CN111785504A

CN111785504A - 一种稀土永磁体的近净成型制备方法

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Publication number: CN111785504A
Application number: CN202010663484.3A
Authority: CN
Inventors: 董元
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2020-10-16

Abstract

本发明涉及稀土永磁体制备方法，具体为一种稀土永磁体的近净成型制备方法。解决现有技术存在的烧结稀土永磁体变形量大、环类、片类产品开裂率高的问题。一种稀土永磁体的近净成型制备方法，是由如下步骤实现的：1）熔炼稀土合金；2）对合金进行粉碎；3）将磁粉加入可移动模腔，进行低压磁场成型；4）含生坯的模具一起放入真空脱脂炉脱脂，脱出生坯吸附的气体、挥发掉生坯中的有机添加剂和粉碎过程残留的氢，并升温到热压所需温度；5）脱脂后的生坯，实施热压，使工件密度达到成品永磁体所需的密度，冷却后脱模，进行二级时效处理，得到成品永磁体。其断面尺寸和模具相同，实现了不加工或少加工的近净成型。本发明所述制备方法适也用于各种形状的永磁体，尤其适用于环类、片类产品。

Description

一种稀土永磁体的近净成型制备方法

技术领域

本发明涉及稀土永磁体制备方法，具体为一种稀土永磁体的近净成型制备方法。

背景技术

现有技术是通过烧结工艺得到稀土永磁体。稀土永磁体在烧结过程中体积收缩率超过40%，并且磁场方向的收缩率比非磁场方法大将近一倍，造成收缩变形大，因此要留出较多的磨削量，磨削费时费事、材料收得率低。环类、瓦类形，磨削时破损率高。多极磁环、辐射磁环的开裂率尤其高。

发明内容

本发明解决现有技术存在的稀土永磁体收缩变形量大，磨削量大、环类产品开裂率高的问题，提供了一种稀土永磁体的制备方法，以克服这些问题。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种稀土永磁体的近净成型制备方法，是由如下步骤实现的：

1）熔炼稀土合金；

2）对合金进行粉碎；

3）将磁粉填入可移动的模具中，放入磁场压机进行低压磁场成型，使密度达到3.2-3.5g/cm3.然后和模具一同取出来；

4）生坯和模具一同批量放入真空脱脂炉，脱出生坯吸附的气体、挥发掉生坯中的有机添加剂和氢碎过程残留的氢；根据生坯的体积大小，有机添加剂的量和种类，残留氢的多少，通过有限次试验，可容易地确定脱脂工艺。碳含量小于1000ppm。前一段温度用于脱脂，后一段温度用于脱氢和热压的温度准备。

5）脱脂后热压

真空脱脂结束后，不冷却，充氩气和热压室压力平衡，和大气压相同或微正压，并确保氧浓度低于100ppm。模具及生坯直接放入热压压机内。这样能耗低、效率高。因温度较高，不易手工操作，需要用脱脂-热压一体化的专用自动化设备。

因用于周转的模具量很多，所以模具材料选用价格低廉的高密度石墨材料，虽然其强度和寿命比硬质合金低的多，但还是可以满足生产一般的生产需求。

生坯不脱模，和模具一同进入脱脂炉脱脂，主要是因为，薄壁生坯，高温强度很低，环类生坯，用机械爪抓取，破碎率很高，也很难对准模腔。

对于厚壁或实心产品，也可以脱模后，将生坯直接放入脱脂炉，而不要同模具放入。然后用机械爪抓住，放入模腔，实施热压。

热压温度的范围：当温度低于550℃，压力再大也难以使生坯达到成品永磁体所需的密度（对于钕铁硼是7.5-7.6g/cm³），但温度高于1000℃，虽然有利于提高热压密度（压力与温度呈反比，即温度愈高，达到成品永磁体密度所需的压力愈小）。但温度过高，稀土永磁材料的晶粒会长大，将影响永磁体性能。因此，在成品永磁体密度已知且知悉本领域公知常识的情况，通过有限试验可容易地得到该步骤中热压所需的温度、压力。所以温压温度在550℃-1000℃，优选760-950℃

本发明给出了一种新的稀土永磁体的制备工艺，通过使用可移动模具，进行低密度磁场成型。再通过真空脱脂，结合热压得到所需成品密度的永磁体，解决了现有技术存在的烧结变形大，环类产品开裂率高的问题，降低了成本；同时，热压后的生坯形状规范、尺寸精度高，可省去磨削工序，并且生坯外表面在脱脂、热压过程发生微量的氧化，形成一层致密的氧化层，是天然的保护层，在许多情况下，可以不电镀，从而减化了制备工艺；由于冷压密度低，真空脱脂容易进行，脱去速度块。

热压温度低于烧结温度，晶粒不易长大。特别有利于采用双合金法，重稀土元素只渗透到主相的表层，形成核壳结构，得到高矫顽力、高剩磁的双高产品。其结果同表面渗透重稀土，但工艺性远好于表面扩散重稀土。本发明所述制备方法适用于各种形状的永磁体，尤其适用于多极磁环、辐射磁环、瓦形、薄片。

附图说明

图1是气流磨后粉末的电镜照片；

图2是900℃时效后的钕铁硼永磁体电镜照片。

具体实施方式

一种稀土永磁体的近净成型制备方法，是由如下步骤实现的：

1）熔炼稀土合金；

2）对合金进行粉碎；

3）对可移动模具填入磁粉，通过振动、或拍打、或低压力成型，使密度达到3.0-3.5g/cm3.然后和模具一同进行磁场取向；

4）对生坯进行真空预烧结，仅脱出生坯吸附的气体、挥发掉生坯中的有机添加剂和氢碎过程残留的氢，并避免生坯发生收缩。具体实施时，作为优选，真空脱脂温度选择300-500℃和650℃--950℃二级脱脂。（例如，可选用400℃2小时，900℃3小时）。在真空脱脂的升温过程中，控制升温速度在5-10℃/分钟。设置保温时段，以保证受热均恒，放气充分，减少增碳量。后阶段主要是脱除残余的氢气和把温度提升到热压成型的温度以上。

5）脱脂后的生坯及模具，进一步实施热压，使生坯密度达到永磁体所需的密度。

真空脱脂结束后，不冷却，充氩气和热压室压力平衡，和大气压相同或微正压，并确保氧浓度低于100ppm。模具及生坯直接放入热压压机内，如温度低于热压温度，需用中频感应加热；如温度适当，直接热压。这样能耗低、效率高。因温度较高，不易手工操作，需要相应的自动化设备。

对模具内的生坯实施热压，使生坯密度达到成品永磁体所需的密度，时效后，得到成品永磁体。具体实施时作为优选，模具及其内的生坯被加热到650-900℃（例如，可选用650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃），对模具内的生坯施加40-90MPa （如，可选用90MPa、80 MPa、70 MPa、60 MPa、50 MPa、40 MPa）的压力，使生坯达到成品永磁体的密度；在这个温度下，晶粒几乎没有长大，保持气流磨后的大小。矫顽力比普通烧结有所提高，而剩磁没有降低。模具及其内的生坯加热至所需温度，保温0.3-10分钟（例如，可选用0.3分钟、0.5分钟、0.8分钟、1分钟、3分钟、5分钟、6分钟、8分钟、9分钟、10分钟），加压至所需压力后，保压0.3-10分钟（例如，可选用0.3分钟、0.5分钟、0.8分钟、1分钟、3分钟、5分钟、6分钟、8分钟、9分钟、10分钟），以保证受热、受压均恒。保压时间加长有利于密度的提高和改善密度的均匀性，但太长，必然会影响生产效率，再太长，可能会使磁性材料晶粒长大，影响磁性能。

热压的工件再进行900℃时效处理，钝化颗粒尖角，让小颗粒合并、富钕相分布均匀，使晶界完整清晰.在进行490-520℃的低温时效，进一步提高矫顽力。得到永磁体产品。

模具材料，可根据温度、压强、批量等在石墨、耐热模具钢、硬质合金、陶瓷等材料中选择。必要时模腔喷涂二硫化钼等高温润滑剂。

实施例1

真空熔炼，制备48H速凝片，速凝甩带得到0.25～0.35mm厚的速凝薄片。

按照常规方法对速凝薄片HD粗破碎。残氢 800-1100PPM。

用气流磨磨至平均粒度3.2微米。加入抗氧化剂及润滑剂总量为0.3%。其中己酸甲酯润15%、异构十二烷烃20%、硬脂酸锌2%、偶联剂5%，其余为烃类稀释剂。

石墨模具，膜具尺寸外径80、内径30mm，模腔深度100mm。取向芯棒材料为轴承钢。热压芯棒材料是石墨。

在石墨模具内加入75g磁粉；然后放到振动平台上振实，填粉密度约2.2g/cm³。再放到旋转磁场平台上，施加磁场压制，磁场1.2，压力5MPa，密度3.5g/cm³。

将轴承钢芯棒取出，换上石墨芯棒，将含生坯的模具及芯棒一同放入真空脱脂炉，真空度0.01Pa，按5℃/分钟升温到400℃，保温120分钟；再按5℃/分钟升温到900℃，保温60分钟。然后，充入氩气。当压力为0时，打开和热压舱之间的插板阀，推到热压舱内。

热压舱提前通过氩气置换，使氧气浓度低于50ppm。

用机械爪将模具及生坯放到压机的模具上，进行50MPa的压制，保压60S，得到密度7.6g/cm³。冷却到80度后出炉。进行900度时效6小时接着进行500度时效5小时，得到48H性能的辐射磁环。直接尺寸没有变化，仅高度方向缩小了一半。

实施例2

在混料时加入0.6%的Tb（80%）-Cu（20%）的合金粉末。其余同实施例1。得到46EH的高剩磁、高矫顽力的磁体。

图1是气流磨后粉末的电镜照片，放大10000倍。最大颗粒7-8微米。

图2是900℃时效后的永磁体电镜照片，最大颗粒也是7-8微米。

由于热压温度低，时间短，晶粒几乎没有长大。

本方案还可以用到钐钴、铝镍钴等环类金属永磁的制造。也可以用于瓦片、扇形、圆片、方片、方块或异形块的热压成型。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种稀土永磁体的近净成型制备方法，其特征在于，是由如下步骤实现的：

1）熔炼稀土合金；

2）对合金进行粉碎；

3）将磁粉填入可移动的模具，进行低压磁场成型，使密度达到产品密度的40%-50%.然后和模具一同取出；

4）不脱模，将生坯同模具一起进行真空脱脂炉，脱出粉末吸附的气体、挥发掉生坯中的有机添加剂和HD过程残留的氢，并升温到热压温度；

5）脱脂后，推进热压舱，把模具及生坯放入压机模架上，实施热压，使生坯密度达到永磁体所需的密度；冷却后出炉；

6）时效处理，得到最终产品。

2.根据权利要求1所述的一种稀土永磁体的近净成型制备方法，其特征在于，模具材料是石墨、硬质合金、耐热钢材料。

3.根据权利要求1所述的一种稀土永磁体的近净成型制备方法，其特征在于，步骤4），脱脂温度选择300-500℃及750℃-950℃，二级脱脂，脱脂总时间选择3-6小时。

4.根据权利要求1所述的一种稀土永磁体的近净成型制备方法，其特征在于，步骤5），脱脂完成后，可以用中频感应补充加热，并保温0.3-2分钟，以达到热加的工艺要求温度。

5.根据权利要求1所述的一种稀土永磁体的近净成型制备方法，其特征在于，时效处理包括900℃和500℃二级时效处理。

6.根据权利要求1所述的一种稀土永磁体的近净成型制备方法，其特征在于，在粉碎后的粉末中加入含铽、镝、钬一种或二种合金的粉末，加入量0.1%-5%。

7.根据权利要求5所述的一种稀土永磁体的近净成型制备方法，其特征在于，900℃时效处理的时间3-10小时。

8.根据权利要求1所述的一种稀土永磁体的近净成型制备方法，其特征在于，步骤4），5）真空脱脂炉和热压装置用密封通道连接，氧含量低于100Pppm。