CN109676129A - 一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法 - Google Patents

一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及磁性材料技术领域，尤其涉及一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，包括以下步骤：(1)准备原料，熔炼、急冷制得合金，破碎成磁粉；(2)在氮气或惰性气体保护下，取向压制成型；(3)等静压机再次成型；(4)修面装置进行修面；(5)修角装置进行修角；(6)烧结、回火，即得钕铁硼磁体。本发明在传统烧结钕铁硼基础上增加了修坯工序，通过简单实用的修坯工艺提高生坯尺寸一致性，将修坯下来的粉料回收再利用从而提高材料利用率，降低生产成本。

Description

一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，尤其涉及一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法。
背景技术
钕铁硼是目前人类发现的磁性能最高的永磁材料，主要用于各类永磁电机，具有体积小、扭矩大、效率高等优点，市场前景非常好。高端电机的发展更倾向于选择一些异形磁瓦，目前生产磁瓦的方式主要是先生产方块毛坯，再机械加工获得瓦形磁体，但这种工艺的材料利用率较低。这些加工掉的料头、料皮以及料泥无法直接再次利用，只能作为废料处理。也有人尝试直接生产磁瓦毛坯，但由于磁瓦在烧结过程中变形开裂等问题，导致材料利用率也很低。
发明内容
本发明为了克服传统钕铁硼磁体制备工艺中材料利用率低的问题，提供了一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，该方法操作简单，资源利用率高，能够在保证高性能的同时降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，包括以下步骤：
(1)按照钕铁硼磁体通式准备原料，熔炼、急冷制得合金，将合金破碎成磁粉；
(2)在氮气或惰性气体保护下，将步骤(1)得到的磁粉取向压制成型，取向磁场强度≥1T，得到密度为3.5～4.0g/cm3的钕铁硼磁体生坯；
(3)将步骤(2)得到的钕铁硼磁体生坯放入等静压机内再次成型，油压为150～250Mpa，得到密度为4.2～4.7g/cm3的钕铁硼磁体毛坯；将取向压制好的钕铁硼生坯进行等静压，提高生坯的密度，改善密度一致性；将修坯下来的粉料回收起来，返回到取向压制成型工序再利用；(4)将步骤(3)得到的钕铁硼磁体毛坯通过修面装置进行修面，得到表面平整的钕铁硼磁体毛坯；将修坯下来的粉料回收起来，返回到取向压制成型工序再利用；(5)将经过步骤(4)修面处理后的钕铁硼磁体毛坯通过修角装置进行修角，得到修正后的钕铁硼磁体毛坯；
(6)将经过步骤(5)修正后的钕铁硼磁体毛坯进行烧结、回火，即得钕铁硼磁体。
本发明为了提高钕铁硼磁体的材料利用率，在传统烧结钕铁硼基础上增加了修坯工序，通过简单实用的修坯工艺提高生坯尺寸一致性，将修坯下来的粉料回收再利用从而提高材料利用率。先对钕铁硼生坯进行二次成型提升密度一致性，然后分别通过修面装置和修角装置修坯加工，可以加工出倒角，同时提高毛坯尺寸一致性，将加工掉的粉料回收再利用，减少烧结后毛坯的加工量，可以多次修坯，减小每次修坯量，减少修坯掉角。
作为优选，步骤(1)中，所述磁粉的平均粒度为2～10μm；大于5μm的磁粉在磁粉总质量中的占比≤60％。作为优选，步骤(4)中，所述修面装置包括修面面板和修面刀片，所述修面刀片通过支撑柱与修面面板固定连接，所述修面刀片可沿支撑柱上下滑动；所述修面刀片具有刃口，所述刃口的角度α≤90°。
本发明所用修面面板表面光滑平整，用来放置钕铁硼磁体毛坯，修面刀片具有刃口，能刮掉钕铁硼磁体毛坯多余的粉料，刃口角度≤90°；支撑柱支柱，用来支撑、固定修面刀片并调整修面刀片的高度。修面面板和支撑柱为一体成型，便于简化生产工艺，降低维修成本。支撑柱设有外螺纹，修面刀片中间设有带有与外螺纹配合的内螺纹，可以根据具体的钕铁硼磁体毛坯的尺寸，调整修面刀片的高度，该装置操作方便，高度持续可调。修面过程如下：将钕铁硼磁体毛坯放入修面装置上修整长宽高尺寸，首先调整修面刀片到特定的高度，手动或机械推动生坯通过修面刀片，刀片在钕铁硼磁体毛坯表面刮过，刮掉多余的粉料。通过修整后毛坯一致性由±0.2提高到±0.05。
作为优选，所述刃口的角度α为30～85°，有利于排屑，便于收集刮掉的磁粉碎屑。
作为优选，所述刃口的角度α为60～85°，有利于提高刃口寿命，降低修面刀片的更换成本。
作为优选，所述修面刀刃为圆盘状刀片；所述圆环状刀片与支撑柱转动连接，所述刃口设有锯齿。
圆盘状刀片设计具有多元化的修面方向，大大拓展了修面装置的使用范围；刃口带有锯齿，圆盘状刀片可绕支撑柱旋转，自动推送钕铁硼磁体毛坯，提高修面效率。
作为优选，步骤(5)中，所述修角装置包括修角底板和垂直设置在修角底板两侧的修角面板，所述修角底板与修角面板的夹角处嵌有倒角刀刃；所述倒角刀刃的长度是修角面板长度的1/2或2/3，所述修角面板与倒角刀刃之间的空间构成储屑腔，所述修角面板与倒角刀刃末端贴合处开设有排屑口。倒角的形状尺寸可根据产品要求采用特定的倒角刀刃。
作为优选，所述储屑腔内设有导流机构，所述导流机构包括螺旋杆和驱动装置。
修角过程中，经过倒角刀刃的修角产生的磁粉碎屑进入储屑腔，容易造成堵塞。本发明通过在储屑腔内设置由螺旋杆和驱动装置构成的导流机构，确保修角过程中，磁粉碎屑的及时排除，避免堵塞，降低维修成本。
作为优选，步骤(1)中，所述钕铁硼磁体通式为Ra(Fe1-xTx)100-a-b-c-dMbQcBd，其中R为稀土元素，T为Co或Ni中的一种；M为Cu、Nb、Zr、Mn、Mo或Cr中的至少一种；Q为Al、Zn、Ag或Ti中的至少一种；15≤a≤25，0≤b≤2，0.5≤c≤3，6≤d≤8，0≤x≤10。
作为优选，步骤(1)的具体工艺为，按照上述配比将原料放入真空感应炉中，经过除湿排气处理并使真空度达到5Pa后，在炉体内充入高纯氩气进行熔炼，将熔炼好的钢水倒入水冷铜模或铜辊上急冷，得到R2Fe14B相为主的合金；然后将R2Fe14B相为主的合金通过机械破碎或氢破碎进行破碎，并将经过破碎的粉末用气流磨破碎制成磁粉，通过调整气流磨研磨的压力及分选轮的转速控制磁粉粒度。
作为优选，步骤(6)中，烧结温度为1000～1150℃，烧结时间为4～6h；回火采用二阶段回火，第一阶段回火温度为880～920℃，时间为2～4h，第二阶段回火温度为430～650℃，时间为3～5h。
因此，本发明具有如下有益效果：在传统烧结钕铁硼基础上增加了修坯工序，通过简单实用的修坯工艺提高生坯尺寸一致性，将修坯下来的粉料回收再利用从而提高材料利用率，降低生产成本。
附图说明
图1是修面装置的一种结构示意图。
图2是修面装置的另一种结构示意图。
图3是修角装置的正视图。
图4是图3中A的放大图。
图5是图3的侧视图。
图中：修面面板1，修面刀片2，刃口3，支撑柱4，修角底板5，修角面板6，倒角刀刃7，储屑腔8，排屑口9。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
生产一款尺寸为50×40×20(mm)、磁性能为N40SH的烧结钕铁硼毛坯，为了避免漏磨和缺片，要求尺寸必须大于该尺寸：
(1)按(Nd0.9Dy0.1)17(Fe0.95Co0.05)74.9(Cu0.2Nb0.8)0.5(Al0.8Ga0.2)1B6.6配比原材料；将按照上述配比的金属及合金放入真空感应炉中，经过除湿排气处理并使真空度达到5Pa后，在炉体内充入高纯氩气进行熔炼，然后将熔炼好的钢水急冷得到钕铁硼合金；在惰性气体的保护下，将合金片依次经过氢破碎和气流磨破碎制成磁粉，磁粉平均粒度为3.6μm；
(2)采用带手套箱的取向压机成型，采用氮气保护，箱体内氧含量为≤0.5％，按每模323g称重，将粉料装入模腔取向压制，模腔中心取向磁场强度为1.5T，取向压制密度为3.9g/cm3的钕铁硼磁体生坯；
(3)将成型后的钕铁硼磁体生坯放入塑料袋真空塑封，然后放入等静压机进行等静压，油压200MPa；等静压后得到密度为4.2g/cm3的钕铁硼磁体毛坯，尺寸见表1。
表1.钕铁硼磁体毛坯尺寸
样品编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
长(mm) 60.2 60.4 60.3 60.5 60.4 60.4 60.3 60.2 60.4 60.3
宽(mm) 48.3 48.1 48.3 48.1 48.2 48.3 48.3 48.4 48.2 48.3
高(mm) 28.5 28.6 28.4 28.3 28.3 28.2 28.3 28.3 28.2 28.3
(4)采用如图1所示的修面装置修面，长修面高度设定为59，宽设定为46.5，高设定为26；将钕铁硼磁体毛坯放入修面面板1上，调整修面刀片2沿支撑柱4上下移动至到特定的高度，手动推动生坯推动铁硼磁体毛坯过修面刀片，修面刀片在钕铁硼磁体毛坯表面刮过，角度α为30°的刃口3刮掉多余的粉料。通过修整后毛坯一致性由±0.2提高到±0.05；
(5)采用图3的修角装置修边，修边倒角为R0.5。将经过修面的钕铁硼磁体毛坯放入修角底板5上，推动钕铁硼磁体毛坯沿修角面板6向前移动，钕铁硼磁体毛坯的边角磁粉碎屑被倒角刀刃7切掉，进入储屑腔8，再通过排屑口9排出；储屑腔内设有由螺旋杆和驱动装置构成的导流机构，便于磁粉碎屑的及时排出并回收利用；修边后的尺寸及重量如表2：
表2.修边后的尺寸及重量
样品编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
长(mm) 59 59.1 59 59 59 59.1 59 59 59 59.1
宽(mm) 46.5 46.5 46.4 46.5 46.5 46.6 46.5 46.5 46.5 46.5
高(mm) 26.1 26.1 26 25.9 25.9 25.9 26 26.1 26.1 26
重量(g) 310 311 309 309 309 311 310 310 310 311
(6)将经过步骤(5)修正后的钕铁硼磁体毛坯进行烧结、回火，烧结温度为1060℃，烧结时间为5h；回火采用二阶段回火，第一阶段回火温度为910℃，时间为3h，第二阶段回火温度为510℃，时间为4h，即得钕铁硼磁体。
实施例2
生产一款尺寸为50×40×20(mm)、磁性能为N40SH的烧结钕铁硼毛坯，为了避免漏磨和缺片，要求尺寸必须大于该尺寸：
(1)按(Nd0.9Dy0.1)17(Fe0.95Co0.05)74.9(Cu0.2Nb0.8)0.5(Al0.8Ga0.2)1B6.6配比原材料；将按照上述配比的金属及合金放入真空感应炉中，经过除湿排气处理并使真空度达到5Pa后，在炉体内充入高纯氩气进行熔炼，然后将熔炼好的钢水急冷得到钕铁硼合金；在惰性气体的保护下，将合金片依次经过氢破碎和气流磨破碎制成磁粉，磁粉平均粒度为3.6μm；
(2)采用带手套箱的取向压机成型，采用氮气保护，箱体内氧含量为≤0.5％，按每模323g称重，将粉料装入模腔取向压制，模腔中心取向磁场强度为2.0T，取向压制密度为3.5g/cm3的钕铁硼磁体生坯；
(3)将成型后的钕铁硼磁体生坯放入塑料袋真空塑封，然后放入等静压机进行等静压，油压250MPa；等静压后得到密度为4.7g/cm3的钕铁硼磁体毛坯，尺寸见表3：
表3.钕铁硼磁体毛坯尺寸
样品编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
长(mm) 60.2 60.4 60.3 60.5 60.4 60.4 60.3 60.2 60.4 60.3
宽(mm) 48.3 48.1 48.3 48.1 48.2 48.3 48.3 48.4 48.2 48.3
高(mm) 28.5 28.6 28.4 28.3 28.3 28.2 28.3 28.3 28.2 28.3
(4)采用如图2所示的修面装置修面，长修面高度设定为59，宽设定为46.5，高设定为26；将钕铁硼磁体毛坯放入修面面板1上，调整修面刀片2沿支撑柱4上下移动至到特定的高度，手动推动生坯推动铁硼磁体毛坯过修面刀片，修面刀片绕支撑柱旋转的同时在钕铁硼磁体毛坯表面刮过，角度α为30°的刃口3刮掉多余的粉料。通过修整后毛坯一致性由±0.2提高到±0.03；
(5)采用图3的修角装置修边，修边倒角为R0.5。将经过修面的钕铁硼磁体毛坯放入修角底板5上，推动钕铁硼磁体毛坯沿修角面板6向前移动，钕铁硼磁体毛坯的边角磁粉碎屑被倒角刀刃7切掉，进入储屑腔8，再通过排屑口9排出；储屑腔内设有由螺旋杆和驱动装置构成的导流机构，便于磁粉碎屑的及时排出并回收利用；修边后的尺寸及重量如表4：
表4.修边后的尺寸及重量
样品编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
长(mm) 59 59.1 59 59 59 59.1 59 59 59 59.1
宽(mm) 46.5 46.5 46.4 46.5 46.5 46.6 46.5 46.5 46.5 46.5
高(mm) 26.1 26.1 26 25.9 25.9 25.9 26 26.1 26.1 26
重量(g) 310 311 309 309 309 311 310 310 310 311
(6)将经过步骤(5)修正后的钕铁硼磁体毛坯进行烧结、回火，烧结温度为1000℃，烧结时间为6h；回火采用二阶段回火，第一阶段回火温度为880℃，时间为4h，第二阶段回火温度为430℃，时间为5h，即得钕铁硼磁体。
对比例：
对比例与实施例1的区别在于，无步骤(3)-(5)的工艺，其他工艺条件与实施例1完全相同。
对实施例1、2和对比例1制得的钕铁硼磁体的性能做表征，结果如表5所示：
表5.测试结果
通过对比数据可以看出，修坯后毛坯的尺寸一致性有明显改善，材料利用率也有明显提升。当然增加工序也有成本增加，但相对于材料利用率的提升，这些成本还是值得的。为了提高生产效率，也可以做一些自动化改进，或优化结构，但整体思路不变。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照钕铁硼磁体通式准备原料，熔炼、急冷制得合金，将合金破碎成磁粉；
(2)在氮气或惰性气体保护下，将步骤(1)得到的磁粉取向压制成型，得到密度为3.5～4.0g/cm3的钕铁硼磁体生坯；
(3)将步骤(2)得到的钕铁硼磁体生坯放入等静压机内再次成型，得到密度为4.2～4.7g/cm3的钕铁硼磁体毛坯；
(4)将步骤(3)得到的钕铁硼磁体毛坯通过修面装置进行修面，得到表面平整的钕铁硼磁体毛坯；
(5)将经过步骤(4)修面处理后的钕铁硼磁体毛坯通过修角装置进行修角，得到修正后的钕铁硼磁体毛坯；
(6)将经过步骤(5)修正后的钕铁硼磁体毛坯进行烧结、回火，即得钕铁硼磁体。
2.根据权利要求1所述的一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述磁粉的平均粒度为2～10μm；大于5μm的磁粉在磁粉总质量中的占比≤60％。
3.根据权利要求1所述的一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述修面装置包括修面面板和修面刀片，所述修面刀片通过支撑柱与修面面板固定连接，所述修面刀片可沿支撑柱上下滑动；所述修面刀片具有刃口，所述刃口的角度α≤90°。
4.根据权利要求3所述的一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，其特征在于，所述刃口的角度α为30～85°。
5.根据权利要求3所述的一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，其特征在于，所述刃口的角度α为60～85°。
6.根据权利要求3-5任一所述的一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，其特征在于，所述修面刀刃为圆盘状刀片，所述圆环状刀片与支撑柱转动连接，所述刃口设有锯齿。
7.根据权利要求1所述的一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述修角装置包括修角底板和垂直设置在修角底板两侧的修角面板，所述修角底板与修角面板的夹角处嵌有倒角刀刃；所述倒角刀刃的长度是修角面板长度的1/2或2/3，所述修角面板与倒角刀刃之间的空间构成储屑腔，所述修角面板与倒角刀刃末端贴合处开设有排屑口。
8.根据权利要求1所述的一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钕铁硼磁体通式为Ra(Fe1-xTx)100-a-b-c-dMbQcBd，其中R为稀土元素，T为Co或Ni中的一种；M为Cu、Nb、Zr、Mn、Mo或Cr中的至少一种；Q为Al、Zn、Ag或Ti中的至少一种；15≤a≤25，0≤b≤2，0.5≤c≤3，6≤d≤8，0≤x≤10。
9.根据权利要求8所述的一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体工艺为，按照上述配比将原料放入真空感应炉中，经过除湿排气处理并使真空度达到5Pa后，在炉体内充入高纯氩气进行熔炼，将熔炼好的钢水倒入水冷铜模或铜辊上急冷，得到R2Fe14B相为主的合金；然后将R2Fe14B相为主的合金通过机械破碎或氢破碎进行破碎，并将经过破碎的粉末用气流磨破碎制成磁粉，通过调整气流磨研磨的压力及分选轮的转速控制磁粉粒度。
10.根据权利要求1所述的一种高材料利用率的钕铁硼磁体制备方法，其特征在于，步骤(6)中，烧结温度为1000～1150℃，烧结时间为4～6h；回火采用二阶段回火，第一阶段回火温度为880～920℃，时间为2～4h，第二阶段回火温度为430～650℃，时间为3～5h。
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