火，对该磁坯进行烧结回火，以制成一体化的成型磁体；和
充磁，对该成型磁体进行充磁，其中，以与对磁粉进行取向时所确定的级数和取向一致的级数和取向进行充磁。
7.如权利要求6所述的磁体，其中，所述烧结回火步骤具体包括：
烧结回火，对该磁坯进行烧结回火，以制成一体化的磁体坯体；和
包装加工，以将该磁体坯体制成成型磁体。
8.如权利要求6所述的磁体，其中，所述用于制造磁粉的原料的成分为Nd(30-34)％M(65-69％)B余量，M由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，且M的组成满足Fe(1-x-y-m-n)AlxGayCumCon，其中0＜x≤0.7，0＜y≤0.3，0＜m≤0.7，0＜n≤0.3，且x、y、m、n代表占M总质量的百分比，且x、y、m、n之和小于1。
9.如权利要求6所述的磁体，其中，所述磁体为环状磁体，且用于制造磁粉的原料的成分为Nd34％M65.5％B0.5％，其中M由Fe、Al、Ga、Cu、Co共同组成，且M的组成为Fe0.03Al0.1Ga0.3Cu0.52Co0.05。
10.如权利要求6所述的磁体，其中，所述磁体为各向异性永磁体。
11.如权利要求10所述的磁体，其中，所述磁体为各向异性永磁环。
12.如权利要求11所述的磁体，其中，所述磁体为各向异性halbach阵列永磁环。
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